[發明專利]一種適用于不平衡條件下復合型虛擬同步機控制方法

有效

• 申請號: 201811360801.3
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN111193291B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 劉桂花;王衛;李芬;郭磊;朱凱;荊弈翔;王文秀
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40;H02J3/26;H02J3/16
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 安琪

本發明提出了一種適用于不平衡條件下復合型虛擬同步機控制方法，屬于虛擬同步機控制技術領域。方法為：步驟一，計算逆變器輸出的正序基波有功功率和正序基波無功功率；步驟二、利用虛擬調速控制環路得到逆變器輸出電壓的相位指令；步驟三、利用虛擬勵磁控制環路得到逆變器輸出電壓的幅值指令，結合相位指令得到參考電壓；步驟四、在電壓環中加入虛擬阻抗控制采用正序虛擬阻抗控制對有功功率和無功功率解耦；步驟五、對步驟四的參考電流值修正，設置系數N協調控制功率波動和電流質量；步驟六、設置系數k用以選取參考電流，得到電流環的實際參考電流值；步驟七、采樣電感電流，利用電流環對電流參考值與所述電感電流進行準PR控制得到調制信號。

技術領域

本發明涉及一種適用于不平衡條件下復合型虛擬同步機控制方法，屬于虛擬同步機控制技術領域。

背景技術

隨著電網中分布式電源(Distributed Generators,DG)滲透率的提高，DG發電間歇性與電力電子裝置接口低慣性和欠阻尼的特點，使得電網較傳統電網而言更易受到外界環境的干擾，不利于電網的安全穩定運行。為解決分布式電源大規模接入電網造成的穩定性問題，相關學者提出虛擬同步發電機(Virtual synchronous generator，VSG)的控制方法。VSG控制通過模擬同步發電機的工作原理，使得逆變器具有與同步發電機相似的調頻調壓外特性，能夠為電網提供一定的慣性和頻率支撐。

目前，關于虛擬同步機的控制方法大部分是針對理想的工況(電網三相電壓平衡或三相負載平衡)展開相關的研究，而實際運行中，電網電壓的不對稱跌落以及單相負載的接入等因素都會使逆變器工作在不平衡的工況下，目前針對不平衡工況下的逆變器以及VSG控制方法，通常采用功率-電流的控制方法，即通過功率計算電流的參考值，對電流質量和功率波動等問題進行改善。但是這些方法都是基于電流源型的逆變器和VSG而言的，而電流源型的VSG只適用于DG滲透率較低的并網環境，無法為系統提供電壓和頻率支撐。

發明內容

本發明針對現有適用于不平衡條件下的逆變器VSG控制方法無法為系統提供電壓和頻率支撐問題，提出一種適用于不平衡工況的復合型VSG控制方法，該方法既能提高逆變器在電網電壓不平衡工況下的運行性能，又可以保證不改變VSG電壓源控制的基本屬性，為系統提供電壓和頻率支撐。所采取的技術方案如下：

一種適用于不平衡條件下復合型虛擬同步機控制方法，所述控制方法包括：

步驟一、利用采樣逆變器輸出三相電壓u_oa、u_ob、u_oc和三相電流i_oa、i_ob、i_oc作為采樣信號，然后分別利用正負序分離模塊和Clarke變換對所述采樣信號進行正負序分離和Clarke變換處理，再通過瞬時功率計算獲得逆變器輸出的正序基波有功功率和正序基波無功功率

步驟二、VSG控制主要包括虛擬勵磁控制和虛擬調速控制兩部分，利用VSG控制中的虛擬調速控制環路模擬同步發電機有功調頻的下垂特性以及為適用于不平衡條件下復合型虛擬同步機控制系統提供慣性和阻尼的機械特性，根據虛擬同步機實際輸出電壓的基波頻率f、給定的參考頻率f_ref以及給定的有功功率參考值P*，通過下垂方程得到虛擬機械功率P_m；然后結合步驟一中所述正序基波有功功率以及機械運動方程得到VSG輸出電壓的相位指令θ；

步驟三、利用VSG控制中的虛擬勵磁控制環路模擬同步發電機無功調壓的下垂特性，根據虛擬同步機實際輸出正序基波電壓幅值參考電壓幅值U_n、參考無功功率Q*以及步驟一所述正序基波無功功率通過下垂控制中的無功-電壓控制方程得到VSG輸出電壓的幅值指令E，再結合步驟二中得到的相位指令θ得到參考電壓