基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法及系统，所述方法：包括采用两相静止坐标上的电压、电流双环控制算法作为VSG的底层控制算法，其中电压环采用准比例谐振调节器抑制输出电压的谐波分量，电流环采用比例控制以加快系统响应速度；选用双二阶广义积分器提取公共端输出电压的正负序分量，并通过负序电压补偿算法得出补偿电流信号附加在电流环，降低输出电压的不平衡度，保证输出电压质量；本控制方法属于VSG的底层控制算法，在不改变VSG算法结构的基础上保证输出三相电压的平衡性，适用于对输出三相电压质量要求较高的微电网或者其他离网运行系统中负载不平衡性较高的工况。

Double-loop control method and system of negative sequence voltage compensation based on virtual synchronous generator

The invention discloses a double-loop control method and system of negative sequence voltage compensation based on virtual synchronous generator. The method includes adopting voltage and current double-loop control algorithm in two-phase static coordinates as the bottom control algorithm of VSG, in which the voltage loop adopts quasi-proportional resonant regulator to suppress the harmonic component of output voltage, and the current loop adopts proportional control to accelerate the system response. Speed; Select two second-order generalized integrator to extract positive and negative sequence components of output voltage of common terminal, and obtain compensation current signal by negative sequence voltage compensation algorithm, which is attached to current loop to reduce the unbalance of output voltage and ensure the quality of output voltage; This control method belongs to the bottom control algorithm of VSG, and ensures the balance of output three-phase voltage without changing the structure of VSG algorithm. It is suitable for microgrid or other off-grid operation system with high load imbalance, which requires high quality of output three-phase voltage.

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法及系统
本专利技术涉及三相电力电子逆变器控制方法，具体涉及一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法及其控制系统。
技术介绍
分布式电源作为将来可再生能源应用的主要形式，具有污染少、可靠性高、能源利用率高、安装地点灵活等多方面优点。在面对未来越来越多的分布式电源接入的背景下，如何实现分布式电源的友好接入，减小电源、负载、电网或者微网间的消极影响已成为当前分布式能源方向的研究热点。虚拟同步发电机技术就是在此背景之下提出的逆变器控制技术，它融合了电力电子设备的灵活性和同步发电机的运行机制，可有效的解决分布式电源渗透率高引起系统欠阻尼、低惯性问题，促进电源和负载的协调性，具有广阔的应用前景。而在实际的微电网或者某些离网系统中，负载应该是含有不平衡非线性的混合负载，微源逆变器不仅要完成电能形式的转换，还要保证在各种混合负载下仍然能够提供稳定的电能，尤其是保证微电网的电压质量,不得影响微网内其他重要负载以及设备的运行。国家及相关部门对微电网接入电压质量有明确的规定，这其中就包括不平衡度问题和总谐波畸变率等指标问题。目前对于VSG电压质量优化等相关问题已取得一些研究成果，主要解决方法集中在补偿控制以及虚拟阻抗上，但是普遍存在系统适用性差以及响应时延较长等缺陷，这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法及其控制系统，其中不改变VSG控制算法结构，采用基于Q-PR的电压、电流双环控制算法作为VSG的底层控制算法以调制VSG的输出三相电压，降低输出信号THD值；并针对公共端输出电压负序分量提供补偿，保证输出电压对称性和不平衡度要求。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法，所述方法包括：S1：将虚拟同步发电机VSG三相输出电压信号以及公共端输出三相电压、电流信号分别经过Clark变换转换至αβ两相静止坐标系上；S2：采用基于两相静止坐标的电压、电流双环控制算法对上述输出信号进行信号调制；S3：对公共端输出三相电压信号进行正负序分离；S4：将上述公共端输出电压的正负序分量分别进行旋转坐标Park变换，将电压分量转化至两相旋转坐标上的直流量并对其与给定值的差值信号进行PI调节；S5：将PI输出偏差信号进行反旋转坐标变换，得到适用于电流环的电压负序分量补偿电流信号；S6：将上述补偿电流信号附加在电流环上,经过电流环调节器调制得到电压补偿信号附加在VSG输出电压上得到调制波信号，然后通过SVPWM模块得到三相桥开关管驱动信号控制逆变电源的输出电压。进一步，S2的电压、电流双环控制算法中,电压环采用准谐振调节器抑制谐波分量，电流环采用比例调节器以加快系统响应速度。进一步，S3中所述正负序分离采用双二阶广义积分器算法。进一步，S4中旋转坐标Park变换方向角根据电压正负序分量分别为系统PLL锁取的相位角及其反向相位角，正负序分量的给定值按系统电压额定值计算。进一步，S5中反旋转坐标变换方向角根据正负序分别为系统PLL锁取相位角及其反向相位角，其中补偿电流信号为两相静止坐标系上的变量信号。本专利技术系统的技术方案为：一种根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制系统，所述系统包括：基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制系统主电路，由分布式电源、三相全桥逆变器、滤波器、负载组成；电压、电流模拟信号采样模块，用于采样公共端输出三相电压、电流信号；AD转换模块，用于将采集到的三相电压、电流信号转化为系统可以识别计算的数字信号；VSG控制算法模块，用于实现分布式电源全桥逆变器控制的主体控制算法，由瞬时功率计算模块、有功控制环、无功控制环以及调制波合成模块组成，将采样计算得到的三相电压、电流数字信号通入瞬时功率计算模块计算输出瞬时功率，分别通过有功控制环及无功控制环调制输出电压的频率信号和幅值信号，通入调制波合成模块合成输出VSG三相电压调制波信号；双环控制模块，作为VSG控制算法模块的底层控制模块与其相连，用于调制VSG输出三相电压调制波信号，其中输入信号包括采集计算得到的公共端输出三相电压、电流信号以及VSG三相电压调制波信号，输出SVPWM调制波信号；SVPWM调制模块，用于将SVPWM调制波信号转化为三相桥开关管驱动信号控制逆变电源的输出电压；锁相环PLL模块，用于为VSG控制算法模块和双环控制模块提供频率和相角信号，其中包括旋转坐标Park变换的输入相角信号和反旋转坐标变换的输入反相角信号。进一步，所述双环控制模块，具体包括：Clark变换单元，用于将VSG三相输出电压信号以及采集得到的公共端输出三相电压、电流信号变换至αβ两相静止坐标系上；准谐振调节器，用于电压、电流双环控制算法中的电压外环信号调节器；比例调节器，用于电压、电流双环控制算法中的电流内环信号调节器；二阶广义积分器，用于对公共端输出三相电压信号进行正负序分离；旋转坐标Park变换单元，用于将公共端输出电压的正负序分量分别变换至两相旋转坐标系上的直流量；PI调节器，用于将两相旋转坐标系上的直流量与给定值的差值信号进行PI调节；反旋转坐标变换单元，用于将PI输出误差信号变换为适用于电流内环的电压负序分量补偿电流信号并附加至电流环。进一步，所述SVPWM调制模块，与双环控制模块相连，将所述补偿后的电压控制信号进行空间矢量分解，合成开关管驱动信号波控制三相分布式电源逆变器的工作状态。上述系统中，由分布式电源、三相全桥逆变器、滤波器、负载构成VSG控制系统的主电路,VSG控制算法模块输出三相合成调制波信号通入双环控制模块，负序电压补偿模块输出补偿信号附加至双环控制模块的电流环信号，双环控制模块输出调制信号通入SVPWM调制模块为三相全桥逆变器提供开关信号，锁相环模块为VSG和双环控制模块提供频率和相角信号。上述VSG控制算法模块，包括瞬时功率计算模块、有功控制环、无功控制环、调制波合成模块；其中，电压、电流信号采样模块及AD转换模块为VSG提供三相电压电流数字信号，通入瞬时功率计算模块计算输出瞬时功率，分别通过有功控制环及无功控制环调制输出电压的频率信号和幅值信号，通入调制波合成模块合成输出VSG三相电压调制波信号。本专利技术提出的控制方法与现有技术相比，具有如下有益效果：1、本专利技术采用电压、电流双环控制算法，适用于大部分常用逆变器控制算法的底层控制，例如下垂控制、VSG等，且无需改变主控制算法结构；其中正负序分量的提取采用双二阶广义积分器，省去了输出滤波环节，无需考虑信号调制过程中引入的相移和时延现象，保证了系统响应的快速性和准确性。2、本专利技术所提方法着重解决逆变电源的输出电压质量问题，尤其是对于VSG系统。其中对于输出电压高频谐波分量，系统增益较小，可以做到有效抑制，而对于输出电压负序分量，可以做到按电压分量给定值调制，实现负序电压不平衡度的调零。附图说明图1为本专利技术的VSG控制下的分布式逆变电源系统框图；图2为本专利技术的VSG控制算法框图；图3为本专利技术的电压、电流双环控制算法框图；图4为本专利技术的负序电压补偿算法模块；图5为本专利技术的双二阶广义积分结构图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1：将虚拟同步发电机VSG三相输出电压信号以及公共端输出三相电压、电流信号分别经过Cl ark变换转换至αβ两相静止坐标系上；S2：采用基于两相静止坐标的电压、电流双环控制算法对上述输出信号进行信号调制；S3：对公共端输出三相电压信号进行正负序分离；S4：将上述公共端输出电压的正负序分量分别进行旋转坐标Park变换，将电压分量转化至两相旋转坐标上的直流量并对其与给定值的差值信号进行P I调节；S5：将PI输出偏差信号进行反旋转坐标变换，得到适用于电流环的电压负序分量补偿电流信号；S6：将上述补偿电流信号附加在电流环上,经过电流环调节器调制得到电压补偿信号附加在VSG输出电压上得到调制波信号，然后通过SVPWM模块得到三相桥开关管驱动信号控制逆变电源的输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1：将虚拟同步发电机VSG三相输出电压信号以及公共端输出三相电压、电流信号分别经过Clark变换转换至αβ两相静止坐标系上；S2：采用基于两相静止坐标的电压、电流双环控制算法对上述输出信号进行信号调制；S3：对公共端输出三相电压信号进行正负序分离；S4：将上述公共端输出电压的正负序分量分别进行旋转坐标Park变换，将电压分量转化至两相旋转坐标上的直流量并对其与给定值的差值信号进行PI调节；S5：将PI输出偏差信号进行反旋转坐标变换，得到适用于电流环的电压负序分量补偿电流信号；S6：将上述补偿电流信号附加在电流环上,经过电流环调节器调制得到电压补偿信号附加在VSG输出电压上得到调制波信号，然后通过SVPWM模块得到三相桥开关管驱动信号控制逆变电源的输出电压。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法，其特征在于，S2的电压、电流双环控制算法中,电压环采用准谐振调节器抑制谐波分量，电流环采用比例调节器以加快系统响应速度。3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法，其特征在于，S3中所述正负序分离采用双二阶广义积分器算法。4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法，其特征在于，S4中旋转坐标Park变换方向角根据电压正负序分量分别为系统PLL锁取的相位角及其反向相位角，正负序分量的给定值按系统电压额定值计算。5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制方法，其特征在于，S5中反旋转坐标变换方向角根据正负序分别为系统PLL锁取相位角及其反向相位角，其中补偿电流信号为两相静止坐标系上的变量信号。6.一种根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制系统，其特征在于，所述系统包括：基于虚拟同步发电机的负序电压补偿双环控制系统主电路，由分布式电源、三相全桥逆变器、滤波器、负载组成；电压、电流模拟信号采样模块，用于采样公共端输出三相电压、电流信号；AD...

【专利技术属性】
技术研发人员：施凯，宋文涛，徐培凤，孙宇新，刘奕辰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32