[發(fā)明專利]一種提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性的類模擬同步發(fā)電機虛擬同步控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110095272.4
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112838579B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 李祖林;彭志強;賀飛;蔣偉杰;何長昱;董恒;洪俊
• 申請（專利權）人: 湖南工學院
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J1/12
• 代理公司: 衡陽雁城專利代理事務所(普通合伙) 43231
• 代理人: 龍騰

1.一種提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性的類模擬同步發(fā)電機虛擬同步控制器，包括第一采樣單元、比例控制器單元、第二采樣單元、第三采樣單元、內環(huán)比例積分控制器單元和PWM調制單元，其特征在于：還包括類模擬同步發(fā)電機控制環(huán)、虛擬同步控制環(huán)以及電流前饋項，所述類模擬同步發(fā)電機控制環(huán)由虛擬慣量控制單元和虛擬阻尼控制單元銜接形成，用于輸出虛擬的直流電壓信號，為系統(tǒng)提供慣量和阻尼支撐，所述虛擬同步控制環(huán)用于實現直流電壓的虛擬同步控制，所述電流前饋項用于加快系統(tǒng)響應速度；

所述第一采樣單元連接比例控制器單元，所述比例控制器單元和電流前饋項連接類模擬同步發(fā)電機控制器環(huán)中的虛擬慣量控制單元，所述第二采樣單元連接類模擬同步發(fā)電機控制環(huán)中的虛擬慣量控制單元，所述類模擬同步發(fā)電機控制環(huán)中的虛擬慣量控制單元與虛擬同步控制環(huán)連接，所述虛擬同步控制環(huán)連接內環(huán)比例積分控制器單元，所述內環(huán)比例積分控制器單元和第三采樣單元連接PWM調制單元；

直流電壓參考信號與所述第一采樣單元采樣的DC-DC變換器輸出口直流電容上的電壓相減得到偏差量，再通過比例控制器單元獲得第一輸出信號作為虛擬同步控制器的參考輸入，所述第一輸出信號滿足如下控制規(guī)律：

I_vir＝(v_ref-V_dc)K_dr

所述虛擬慣量控制單元將第一輸出信號減去第二采樣單元采樣DC-DC直流變換器輸出口直流電流信號再減去虛擬阻尼控制單元輸出的信號得到差值，所述差值與電流前饋項輸出的信號疊加得到第二輸出信號作為虛擬直流電壓信號，所述第二輸出信號滿足如下控制規(guī)律：

所述虛擬阻尼控制單元將第二輸出信號與直流電壓參考信號相減得到第三輸出信號作為虛擬阻尼電流信號，所述第三輸出信號滿足如下控制規(guī)律：

I_dm＝(V_vir-V_ref)k_dom

其中，I_dc為直流變換器輸出口直流電流，I_feedforward為電流前饋項，J_vir/s為虛擬慣量控制單元，V_ref為直流電壓參考信號，k_dom為虛擬阻尼控制單元；

所述虛擬同步控制環(huán)將第二輸出信號與第一采樣單元采樣的DC-DC變換器輸出口直流電容上的電壓疊加得到第四輸出信號，所述第四輸出信號滿足如下控制規(guī)律：

其中，1/K_virt為虛擬同步控制環(huán)；所述第四輸出信號通過額定占空比系數獲得第五輸出信號作為內環(huán)比例積分控制器單元的參考電流信號，所述第五輸出信號滿足如下控制規(guī)律：

I_ref＝I_virtD_uty

其中，D_uty為額定占空比值，即額定直流出口電壓與電源電壓的比值；

所述內環(huán)比例積分控制器單元將第五輸出信號與第三采樣單元采樣的濾波電感電流信號相減得到第六輸出信號作為DC-DC直流斬波變換器調制信號，所述第六輸出信號滿足如下控制規(guī)律：

E＝(I_ref-I_L)(K_p+K_i/s)

所述內環(huán)比例積分控制器單元連接PWM調制單元，將第六輸出信號與三角載波信號相比較的差值按脈寬調制邏輯計算得到第七輸出信號，即PWM脈沖信號；

所述虛擬慣量控制單元和虛擬阻尼控制單元通過第二輸出信號和第三輸出信號的銜接形成類模擬同步發(fā)電機控制器環(huán)，類模擬同步發(fā)電機控制環(huán)產生虛擬直流電壓后通過虛擬同步控制環(huán)產生虛擬直流電流為系統(tǒng)提供慣量支撐，所述類模擬同步發(fā)電機虛擬同步控制器的控制動態(tài)表達式為：

所述類模擬同步發(fā)電機控制環(huán)產生虛擬直流電壓后通過虛擬同步控制環(huán)產生虛擬直流電流，當直流電壓發(fā)生振蕩時，dV_vir/dt不為零，系統(tǒng)存在一個慣量功率，所述類模擬同步發(fā)電機控制環(huán)中的虛擬慣量控制單元自動響應慣量需求提供相應的慣量支撐進一步的阻尼振蕩，慣量越大，能夠提供的慣量支撐就越大，系統(tǒng)直流電壓越容易鎮(zhèn)定，由此使得直流電壓的波動變得平滑，進而抑制直流電壓振蕩，改善系統(tǒng)阻尼性能；當系統(tǒng)的直流電壓不等于額定直流電壓時，所述類模擬同步發(fā)電機控制環(huán)中的虛擬阻尼控制單元自動響應產生阻尼功率來抑制直流電壓的振蕩；直到直流電壓不發(fā)生振蕩時，系統(tǒng)才不再存在慣量功率。