一种适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法技术

本发明专利技术提出了一种适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法，属于虚拟同步机控制技术领域。方法为：步骤一，计算逆变器输出的正序基波有功功率和正序基波无功功率；步骤二、利用虚拟调速控制环路得到逆变器输出电压的相位指令；步骤三、利用虚拟励磁控制环路得到逆变器输出电压的幅值指令，结合相位指令得到参考电压；步骤四、在电压环中加入虚拟阻抗控制采用正序虚拟阻抗控制对有功功率和无功功率解耦；步骤五、对步骤四的参考电流值修正，设置系数N协调控制功率波动和电流质量；步骤六、设置系数k用以选取参考电流，得到电流环的实际参考电流值；步骤七、采样电感电流，利用电流环对电流参考值与所述电感电流进行准PR控制得到调制信号。

A control method for compound virtual synchronous machine under unbalanced condition

【技术实现步骤摘要】
一种适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法
本专利技术涉及一种适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法，属于虚拟同步机控制

技术介绍
随着电网中分布式电源(DistributedGenerators,DG)渗透率的提高，DG发电间歇性与电力电子装置接口低惯性和欠阻尼的特点，使得电网较传统电网而言更易受到外界环境的干扰，不利于电网的安全稳定运行。为解决分布式电源大规模接入电网造成的稳定性问题，相关学者提出虚拟同步发电机(Virtualsynchronousgenerator，VSG)的控制方法。VSG控制通过模拟同步发电机的工作原理，使得逆变器具有与同步发电机相似的调频调压外特性，能够为电网提供一定的惯性和频率支撑。目前，关于虚拟同步机的控制方法大部分是针对理想的工况(电网三相电压平衡或三相负载平衡)展开相关的研究，而实际运行中，电网电压的不对称跌落以及单相负载的接入等因素都会使逆变器工作在不平衡的工况下，目前针对不平衡工况下的逆变器以及VSG控制方法，通常采用功率-电流的控制方法，即通过功率计算电流的参考值，对电流质量和功率波动等问题进行改善。但是这些方法都是基于电流源型的逆变器和VSG而言的，而电流源型的VSG只适用于DG渗透率较低的并网环境，无法为系统提供电压和频率支撑。
技术实现思路
本专利技术针对现有适用于不平衡条件下的逆变器VSG控制方法无法为系统提供电压和频率支撑问题，提出一种适用于不平衡工况的复合型VSG控制方法，该方法既能提高逆变器在电网电压不平衡工况下的运行性能，又可以保证不改变VSG电压源控制的基本属性，为系统提供电压和频率支撑。所采取的技术方案如下：一种适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法，所述控制方法包括：步骤一、利用采样逆变器输出三相电压uoa、uob、uoc和三相电流ioa、iob、ioc作为采样信号，然后分别利用正负序分离模块和Clarke变换对所述采样信号进行正负序分离和Clarke变换处理，再通过瞬时功率计算获得逆变器输出的正序基波有功功率和正序基波无功功率步骤二、VSG控制主要包括虚拟励磁控制和虚拟调速控制两部分，利用VSG控制中的虚拟调速控制环路模拟同步发电机有功调频的下垂特性以及为适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制系统提供惯性和阻尼的机械特性，根据虚拟同步机实际输出电压的基波频率f、给定的参考频率fref以及给定的有功功率参考值P*，通过下垂方程得到虚拟机械功率Pm；然后结合步骤一中所述正序基波有功功率以及机械运动方程得到VSG输出电压的相位指令θ；步骤三、利用VSG控制中的虚拟励磁控制环路模拟同步发电机无功调压的下垂特性，根据虚拟同步机实际输出正序基波电压幅值参考电压幅值Un、参考无功功率Q*以及步骤一所述正序基波无功功率通过下垂控制中的无功-电压控制方程得到VSG输出电压的幅值指令E，再结合步骤二中得到的相位指令θ得到参考电压步骤四、在电压环中加入虚拟阻抗控制，采用正序虚拟阻抗控制对有功功率和无功功率进行解耦；然后将经过虚拟阻抗控制后的参考电压uref和虚拟同步机实际输出电压uoαβ的差值经过准PR控制得到电流参考值iLref；为了实现有功功率和无功功率的解耦，同时为了保证经过虚拟阻抗控制后的参考电压uref仍然是平衡的电压，本专利技术方法采用的是正序虚拟阻抗控制，即经过虚拟阻抗的电流只需其正序基波分量。步骤五、对步骤四中的参考电流值iLref进行修正，根据复功率定义，得到有功功率波动、无功功率波动和不平衡电流与负序电流之间的关系，并利用权重方式统一所述有功功率波动、无功功率波动和不平衡电流这三种控制目标下的负序电流参考值，然后将所述三种控制目标下的负序电流参考值与正序电流相加得到新的电流参考值i′Lref；步骤六、为了在实现并网电压不平衡下的功率波动和电流质量的协调控制的同时，提高逆变器带不平衡负载的能力。结合步骤四中的电流参考值iLref以及步骤五中修正后的电流参考值i′Lref，通过设置系数k得到电流环的实际参考电流值为其中，系数k的取值为0或1；步骤七、采样电感电流iLαβ，并利用电流环对步骤六中得到的电流参考值与所述电感电流iLαβ进行准PR控制得到调制波然后经过SVPWM模块得到开关驱动信号，进而用于驱动开关管。进一步地，步骤一获得所述正序基波有功功率和正序基波无功功率的具体公式如下：其中，uoα、uoβ和ioα、ioβ分别是逆变器输出电压和电流，上标“+”表示正序分量。进一步地，步骤二中所述的VSG虚拟调速控制环路，首先根据虚拟同步机实际输出电压的频率f、给定的参考频率fref以及给定的有功功率参考值P*，通过下垂方程得到虚拟机械功率Pm的具体公式如下：Pm＝P*+kf(fref-f)(2)然后结合步骤一得到的正序基波有功功率，根据机械运动方程得到虚拟同步发电机输出电压的相位指令θ的具体公式如下：θ＝∫ωdt(4)其中，J为转子转动惯量，D为阻尼系数，ω表示逆变器输出电压的参考角频率；ω0表示给定的角频率，kf表示有功下垂系数。进一步地，步骤三所述的VSG虚拟励磁控制环路，根据虚拟同步机实际输出正序电压幅值参考电压幅值Un与参考无功功率Q*得到虚拟同步发电机输出电压的幅值指令E，具体公式如下：其中，kp、ki为PI参数；然后，通过下式得到参考电压其中，Earef、Ebref和Ecref分别表示a相，b相和c相参考电压。进一步地，步骤四中所述电压环中加入虚拟阻抗控制，系统输出方程修正为：其中，Zv为虚拟阻抗，电流采用正序分量的电流是为了保证修正后的参考电压uref是平衡的。进一步地，步骤五所述参考电流值iLref进行修正的具体过程为：通过对系数N的设置分别实现有功功率无波动，无功功率无波动和输出电流平衡三种控制目标，并且通过对系数N的优化选取可达到最优的性能指标；参考电流的统一修正表达式如下：其中，iα、iβ分别表示为α，β轴向的电流；uα和uβ分别表示为α，β轴向的电压；上标“+”表示正序分量，上标“-”表示负序分量，N的取值范围为[-1，1]，且N为-1，1，0时分别对应三种控制目标下的参考电流值。进一步地，步骤六中所述的参考电流的选取，为提高VSG在孤岛下带不平衡负载的能力，通过对系数k的设置来进行参考电流的选取，表达式如下：其中，iLref为步骤五修正前的参考电流值，i′Lref为步骤五中修正后的参考电流值，实际的参考电流值。本专利技术有益效果：本专利技术提出的适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法在考虑不平衡条件下的逆变器VSG控制时，不仅实现了并网电压不平衡时功率和电流质量的改善，还保证VSG电压源控制的属性，为系统提供频率和电压支撑。具体有益效果包括：(1)复合型VSG控制方法在并网电压不平衡条件下，可以分别实现输出电流平衡、有功功率无波动和无功功率无波动三种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：步骤一、利用采样逆变器输出三相电压u

【技术特征摘要】
1.一种适用于不平衡条件下复合型虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：步骤一、利用采样逆变器输出三相电压uoa、uob、uoc和三相电流ioa、iob、ioc作为采样信号，然后分别利用正负序分离模块和Clarke变换对所述采样信号进行正负序分离和Clarke变换处理，再通过瞬时功率计算获得逆变器输出的正序基波有功功率Pe+和正序基波无功功率
步骤二、利用VSG控制中的虚拟调速控制环路模拟同步发电机有功调频的下垂特性以及为系统提供惯性和阻尼的机械特性，根据虚拟同步机实际输出电压的基波频率f、给定的参考频率fref以及给定的有功功率参考值P*，通过下垂方程得到虚拟机械功率Pm；然后结合步骤一中所述正序基波有功功率Pe+，以及机械运动方程得到VSG输出电压的相位指令θ；
步骤三、利用VSG控制中的虚拟励磁控制环路模拟同步发电机无功调压的下垂特性，根据虚拟同步机实际输出正序基波电压幅值参考电压幅值Un、参考无功功率Q*以及步骤一所述正序基波无功功率通过下垂控制中的无功-电压控制方程得到VSG输出电压的幅值指令E，再结合步骤二中得到的相位指令θ得到参考电压
步骤四、在电压环中加入虚拟阻抗控制，采用正序虚拟阻抗控制对有功功率和无功功率进行解耦；然后将经过虚拟阻抗控制后的参考电压uref和虚拟同步机实际输出电压uαβ的差值经过准PR控制得到电流参考值iLref；
步骤五、对步骤四中的参考电流值iLref进行修正，根据复功率定义，得到有功功率波动、无功功率波动和不平衡电流与负序电流之间的关系，并利用权重方式统一所述有功功率波动、无功功率波动和不平衡电流这三种控制目标下的负序电流参考值，然后将所述三种控制目标下的负序电流参考值与正序电流相加得到新的电流参考值i'Lref；
步骤六、结合步骤四中的电流参考值iLref以及步骤五中修正后的电流参考值i'Lref，通过设置系数k得到电流环的实际参考电流值为其中，系数k的取值为0或1；
步骤七、采样电感电流iLαβ，并利用电流环对步骤六中得到的电流参考值与所述电感电流iLαβ进行准PR控制得到调制波然后经过SVPWM模块得到开关驱动信号，进而用于驱动开关管。


2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，步骤一获得所述正序基波有功功率Pe+和正序基波无功功率的具体公式如下：



其中，uoα、uoβ和ioα、ioβ分别是逆变器输...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂花，王卫，李芬，郭磊，朱凯，荆弈翔，王文秀，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23