基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法，具体包括以下步骤：1)经采样获得虚拟同步电机输出电流的dq分量，由机械特性模拟部分获得功角信息，进而计算无功‑功角解耦电流补偿指令；2)获得虚拟励磁电动势的暂态变化量，结合步骤1)得到的输出电流dq分量计算有功‑电压解耦电流补偿指令；3)将步骤1)得到的无功‑功角解耦电流补偿指令和步骤2)得到的有功‑电压解耦电流补偿指令校正得到新的电流指令，经过电流环得到开关信号驱动开关网络。本发明专利技术提出了一种适用于虚拟同步电机的功率解耦方法，可以解除功角对于下垂控制的影响，与现有方法相比，可以消除由于功率耦合带来的功率动态振荡和稳态误差。

Power decoupling method of virtual synchronous generator based on current compensation

The invention discloses a virtual synchronous generator power decoupling method of current compensation based on concrete, comprising the following steps: 1) by sampling the DQ component of virtual synchronous motor output current, the mechanical characteristics of the analog part get angle information, then calculate the reactive power angle decoupling compensation current instruction; 2) to obtain transient changes the virtual excitation of electromotive force, combined with step 1) output current of DQ components of voltage decoupling current calculation of active power compensation; 3) step 1) the reactive power angle decoupling current compensation instruction and step 2) active voltage decoupling current compensation are obtained after the current instruction. The current loop switching signal to drive the switch network. Power decoupling method of the invention provides a suitable virtual synchronous motor, can relieve the influence on power angle droop control, compared with the existing methods, can eliminate the power coupling caused by dynamic power oscillation and steady-state error.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于虚拟同步电机控制领域，具体涉及一种基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法。
技术介绍
：以风力、光伏为主的可再生新能源发电主要是以电力电子变流器作为并网接口，其具有控制灵活、响应迅速等优点，但也存在缺少惯性和阻尼等不足，尤其目前并网变流器往往是以电流源模式并网，这些与传统能源所采用的同步发电机在外特性上具有显著差别。现在随着分布式可再生能源渗透率的不断提高，电力系统中的旋转备用容量及转动惯量相对减少，使得系统频率波动性增加，电能质量变差，严重时危及系统的频率稳定性，对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战，这严重限制了新能源的并网容量。为了充分发挥分布式能源的优势，减弱分布式电源对配电网和传输网的影响，让电网消纳更多地分布式能源，分布式电源必须参与配电网和传输网的调频和调压过程，分布式电源潜在辅助服务必须被充分挖掘，分布式电源必须向电网提供必要的辅助服务。虚拟同步发电机是近年来提出的一种适合新能源广泛接入的并网控制策略，它通过模拟传统同步发电机的外特性，因此可以使并网变流器像传统同步发电机一样向电网提供惯性和一次调频调压功能。根据众多学者的共识，并网变流器模拟同步电机特性是未来并网变流器控制的趋势。虚拟同步发电机是通过下垂控制实现对有功功率和无功功率的控制，但下垂控制是以功率解耦为前提，即可以通过分别控制频率和电压来独立地控制有功功率和无功功率。当功率不能实现解耦时，会影响下垂控制效果甚至使其失效。功率实现完全解耦必须满足两个基本条件，即线路阻抗为纯感性且功角非常小，而这两个条件往往不能满足。针对单纯的下垂控制的功率解耦策略已经有许多学者做出了大量有价值的研究工作，总的来说可以分为基于虚拟阻抗的策略、基于虚拟功率的策略以及基于虚拟频率/电压的策略三类。这些方法能够很好地消除线路阻抗比R/X较大时对功率耦合的影响，但没有考虑功角对功率耦合的影响。事实已证明，功角较大时引起的功率耦合，将会造成虚拟同步发电机输出功率的暂态振荡和稳态误差，甚至造成虚拟同步发电机的功率不停振荡而解列。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对现有虚拟同步电机技术存在不能准确解耦的缺陷，提供了一种基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现的：基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法，包括以下步骤：1)虚拟同步发电机采用基于dq坐标系的电压和电流双闭环控制策略，经过采样得到虚拟同步发电机的实际三相输出电流，将其进行坐标变换得到输出电流的dq分量id和iq；2)模拟转子机械方程部分，根据虚拟同步发电机的输出有功功率参考指令Pref与实际输出有功功率Pe的差值计算得到虚拟同步电机的输出频率ω，其与电网频率作差得到频率差Δω，并将其求积分获得功角δ；3)利用步骤1)得到的输出电流dq分量id和iq和步骤2)得到的功角δ计算dq轴坐标系下无功-功角解耦电流补偿指令和4)根据虚拟同步电机励磁控制器获得虚拟同步电机的虚拟励磁电动势ed，然后将其与电压指令Vref计算得到虚拟励磁电动势的暂态变化量ΔE；5)利用步骤1)得到的输出电流dq分量id和iq与步骤4)得到的虚拟励磁电动势暂态变化量ΔE计算dq轴坐标系下有功-电压解耦电流补偿指令和6)将步骤3)得到的无功-功角解耦电流补偿指令和步骤5)得到的有功-电压解耦电流补偿指令相加得到总的电流补偿指令和再将其叠加到电流控制环的指令值和上做为新的电流指令值和和与采样的实际输出电流dq轴分量id和iq作差，其差值经过PI控制器计算得到变流器dq轴调制信号，调制信号再经过PWM调制后得到变流器开关网络的开关控制信号，进而用于驱动开关网络。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中，将采样得到的变流器实际输出电流ia、ib、ic变换到dq坐标系得到id和iq。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，电压变流器的输出有功功率的参考指令Pref与实际输出有功功率Pe作差，然后除以转动惯量M并对结果积分，得到变流器的输出频率ω，具体公式如下： ω = 1 M s ( P r e f - P e ) - - - ( 1 ) ]]>式中：s为积分算子；输出频率ω与电网频率ωg作差并对结果积分，得到功角δ，具体公式如下： δ = 1 s ( ω - ω g ) - - - ( 3 ) . ]]>本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，用来计算无功-功角解耦电流补偿指令和具体公式如下： Δi δ _ d * = i q · δ - - - ( 4 ) ]]> Δi δ _ q * = - i d · δ - - - ( 5 ) . ]]>本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中，用来计算虚拟励磁电动势的暂态变化量ΔE通过如下方法得到的：首先，根据虚拟同步电机励磁控制器模拟部分获得虚拟同步电机的虚拟励磁电动势ed，然后将其与电压指令Vref计算得到虚拟励磁电动势的暂态变化量ΔE，具体公式如下： Δ E = ( e d - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法，其特征在于，包括以下步骤：1)虚拟同步发电机采用基于dq坐标系的电压和电流双闭环控制策略，经过采样得到虚拟同步发电机的实际三相输出电流，将其进行坐标变换得到输出电流的dq分量id和iq；2)模拟转子机械方程部分，根据虚拟同步发电机的输出有功功率参考指令Pref与实际输出有功功率Pe的差值计算得到虚拟同步电机的输出频率ω，其与电网频率作差得到频率差Δω，并将其求积分获得功角δ；3)利用步骤1)得到的输出电流dq分量id和iq和步骤2)得到的功角δ计算dq轴坐标系下无功‑功角解耦电流补偿指令和4)根据虚拟同步电机励磁控制器获得虚拟同步电机的虚拟励磁电动势ed，然后将其与电压指令Vref计算得到虚拟励磁电动势的暂态变化量ΔE；5)利用步骤1)得到的输出电流dq分量id和iq与步骤4)得到的虚拟励磁电动势暂态变化量ΔE计算dq轴坐标系下有功‑电压解耦电流补偿指令和6)将步骤3)得到的无功‑功角解耦电流补偿指令和步骤5)得到的有功‑电压解耦电流补偿指令相加得到总的电流补偿指令和再将其叠加到电流控制环的指令值和上做为新的电流指令值和和与采样的实际输出电流dq轴分量id和iq作差，其差值经过PI控制器计算得到变流器dq轴调制信号，调制信号再经过PWM调制后得到变流器开关网络的开关控制信号，进而用于驱动开关网络。...

【技术特征摘要】
1.基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法，其特征在于，包括以下
步骤：
1)虚拟同步发电机采用基于dq坐标系的电压和电流双闭环控制策略，经
过采样得到虚拟同步发电机的实际三相输出电流，将其进行坐标变换得到输出
电流的dq分量id和iq；
2)模拟转子机械方程部分，根据虚拟同步发电机的输出有功功率参考指令
Pref与实际输出有功功率Pe的差值计算得到虚拟同步电机的输出频率ω，其与电
网频率作差得到频率差Δω，并将其求积分获得功角δ；
3)利用步骤1)得到的输出电流dq分量id和iq和步骤2)得到的功角δ计
算dq轴坐标系下无功-功角解耦电流补偿指令和4)根据虚拟同步电机励磁控制器获得虚拟同步电机的虚拟励磁电动势ed，
然后将其与电压指令Vref计算得到虚拟励磁电动势的暂态变化量ΔE；
5)利用步骤1)得到的输出电流dq分量id和iq与步骤4)得到的虚拟励磁
电动势暂态变化量ΔE计算dq轴坐标系下有功-电压解耦电流补偿指令和
6)将步骤3)得到的无功-功角解耦电流补偿指令和步骤5)得到的有功-
电压解耦电流补偿指令相加得到总的电流补偿指令和再将其叠加到电
流控制环的指令值和上做为新的电流指令值和和与
采样的实际输出电流dq轴分量id和iq作差，其差值经过PI控制器计算得到变流
器dq轴调制信号，调制信号再经过PWM调制后得到变流器开关网络的开关控
制信号，进而用于驱动开关网络。
2.根据权利要求1所述的基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法，
其特征在于，步骤1)中，将采样得到的变流器实际输出电流ia、ib、ic变换到

\tdq坐标系得到id和iq。
3.根据权利要求1所述的基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法，
其特征在于，步骤2)中，电压变流器的输出有功功率的参考指令Pref与实际输
出有功功率Pe作差，然后除以转动惯量M并对结果积分，得到变流器的输出频
率ω，具体公式如下：
ω = 1 M s ( P r e f - P e ) - - - ( 1 ) ]]>式中：s为积分算子；
输出频率ω与电网频率ωg作差并对结果积分，得到功角δ，具体公式如下：
δ = 1 s ( ω - ω g ) - - - ( 3 ) . ]]>4.根据权利要求1所述的基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法，
其特征在于，步骤3)中，用来计算无功-功角解耦电流补偿指令和具体公式如下：
Δi δ _ d * = i q · δ - - - ( 4 ) ]]> Δi δ _ q * = - i d · δ - - - ( 5 ) . ]]>5.根据权利要求1所述的基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法，
其特征在于，步骤4)中，用来计算虚拟励磁电动势的暂态变化量ΔE通过如下
方法得到的：
首先，根据虚拟同步电机励磁控制器模拟部分获得虚拟同步电机的虚拟励
磁电动势ed，然后将其与电压指令Vref计算得到虚拟励磁电动势的暂态变化量
ΔE，具体公式如下：
Δ E = ( e d - V r e f ) · s ( 1 + T l s ) ( 1 + T h s ) - - - ( 6 ) ]]>式中：s为积分算子，ed是虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃，李明烜，徐宁一，王文媞，刘永慧，王浩，王宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61