[發(fā)明專利]基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的船舶岸電電源控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811293176.5
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109301843B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴單宏;黎洪光;陳文煒;鄭欣;彭靈利;王勁鋒;張新民;梁立峰;唐成;林亞培;李英鋒;劉曉陽;于博文;黃文燾;吳攀
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州供電局有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于虛擬同步發(fā)電機技術(shù)的船舶岸電電源控制系統(tǒng)，包括：依次相連的能量管理層、VSG控制層和電壓電流控制層，其中：能量管理層接收中央管理器的功率指令對全系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，VSG控制層通過接收中央控制器發(fā)來的有功功率及無功功率設(shè)定參考值P_ref和Q_ref，計算形成機端參考電壓幅值E及相位角δ，并經(jīng)過三相正弦發(fā)生器最終得到三相電壓幅值參考值U^*指令，電壓電流控制層跟蹤VSG控制層并采樣岸電電源輸出情況反饋以改善控制性能；

所述的VSG控制層包括有功-頻率模塊、無功-電壓控制模塊和三相發(fā)生器模塊以實現(xiàn)對電壓、功率、頻率的控制；

所述的有功-頻率模塊在岸電電源運行時，外接陸地大電網(wǎng)能提供頻率支撐，其頻率ω_grid被鉗位，依靠阻尼項k(ω-ω_grid)控制電源頻率，采用有功-頻率下垂控制，模擬電力系統(tǒng)一次調(diào)頻功能；

所述的模擬，具體為：

其中：D為有功下垂系數(shù)，P_ref和ω_ref為輸出側(cè)參考有功功率以及角頻率，其滿足下垂控制關(guān)系：P為VSG控制下逆變器端口輸出的有功功率，P_m為輸入的機械功率，k為阻尼系數(shù)，H為優(yōu)化后的VSG的虛擬慣量常數(shù)，岸電電源轉(zhuǎn)子機械方程滿足

所述的無功-電壓控制模塊通過內(nèi)置的PI控制器以比例積分PI進行具有一階延遲的精確無功功率優(yōu)化控制，具體為：當(dāng)電壓控制的目標(biāo)依賴于岸電電源的工作狀態(tài)，運行時電壓指令為E₁＝E_set-D_QQ，其中：Q為VSG控制下岸電電源端口輸出的無功功率，D_Q為無功下垂因子，而E_set為虛擬同步機機端電壓參考值；當(dāng)船舶負載接入變化時，電壓指令需增加E₂以反映無功功率誤差調(diào)節(jié)，其中：Q_ref為輸出無功功率參考值；

所述的電壓電流控制層通過內(nèi)置的內(nèi)環(huán)控制器以補償LC濾波器帶來的逆變器輸出電壓減小、降低三相不對稱負荷變化對輸出電壓的不對稱影響，使得逆變器輸出端口電壓趨于穩(wěn)定的參考值以及響應(yīng)有功-頻率層和無功-電壓控制模塊的參考值以精確模擬同步發(fā)電機特性；

所述的內(nèi)環(huán)控制是指：內(nèi)環(huán)控制器的岸電電源直流電容的方程為其中：U_o為電容端電壓，也是逆變器輸出電壓，I_C、I_L分別為濾波電容電流與濾波電感電流，I_o為輸出電流；當(dāng)三相平衡時，旋轉(zhuǎn)dq0坐標(biāo)系中控制變量由正弦量變?yōu)橹绷髁浚扇嚯娏繀?shù)降為d、q軸兩組變量，從而使得系統(tǒng)靜態(tài)誤差和變量數(shù)減少，更加便于控制；

所述的VSG的虛擬慣量常數(shù)H，通過自適應(yīng)慣性控制策略實現(xiàn)優(yōu)化，具體為：

①根據(jù)岸電電源轉(zhuǎn)子機械方程建立以陸地電網(wǎng)母線角頻率波動為輸入，頻率波動為輸出的系統(tǒng)傳遞函數(shù)：其中：δ_s和E_s是功率為P_ref和Q_ref時岸電電源的輸出電壓參量，該系統(tǒng)傳遞函數(shù)的特征根為增益為

②虛擬慣量常數(shù)H與岸電電源輸出頻率ω滿足其中：k_a為自適應(yīng)控制系數(shù)；

③當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行點，即ω＝ω_ref時，由于虛擬慣量配置的大小受儲能的約束，由于儲能與系統(tǒng)動能相等，即其中：C_DC是直流電壓源側(cè)的儲能電容；U_DC是直流電壓源的電壓值，ω為系統(tǒng)運行角頻率，得到