[發(fā)明專利]三相四橋臂虛擬同步發(fā)電機(jī)的獨(dú)立勵(lì)磁控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710928958.0
• 申請(qǐng)日: 2017-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN107623338A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳杰;魏濤;陳新;黃琪;申朋朋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/26
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 曹蕓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三相四橋臂虛擬同步發(fā)電機(jī)的獨(dú)立勵(lì)磁控制方法，屬于電力電子電能變換控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國(guó)能源發(fā)展面臨能源供需缺口的加大、石油后備資源不足、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，走可持續(xù)發(fā)展道路，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生清潔能源的開發(fā)利用成為世界上大多數(shù)國(guó)家的戰(zhàn)略選擇，全球能源結(jié)構(gòu)正在經(jīng)歷重大的改革。可以預(yù)見，未來(lái)可再生能源的發(fā)電量在全球發(fā)電總量中的比重會(huì)不斷提高，可再生清潔能源將會(huì)在人類社會(huì)發(fā)展中扮演至關(guān)重要的角色。

可再生清潔能源發(fā)出的電能通常通過(guò)逆變器等電力電子設(shè)備與電網(wǎng)相連，這些電力電子設(shè)備大多采用數(shù)字電路控制，當(dāng)受到擾動(dòng)時(shí)，響應(yīng)速度快，不具有常規(guī)電力系統(tǒng)固有的慣性、阻尼等特性，也不具備參與電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)壓的能力。當(dāng)接入電網(wǎng)的分布式電源的容量較小時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)的影響較小，可依靠電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電壓參考和頻率參考。但在高滲透率電網(wǎng)下或者微電網(wǎng)下，分布式電源的容量在電力系統(tǒng)總?cè)萘恐姓加斜容^高的比例，電力系統(tǒng)的特性發(fā)生了巨大的變化，整個(gè)電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼作用的相對(duì)減少，導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓難度增加，甚至影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

為了保證高滲透率電力系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定，讓逆變器模擬同步發(fā)電機(jī)的外特性是一種受到廣泛關(guān)注的解決途徑。基于上述思想，有學(xué)者提出了虛擬同步發(fā)電機(jī)的概念，其中一種典型虛擬同步發(fā)電機(jī)控制框圖如圖3所示。

虛擬同步發(fā)電機(jī)通常具有并網(wǎng)運(yùn)行和離網(wǎng)運(yùn)行兩種工作模式，離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需要具備帶不平衡負(fù)載的能力。現(xiàn)有虛擬同步發(fā)電機(jī)的控制方法在離網(wǎng)運(yùn)行帶不平衡負(fù)載時(shí)會(huì)造成三相輸出電壓的不平衡，無(wú)法保證不平衡負(fù)載下電能質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種三相四橋臂虛擬同步發(fā)電機(jī)的獨(dú)立勵(lì)磁控制方法，有效解決虛擬同步發(fā)電機(jī)在離網(wǎng)工作時(shí)為不平衡負(fù)載供電問(wèn)題。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

一種三相四橋臂虛擬同步發(fā)電機(jī)的獨(dú)立勵(lì)磁控制方法，包括如下步驟：

(1)有功環(huán)保持有功相角統(tǒng)一控制，采樣輸入有功功率，有功功率除以系統(tǒng)頻率，得到有功轉(zhuǎn)矩，系統(tǒng)角頻率差經(jīng)下垂環(huán)節(jié)得到轉(zhuǎn)矩差信號(hào)；有功轉(zhuǎn)矩信號(hào)與轉(zhuǎn)矩差信號(hào)經(jīng)慣性控制得到有功環(huán)輸出系統(tǒng)角頻率和相角；

(2)無(wú)功環(huán)改變虛擬勵(lì)磁方式，獨(dú)立采樣每相電壓幅值、無(wú)功功率，各相電壓幅值經(jīng)下垂環(huán)節(jié)后，與無(wú)功功率合成，經(jīng)無(wú)功慣性系數(shù)環(huán)節(jié)后分別得到各相勵(lì)磁系數(shù)；

(3)將有功環(huán)所得統(tǒng)一相角信號(hào)、頻率信號(hào)與無(wú)功環(huán)各相勵(lì)磁系數(shù)通過(guò)虛擬同步發(fā)電機(jī)調(diào)制波計(jì)算公式，計(jì)算生成各相調(diào)制波信號(hào)；

(4)三相調(diào)制波信號(hào)通過(guò)計(jì)算生成三次諧波，將三次諧波注入各相調(diào)制波信號(hào)用以調(diào)制前三橋臂，同時(shí)三次諧波單獨(dú)用以調(diào)制第四橋臂。

步驟(1)所述有功環(huán)保持有功相角統(tǒng)一控制的方法具體如下：

保持三相統(tǒng)一控制，采樣虛擬同步發(fā)電機(jī)三相總的輸出有功功率作為有功相角環(huán)路的反饋值，以此生成系統(tǒng)運(yùn)行的相角值，再將此相角值對(duì)稱加減120°，形成對(duì)稱的三相相角值。

步驟(2)所述無(wú)功環(huán)改變虛擬勵(lì)磁方式，獨(dú)立采樣每相電壓幅值、無(wú)功功率具體過(guò)程如下：

對(duì)每一相電壓?jiǎn)为?dú)調(diào)控，采樣各路電壓值，將其平方值用陷波器濾除二次諧波后開方作為環(huán)路的電壓幅值反饋，同時(shí)采樣三相各相無(wú)功功率，作為本相環(huán)路中的無(wú)功功率反饋。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明的方法，區(qū)別于三相完全解耦獨(dú)立成單相控制，其僅在無(wú)功勵(lì)磁環(huán)節(jié)將三相獨(dú)立分開控制，而有功相角環(huán)節(jié)為三相統(tǒng)一控制，這樣既含有獨(dú)立控制又含有統(tǒng)一控制的方式是此獨(dú)立勵(lì)磁控制技術(shù)的本質(zhì)特征。

2、本發(fā)明提出一種三相獨(dú)立勵(lì)磁的解耦控制方法，通過(guò)對(duì)每一相電壓進(jìn)行單獨(dú)調(diào)控，使得三相之間的無(wú)功電壓控制完全解耦，從而能夠更加有效的應(yīng)對(duì)負(fù)載不對(duì)稱問(wèn)題。

3、三相獨(dú)立勵(lì)磁的解耦控制方法，雖然無(wú)功電壓控制獨(dú)立，但是有功相角控制保持統(tǒng)一控制，形成對(duì)稱的三相相角，這樣的統(tǒng)一性控制，保證了三相系統(tǒng)三相相角的對(duì)稱，保證了虛擬同步發(fā)電機(jī)三相運(yùn)行的對(duì)稱性。

4、本發(fā)明三相獨(dú)立勵(lì)磁的解耦控制方法采用數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)，算法簡(jiǎn)單便捷，無(wú)需增加任何其他硬件成本，即可提高虛擬同步發(fā)電機(jī)帶不平衡負(fù)載能力。

附圖說(shuō)明

圖1是三相四橋臂虛擬同步發(fā)電機(jī)拓?fù)鋱D。

圖2是三相四橋臂虛擬同步發(fā)電機(jī)大信號(hào)模型圖。

圖3是統(tǒng)一勵(lì)磁的三相四橋臂虛擬同步發(fā)電機(jī)控制框圖。