[發(fā)明專利]基于電感電流微分反饋的虛擬同步機(jī)強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010754946.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN112271737B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興;郭梓暄;陳少龍;王楊;潘海龍;高倩;謝震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/24
• 分類號(hào): H02J3/24;H02J3/01;H02J3/38;H02M7/5387
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)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(jī)強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法，應(yīng)用該控制方法的虛擬同步機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括直流側(cè)電壓源(10)、三相逆變器(60)、三相電網(wǎng)阻抗(70)和三相電網(wǎng)(80)；所述直流側(cè)電壓源(10)與三相逆變器(60)連接，三相逆變器(60)經(jīng)三相電網(wǎng)阻抗(70)后接入三相電網(wǎng)(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(hào)傳輸至三相逆變器控制器(50)；三相逆變器控制器(50)經(jīng)過控制計(jì)算后，輸出PWM信號(hào)控制三相全橋逆變電路(20)；

其特征在于，所述強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法在每個(gè)三相逆變器控制器(50)計(jì)算周期T_compute內(nèi)均進(jìn)行一輪虛擬同步機(jī)控制計(jì)算和電感電流微分反饋控制計(jì)算，T_compute＝1/f_compute，f_compute為三相逆變器控制器(50)計(jì)算頻率；

一輪虛擬同步機(jī)控制計(jì)算和電感電流微分反饋控制計(jì)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(cè)濾波電容和逆變器側(cè)濾波電感，三相電壓電流傳感器(40)采樣逆變器側(cè)濾波電容三相電壓U_a,U_b,U_c、逆變器側(cè)濾波電感三相電流I_La,I_Lb,I_Lc，并將采樣信號(hào)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(jù)步驟1得到的逆變器側(cè)濾波電容三相電壓U_a,U_b,U_c，通過三相靜止坐標(biāo)系電壓到兩相靜止坐標(biāo)系電壓變換公式得到靜止坐標(biāo)系逆變器側(cè)濾波電容兩相電壓U_α,U_β；三相逆變器控制器(50)根據(jù)步驟1得到的逆變器側(cè)濾波電感三相電流I_La,I_Lb,I_Lc，通過三相靜止坐標(biāo)系電流到兩相靜止坐標(biāo)系電流變換公式得到靜止坐標(biāo)系逆變器側(cè)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(jù)步驟2得到的靜止坐標(biāo)系逆變器側(cè)濾波電容兩相電壓U_α,U_β和靜止坐標(biāo)系逆變器側(cè)濾波電感兩相電流I_Lα,I_Lβ，通過瞬時(shí)功率計(jì)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(shí)功率計(jì)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(jù)步驟2得到的靜止坐標(biāo)系逆變器側(cè)濾波電容兩相電壓U_α,U_β，通過兩相靜止坐標(biāo)系電壓到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系電壓變換公式得到逆變器側(cè)濾波電容d軸電壓U_d和逆變器側(cè)濾波電容q軸電壓U_q，通過單同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)鎖相公式得到逆變器側(cè)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(jù)步驟3計(jì)算得到的三相逆變器輸出有功功率P，通過有功功率環(huán)計(jì)算公式得到虛擬同步機(jī)輸出的調(diào)制波角度θ_m；三相逆變器控制器(50)根據(jù)步驟3計(jì)算得到的三相逆變器輸出無功功率Q和步驟4計(jì)算得到的逆變器側(cè)濾波電容d軸電壓U_d，通過無功功率環(huán)計(jì)算公式得到虛擬同步機(jī)輸出的調(diào)制波幅值U_{m_VSG}；

所述有功功率環(huán)計(jì)算公式為：

所述無功功率環(huán)計(jì)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(wǎng)(80)額定角頻率，D_p為虛擬同步機(jī)頻率下垂系數(shù)，J為虛擬同步機(jī)虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，U_nAmp為三相電網(wǎng)(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(jī)電壓下垂系數(shù)，K_q為無功功率控制慣性系數(shù)，s為拉普拉斯算子；

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

所述虛擬同步機(jī)調(diào)制波計(jì)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(jù)步驟1得到的逆變器側(cè)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(jì)算公式得到虛擬串聯(lián)電感引起的三相調(diào)制電壓增量ΔU_mA,ΔU_mB,ΔU_mC，所述電感電流微分反饋計(jì)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(lián)電感值；

步驟8，三相逆變器控制器(50)根據(jù)步驟6得到的虛擬同步機(jī)輸出三相調(diào)制電壓U_{mA_VSG},U_{mB_VSG},U_{mC_VSG}，以及步驟7得到的虛擬串聯(lián)電感引起的三相調(diào)制電壓增量ΔU_mA,ΔU_mB,ΔU_mC，計(jì)算得到三相逆變器輸出三相調(diào)制電壓U_mA,U_mB,U_mC，計(jì)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(jù)步驟8計(jì)算得到的三相逆變器輸出三相調(diào)制電壓U_mA,U_mB,U_mC進(jìn)行PWM調(diào)制發(fā)波控制并輸出PWM信號(hào)，通過PWM信號(hào)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(wǎng)(80)。