[發(fā)明專(zhuān)利]VSG-BBS系統(tǒng)中虛擬慣量計(jì)算方法及相關(guān)設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110290448.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112865621B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶亮;田震;孫建軍;查曉明;瞿李鋒;唐英杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢科力源電氣有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02P6/20
• 分類(lèi)號(hào): H02P6/20
• 代理公司: 武漢智正誠(chéng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 42278
• 代理人: 熊遠(yuǎn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種VSG?BBS系統(tǒng)中虛擬慣量計(jì)算方法及相關(guān)設(shè)備。該VSG?BBS系統(tǒng)中虛擬慣量計(jì)算方法通過(guò)確定VSG的轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化量與電容器組靜電能變化量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算VSG的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的取值范圍，以保證電容器組的安全和逆變器PWM功能為前提，由此確定合理的VSG虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取值范圍，再基于取值范圍控制電機(jī)的啟動(dòng)。由此，提高了VSG的起動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及VSG-BBS系統(tǒng)中虛擬慣量計(jì)算方法及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)

大容量電勵(lì)磁同步電機(jī)因?yàn)榫哂锌刂凭雀摺⑦^(guò)載能力強(qiáng)和較高弱磁比的優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于大功率傳動(dòng)領(lǐng)域，既可以作為高爐鼓風(fēng)機(jī)、軋鋼機(jī)、空氣壓縮機(jī)等大型設(shè)備的動(dòng)力源頭，也可以被用作大容量同步調(diào)相機(jī)。

起動(dòng)問(wèn)題是大容量電勵(lì)磁同步電機(jī)研究中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，基于虛擬同步電機(jī)(virtual synchronous generator，VSG)技術(shù)的大容量電勵(lì)磁同步電機(jī)背靠背起動(dòng)(back-to-back synchronous starting，BBS)方法具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)、起動(dòng)電流小、起動(dòng)時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用，該起動(dòng)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

目前對(duì)于VSG的起動(dòng)系統(tǒng)的研究并未涉及VSG虛擬慣量的設(shè)計(jì)問(wèn)題，尤其是沒(méi)有考慮到直流電容器靜電能的約束。在電機(jī)起動(dòng)和調(diào)速過(guò)程中，電容器電壓不可避免的會(huì)跌落和上升，而且其跌落和上升程度與VSG虛擬慣量的取值大小直接相關(guān)。電容器電壓的變化一方面可能會(huì)導(dǎo)致電容器被擊穿損毀，另一方面可能會(huì)導(dǎo)致逆變器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)功能失常。

可見(jiàn)，目前的VSG的起動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和安全性較低。

上述內(nèi)容僅用于輔助理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不代表承認(rèn)上述內(nèi)容是現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供VSG-BBS系統(tǒng)中虛擬慣量計(jì)算方法及相關(guān)設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中VSG的起動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和安全性較低的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種VSG-BBS系統(tǒng)中虛擬慣量計(jì)算方法，所述VSG-BBS系統(tǒng)中虛擬慣量計(jì)算方法包括以下步驟：

確定VSG的轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化量與電容器組靜電能變化量的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算VSG的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的取值范圍。

優(yōu)選地，所述確定VSG的轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化量與電容器靜電能變化量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，包括

獲取VSG的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程及VSG的電容器組的動(dòng)態(tài)方程；

根據(jù)所述VSG的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程獲取轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化量，根據(jù)所述VSG的電容器組獲取電容器靜電能變化量，令轉(zhuǎn)子動(dòng)能變化量與電容器靜電能變化量相等，以建立所述對(duì)應(yīng)關(guān)系。

優(yōu)選地，所述VSG的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為：

J_G是VSG的虛擬慣量，ω_G是VSG的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，P_m是VSG的機(jī)械功率，P_e是VSG的電磁功率，P_d是VSG的阻尼功率，ΔP_G是VSG的失配功率。

優(yōu)選地，所述VSG的電容器組的動(dòng)態(tài)方程為：

N是所有電容器的數(shù)目，C是單個(gè)電容器的容值，U_dc是電容器電壓，P_in是電容器的輸入功率，P_out是電容器的輸出功率，ΔP_C是電容器的失配功率。

優(yōu)選地，所述根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算VSG的虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的取值范圍，包括：