[發明專利]基于電感電流微分反饋的虛擬同步機強電網穩定控制方法

有效

• 申請號: 202010754946.2
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN112271737B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 張興;郭梓暄;陳少龍;王楊;潘海龍;高倩;謝震
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/01;H02J3/38;H02M7/5387
• 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

1.一種基于電感電流微分反饋的虛擬同步機強電網穩定控制方法，應用該控制方法的虛擬同步機的拓撲結構包括直流側電壓源(10)、三相逆變器(60)、三相電網阻抗(70)和三相電網(80)；所述直流側電壓源(10)與三相逆變器(60)連接，三相逆變器(60)經三相電網阻抗(70)后接入三相電網(80)；所述三相逆變器(60)由三相全橋逆變電路(20)、三相LC濾波器(30)、三相電壓電流傳感器(40)、三相逆變器控制器(50)組成；所述三相全橋逆變電路(20)和三相LC濾波器(30)連接；所述三相電壓電流傳感器(40)采樣三相LC濾波器(30)上濾波電容三相電壓和濾波電感三相電流并將采樣信號傳輸至三相逆變器控制器(50)；三相逆變器控制器(50)經過控制計算后，輸出PWM信號控制三相全橋逆變電路(20)；

其特征在于，所述強電網穩定控制方法在每個三相逆變器控制器(50)計算周期T_compute內均進行一輪虛擬同步機控制計算和電感電流微分反饋控制計算，T_compute＝1/f_compute，f_compute為三相逆變器控制器(50)計算頻率；

一輪虛擬同步機控制計算和電感電流微分反饋控制計算的步驟如下：

步驟1，將三相LC濾波器(30)中的電容和電感分別記為逆變器側濾波電容和逆變器側濾波電感，三相電壓電流傳感器(40)采樣逆變器側濾波電容三相電壓U_a,U_b,U_c、逆變器側濾波電感三相電流I_La,I_Lb,I_Lc，并將采樣信號傳輸至三相逆變器控制器(50)；

步驟2，三相逆變器控制器(50)根據步驟1得到的逆變器側濾波電容三相電壓U_a,U_b,U_c，通過三相靜止坐標系電壓到兩相靜止坐標系電壓變換公式得到靜止坐標系逆變器側濾波電容兩相電壓U_α,U_β；三相逆變器控制器(50)根據步驟1得到的逆變器側濾波電感三相電流I_La,I_Lb,I_Lc，通過三相靜止坐標系電流到兩相靜止坐標系電流變換公式得到靜止坐標系逆變器側濾波電感兩相電流I_Lα,I_Lβ；

步驟3，三相逆變器控制器(50)根據步驟2得到的靜止坐標系逆變器側濾波電容兩相電壓U_α,U_β和靜止坐標系逆變器側濾波電感兩相電流I_Lα,I_Lβ，通過瞬時功率計算公式得到三相逆變器輸出有功功率P和三相逆變器輸出無功功率Q；

所述瞬時功率計算公式為：

P＝U_αI_Lα+U_βI_Lβ

Q＝U_βI_Lα-U_αI_Lβ

步驟4，記無功軸為q軸，有功軸為d軸，三相逆變器控制器(50)根據步驟2得到的靜止坐標系逆變器側濾波電容兩相電壓U_α,U_β，通過兩相靜止坐標系電壓到兩相旋轉坐標系電壓變換公式得到逆變器側濾波電容d軸電壓U_d和逆變器側濾波電容q軸電壓U_q，通過單同步坐標系鎖相環鎖相公式得到逆變器側濾波電容A相電壓相角θ_PLL；

步驟5，三相逆變器控制器(50)根據步驟3計算得到的三相逆變器輸出有功功率P，通過有功功率環計算公式得到虛擬同步機輸出的調制波角度θ_m；三相逆變器控制器(50)根據步驟3計算得到的三相逆變器輸出無功功率Q和步驟4計算得到的逆變器側濾波電容d軸電壓U_d，通過無功功率環計算公式得到虛擬同步機輸出的調制波幅值U_{m_VSG}；

所述有功功率環計算公式為：

所述無功功率環計算公式為：

其中，P_set為三相逆變器輸出有功功率參考值，ω_n為三相電網(80)額定角頻率，D_p為虛擬同步機頻率下垂系數，J為虛擬同步機虛擬轉動慣量，U_nAmp為三相電網(80)額定相電壓幅值，Q_set為三相逆變器輸出無功功率參考值，D_q是虛擬同步機電壓下垂系數，K_q為無功功率控制慣性系數，s為拉普拉斯算子；

步驟6，三相逆變器控制器(50)根據步驟5得到的虛擬同步機輸出的調制波幅值U_m__VSG和虛擬同步機輸出的調制波角度θ_m，通過虛擬同步機調制波計算公式得到虛擬同步機輸出三相調制電壓U_{mA_VSG},U_{mB_VSG},U_{mC_VSG}；

所述虛擬同步機調制波計算公式為：

U_{mA_VSG}＝U_{m_VSG}×cos(θ_m)

步驟7，三相逆變器控制器(50)根據步驟1得到的逆變器側濾波電感三相電流I_La,I_Lb,I_Lc，通過電感電流微分反饋計算公式得到虛擬串聯電感引起的三相調制電壓增量ΔU_mA,ΔU_mB,ΔU_mC，所述電感電流微分反饋計算公式為：

ΔU_mA＝-sL_virI_La

ΔU_mB＝-sL_virI_Lb

ΔU_mC＝-sL_virI_Lc

其中，L_vir為虛擬串聯電感值；

步驟8，三相逆變器控制器(50)根據步驟6得到的虛擬同步機輸出三相調制電壓U_{mA_VSG},U_{mB_VSG},U_{mC_VSG}，以及步驟7得到的虛擬串聯電感引起的三相調制電壓增量ΔU_mA,ΔU_mB,ΔU_mC，計算得到三相逆變器輸出三相調制電壓U_mA,U_mB,U_mC，計算公式如下：

U_mA＝U_{mA_VSG}+ΔU_mA

U_mB＝U_{mB_VSG}+ΔU_mB

U_mC＝U_{mC_VSG}+ΔU_mC

步驟9，三相逆變器控制器(50)根據步驟8計算得到的三相逆變器輸出三相調制電壓U_mA,U_mB,U_mC進行PWM調制發波控制并輸出PWM信號，通過PWM信號控制三相全橋逆變電路(20)將三相逆變器輸出電能輸送到三相電網(80)。