[發明專利]計及虛擬同步機飽和特性的對稱故障暫態控制方法

有效

• 申請號: 201810282128.X
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108376998B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 張興;管瑋琦;李明;張行;張海崢;謝震
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/48;H02J3/50;H02J3/24
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種計及虛擬同步機飽和特性的對稱故障暫態控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：

步驟1、設置線路對稱短路故障點f及故障區間[t₁,t₂]；

步驟2、根據虛擬同步機額定容量S計算其額定電流有效值I_N：

其中，U_N為虛擬同步機額定電壓有效值；

步驟3、根據步驟2中求得的虛擬同步機額定電流有效值I_N設定虛擬同步機輸出電流指令限幅值I_M，I_M＝(1.1～1.3)I_N；

步驟4、根據步驟3中的虛擬同步機輸出電流指令限幅值I_M確定對稱短路故障中虛擬同步機輸出有功功率P_f：

P_f＝3·|I_M|²·R₁

其中，R₁為虛擬同步機到故障點f的等效電阻；

步驟5、采樣虛擬同步機三相輸出電流i_a,i_b,i_c，虛擬同步機三相輸出電壓u_a,u_b,u_c，虛擬同步機濾波電感三相電流i_La,i_Lb,i_Lc，并計算虛擬同步機輸出的有功功率P_e和無功功率Q_e，所述虛擬同步機輸出的有功功率P_e和無功功率Q_e的計算式分別為：

P_e＝u_ai_a+u_bi_b+u_ci_c

步驟6、設虛擬同步機初始有功功率參考值為P_ref，虛擬同步機無功功率的參考值Q_ref＝0，根據虛擬同步機的轉子運動方程和無功-電壓下垂調節得到故障前虛擬同步機內電勢幅值指令E和內電勢相位δ，所述虛擬同步機內電勢幅值指令E和內電勢相位δ的計算式分別為：

E＝E_ref-n(Q_ref-Q_e)；

其中，E_ref為輸出線電壓的參考值，n為無功功率的下垂系數，J為虛擬同步機的轉動慣量；ω為虛擬同步機輸出的角速度，ω₀為額定角速度；m為有功功率的下垂系數；

比較虛擬同步機初始有功功率參考值P_ref和對稱短路故障中虛擬同步機輸出有功功率P_f的數值，若P_ref≠P_f，在故障開始時刻t₁，將虛擬同步機初始有功功率參考值P_ref的數值更新為虛擬同步機故障中有功功率參考值為P_ref’的數值，其中虛擬同步機故障中有功功率參考值P_ref’的數值范圍限定如下：

若P_ref＜P_f，P_ref’∝(P_f，S)；

若P_ref＞P_f，P_ref’∝(0，P_f)；

步驟7、將步驟5中采樣得到的虛擬同步機三相輸出電壓u_a,u_b,u_c進行三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系的轉換，得到虛擬同步機輸出電壓d軸分量u_d和輸出電壓q軸分量u_q，將步驟5中采樣得到的虛擬同步機濾波電感三相電流i_La,i_Lb,i_Lc進行三相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系的轉換，得到虛擬同步機濾波電感電流d軸分量i_Ld和濾波電感電流q軸分量i_Lq；

虛擬同步機輸出電壓d軸分量u_d和輸出電壓q軸分量u_q表達式為：

虛擬同步機濾波電感電流d軸分量i_Ld和濾波電感電流q軸分量i_Lq表達式為：

其中，t為虛擬同步機運行時間；

步驟8、將步驟6中得到的虛擬同步機內電勢幅值指令E和步驟7中得到的虛擬同步機輸出電壓d軸分量u_d經過d軸電壓閉環控制方程，得到虛擬同步機輸出電壓濾波電感電流d軸指令值i_Ldref；令虛擬同步機輸出電壓的q軸指令值u_qref＝0，將其和步驟7中得到的虛擬同步機輸出電壓q軸分量u_q經過q軸電壓閉環控制方程，得到虛擬同步機輸出電壓濾波電感電流q軸指令值i_Lqref，所述虛擬同步機輸出電壓濾波電感電流d軸指令值i_Ldref和虛擬同步機輸出電壓濾波電感電流q軸指令值i_Lqref表達式分別為：

其中，k_vp為電壓閉環比例調節器系數，k_vi為電壓閉環積分調節器系數，s為拉普拉斯算子；

步驟9、設置虛擬同步機濾波電感電流d軸限制值i_Ldmax和虛擬同步機濾波電感電流q軸限制值i_Lqmax，該限幅環節使得步驟8中得到的虛擬同步機濾波電感電流d軸指令值i_Ldref和虛擬同步機濾波電感電流q軸指令值i_Lqref滿足下列約束條件：

虛擬同步機濾波電感電流d軸指令值i_Ldref和虛擬同步機濾波電感電流q軸指令值i_Lqref經過限幅器后，得到虛擬同步機電壓閉環d軸輸出值i_Ldref'和虛擬同步機電壓閉環q軸輸出值i_Lqref'；

步驟10、將步驟9得到的虛擬同步機電壓閉環d軸輸出值i_Ldref'和步驟7中得到的虛擬同步機濾波電感電流d軸分量i_Ld經過d軸電流閉環控制方程，得到d軸輸出信號U_d；將步驟9得到的虛擬同步機電壓閉環q軸輸出值i_Lqref'和步驟7中得到的虛擬同步機濾波電感電流q軸分量i_Lq經過q軸電流閉環控制方程，得到q軸輸出信號U_q；所述d軸輸出信號U_d和q軸輸出信號U_q為：

其中，k_ip為電流閉環比例調節器系數，k_ii為電流閉環積分調節器系數；

步驟11、將步驟10中得到的d軸輸出信號U_d和q軸輸出信號U_q在步驟6得到的內電勢相位δ下做兩相旋轉坐標系到三相靜止坐標系的轉換，得到虛擬同步機橋臂電壓的三相調制波U_ma,U_mb,U_mc，并經PWM調制后作為IGBT電路的驅動信號；所述虛擬同步機橋臂電壓的三相調制波U_ma,U_mb,U_mc表達式為：

U_ma＝U_dcosδ+U_qsinδ