一种虚拟同步发电机的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种虚拟同步发电机的控制方法及装置，通过提取电网电压基波正序分量，并根据电网电压基波正序分量计算虚拟同步发电机定子电流，避免了电网谐波电压和负序电压对虚拟同步发电机的影响；提取负载的谐波电流、负序及无功电流作为电能质量调节电流，将虚拟同步发电机定子电流与电能质量调节电流合并得到目标指令电流；为避免逆变器过流，合并时采用具有优先级的限流方法计算目标指令电流；采用自适应重复控制加PI控制算法对目标指令电流进行跟踪控制，使虚拟同步发电机具有一定的电能质量调节能力；本发明专利技术采用自适应重复控制的算法具有频率自适应能力，当电网频率波动时控制效果不容易受到影响，保证了指令电流的跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步发电机的控制方法及装置
本专利技术属于逆变器控制
，特别涉及一种虚拟同步发电机的控制方法及装置。
技术介绍
随着可再生能源发电技术的快速发展，大量以光伏、风电为代表的分布式发电单元并入电网，许多分布式电源需要并网逆变器并网，常规控制方式下的并网逆变器缺乏传统发电机所具有的惯性和阻尼，无法像传统发电机一样参与电网调节，随着分布式电源渗透率的增加，必然会严重威胁电网运行的稳定性。为改善并网逆变器的性能，国内外学者借鉴同步发电机的优势提出了虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator，VSG)技术，其核心思想是控制并网逆变器模拟同步发电机的运行机理，使并网逆变器在运行机制和外特性上与传统同步发电机相比拟，该技术为分布式电源的友好并网提供了良好途径,受到学者们的普遍关注。目前对于VSG技术的研究主要集中在虚拟同步发电机策略本身，功能较为单一，未能充分发挥电力电子装置控制灵活的优点。而作为一种电力电子装置，并网逆变器在借鉴同步发电机优点的同时，也不宜一味只模拟同步发电机，应尽可能发挥电力电子装置的优势。为了充分发挥电力电子装置(并网逆变器)的作用，有人提出了在并网逆变器中融入有源滤波(ActivePowerFilter，APF)等功能的方案，从而在并网发电的同时实现谐波治理的功能，然而它们针对的都是传统逆变器，控制策略缺乏类似同步发电机的转动惯量及一次调频调压能力。公开号为“CN107681662A”，名称为“具备电能质量复合控制功能的虚拟同步发电机控制方法”的中国专利，该专利对目标指令电流进行跟踪控制时采用的多重准PR控制器，由于多重准PR控制器不具有频率自适应能力，当电网频率波动时控制效果容易受到影响，且该专利的控制方法中需要锁相环和多次旋转坐标转换，增加了系统的复杂性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种虚拟同步发电机的控制方法及装置，用于解决现有技术中虚拟同步发电机控制方法的控制效果易受到电网频率波动影响的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种虚拟同步发电机的控制方法，包括如下步骤：1)提取电网电压基波正序分量，根据所述电网电压基波正序分量计算虚拟同步发电机定子电流；2)将负载电流中的谐波电流、负序电流和无功电流作为电能质量调节电流，将所述虚拟同步发电机定子电流与所述电能质量调节电流叠加得到目标指令电流；3)采用重复控制加PI控制的方法对所述指令电流进行跟踪控制，所述重复控制的输出量作为所述PI控制的输入指令，根据虚拟同步发电机的转子频率计算每周期的采样点数，根据采样点数中的整数部分设置重复控制中的每周期采样点数使二者一致，根据每周期的采样点数中的小数部分，计算小数部分延时离散化传递函数，将所述小数部分延时离散化传递函数加入到重复控制中，以改善重复控制对电网频率波动的适应能力。为了防止出现过流风险的问题，在计算所述目标指令电流时，需考虑叠加后的指令电流的大小，将所述虚拟同步发电机定子电流与所述谐波电流叠加后得到第一指令电流，若所述第一指令电流超过逆变器的额定电流，则将所述谐波电流乘以第一限流系数，将乘以第一限流系数后的谐波电流与所述虚拟同步发电机定子电流叠加后的电流值作为所述目标指令电流。进一步地，若所述虚拟同步发电机定子电流与所述谐波电流叠加后的第一指令电流未超过逆变器的额定电流值，则将所述第一指令电流与所述负序电流、无功电流叠加得到第二指令电流，若所述第二指令电流超过逆变器的额定电流，则将负序电流、无功电流乘以第二限流系数，将乘以第二限流系数的负序电流、无功电流与所述第一指令电流叠加作为所述目标指令电流；若所述第二指令电流未超过逆变器的额定电流，则将所述第二指令电流作为所述目标指令电流。进一步地，利用多重二阶广义积分器提取电网电压基波正序分量。进一步地，所述虚拟同步发电机定子电流的计算过程为：采用有功-频率下垂控制得到虚拟同步发电机的机械功率，将所述虚拟同步发电机的机械功率与虚拟同步发电机的有功功率相减，将相减得到的差值发送给转子运动方程进行相关计算，然后进行积分得到虚拟同步发电机的电角度，根据所述虚拟同步发电机的电角度和无功-电压下垂控制得到的电动势幅值计算虚拟同步发电机的感应电动势，根据所述虚拟同步发电机的感应电动势与所述电网电压基波正序分量计算得到虚拟同步发电机定子电流。进一步地，所述电能质量调节电流的计算过程为：采用多重二阶广义积分器提取负载电流中的负序电流、谐波电流；将所述负载电流经过abc/αβ坐标变换后与所述电网电压基波正序分量结合进行pq变换，将经过pq变换后得到的瞬时无功功率输入低通滤波器，然后进行pq反变换与αβ/abc坐标变换得到负载的无功电流，将所述负序电流及无功电流与所述谐波电流相加得到电能质量调节电流。进一步地，所述小数部分延时离散化传递函数表示为：其中，δ为每周采样点数的小数部分，z为复变量。本专利技术还提供了一种虚拟同步发电机的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行时的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：1)提取电网电压基波正序分量，根据所述电网电压基波正序分量计算虚拟同步发电机定子电流；2)将负载电流中的谐波电流、负序电流和无功电流作为电能质量调节电流，将所述虚拟同步发电机定子电流与所述电能质量调节电流叠加得到目标指令电流；3)采用重复控制加PI控制的方法对所述指令电流进行跟踪控制，所述重复控制的输出量作为所述PI控制的输入指令，根据虚拟同步发电机的转子频率计算每周期的采样点数，根据采样点数中的整数部分设置重复控制中的每周期采样点数使二者一致，根据每周期的采样点数中的小数部分，计算小数部分延时离散化传递函数，将所述小数部分延时离散化传递函数加入到重复控制中，以改善重复控制对电网频率波动的适应能力。为了防止存在过流风险的问题，在计算所述目标指令电流时，需考虑叠加后的指令电流的大小，将所述虚拟同步发电机定子电流与所述谐波电流叠加后得到第一指令电流，若所述第一指令电流超过逆变器的额定电流，则将所述谐波电流乘以第一限流系数，将乘以第一限流系数后的谐波电流与所述虚拟同步发电机定子电流叠加后的电流值作为所述目标指令电流。进一步地，若所述虚拟同步发电机定子电流与所述谐波电流叠加后的第一指令电流未超过逆变器的额定电流值，则将所述第一指令电流与所述负序电流、无功电流叠加得到第二指令电流，若所述第二指令电流超过逆变器的额定电流，则将负序电流、无功电流乘以第二限流系数，将乘以第二限流系数的负序电流、无功电流与所述第一指令电流叠加作为所述目标指令电流；若所述第二指令电流未超过逆变器的额定电流，则将所述第二指令电流作为所述目标指令电流。进一步地，利用多重二阶广义积分器提取电网电压基波正序分量。进一步地，所述虚拟同步发电机定子电流的计算过程为：采用有功-频率下垂控制得到虚拟同步发电机的机械功率，将所述虚拟同步发电机的机械功率与虚拟同步发电机的有功功率相减，将相减得到的差值发送给转子运动方程进行相关计算，然后进行积分得到虚拟同步发电机的电角度，根据所述虚拟同步发电机的电角度和无功-电压下垂控制得到的电动势幅值计算虚拟同步发电机的感应电动势，根据所述虚拟同步发电机的感应电动势与所述电网电压基波正序分量计算得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提取电网电压基波正序分量，根据所述电网电压基波正序分量计算虚拟同步发电机定子电流；2)将负载电流中的谐波电流、负序电流和无功电流作为电能质量调节电流，将所述虚拟同步发电机定子电流与所述电能质量调节电流叠加得到目标指令电流；3)采用重复控制加PI控制的方法对所述指令电流进行跟踪控制，所述重复控制的输出量作为所述PI控制的输入指令，根据虚拟同步发电机的转子频率计算每周期的采样点数，根据采样点数中的整数部分设置重复控制中的每周期采样点数使二者一致，根据每周期的采样点数中的小数部分，计算小数部分延时离散化传递函数，将所述小数部分延时离散化传递函数加入到重复控制中，以改善重复控制对电网频率波动的适应能力。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提取电网电压基波正序分量，根据所述电网电压基波正序分量计算虚拟同步发电机定子电流；2)将负载电流中的谐波电流、负序电流和无功电流作为电能质量调节电流，将所述虚拟同步发电机定子电流与所述电能质量调节电流叠加得到目标指令电流；3)采用重复控制加PI控制的方法对所述指令电流进行跟踪控制，所述重复控制的输出量作为所述PI控制的输入指令，根据虚拟同步发电机的转子频率计算每周期的采样点数，根据采样点数中的整数部分设置重复控制中的每周期采样点数使二者一致，根据每周期的采样点数中的小数部分，计算小数部分延时离散化传递函数，将所述小数部分延时离散化传递函数加入到重复控制中，以改善重复控制对电网频率波动的适应能力。2.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，在计算所述目标指令电流时，需考虑叠加后的指令电流的大小，将所述虚拟同步发电机定子电流与所述谐波电流叠加后得到第一指令电流，若所述第一指令电流超过逆变器的额定电流，则将所述谐波电流乘以第一限流系数，将乘以第一限流系数后的谐波电流与所述虚拟同步发电机定子电流叠加后的电流值作为所述目标指令电流。3.根据权利要求2所述的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，若所述虚拟同步发电机定子电流与所述谐波电流叠加后的第一指令电流未超过逆变器的额定电流值，则将所述第一指令电流与所述负序电流、无功电流叠加得到第二指令电流，若所述第二指令电流超过逆变器的额定电流，则将负序电流、无功电流乘以第二限流系数，将乘以第二限流系数的负序电流、无功电流与所述第一指令电流叠加作为所述目标指令电流；若所述第二指令电流未超过逆变器的额定电流，则将所述第二指令电流作为所述目标指令电流。4.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，利用多重二阶广义积分器提取电网电压基波正序分量。5.根据权利要求4所述的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机定子电流的计算过程为：采用有功-频率下垂控制得到虚拟同步发电机的机械功率，将所述虚拟同步发电机的机械功率与虚拟同步发电机的有功功率相减，将相减得到的差值发送给转子运动方程进行相关计算，然后进行积分得到虚拟同步发电机的电角度，根据所述虚拟同步发电机的电角度和无功-电压下垂控制得到的电动势幅值计算虚拟同步发电机的感应电动势，根据所述虚拟同步发电机的感应电动势与所述电网电压基波正序分量计算得到虚拟同步发电机定子电流。6.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿博，张洋，刘雪枫，周晓明，王赛爽，李雪，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41