基于耦合电感的并网变流器虚拟同步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耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法及系统，包括：构建虚拟同步旋转坐标系；将并网变流器输出电流矢量固定于虚拟同步旋转坐标系，并网变流器输出电流作为励磁电流；所述并网变流器输出电流矢量流过耦合电感副边绕组，产生穿过原、副边气隙的励磁磁场，在耦合电感原边产生励磁感应电动势；耦合电感原边的交轴电流产生垂直于励磁磁场的电枢磁场，影响原边电磁功率，进而影响虚拟电磁转矩，从而影响虚拟同步旋转坐标系转速。本发明专利技术将并网变流器与出口耦合电感相结合的虚拟同步控制方法，将GSC的输出电流作为耦合电感副边的励磁电流，产生励磁磁场并在原边产生感应电动势。保留了电流控制环节，避免扰动引起GSC过电流。

【技术实现步骤摘要】
基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法及系统
本专利技术涉及并网变流器控制
，尤其涉及一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。随着新能源占比的不断提高，传统的基于锁相与功率解耦矢量控制的新能源并网控制方式面临着许多问题与挑战。例如：无法自发的提供电网频率与电压支撑，无法脱离同步机实现独立供电，容易引起次超同步振荡问题。鉴于此，一种新的控制概念——虚拟同步控制被提出。目前并网变流器(以下简称GSC)的虚拟同步控制大多是对GSC输出电压进行直接控制，使其输出电压矢量具有一个虚拟转子运动方程所描述的运动特性以模仿同步电机的励磁感应电动势，此外，也有直接利用全功率变流器型风电机组的直流母线电压动态作为GSC输出电压矢量旋转速度的方案。这些方案缺少电流控制环节，在大扰动下容易引起变流器过流。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法及系统，利用GSC出口端耦合电感(如升压变压器)实现虚拟同步控制；将变流器输出电流作为励磁电流进行控制，保留了电流矢量控制环节，可以有效避免变流器过电流危险。在一些实施方式中，采用如下技术方案：一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法，包括：构建虚拟同步旋转坐标系；将并网变流器输出电流矢量固定于虚拟同步旋转坐标系，并网变流器输出电流作为励磁电流；所述并网变流器输出电流矢量流过耦合电感副边绕组，产生穿过原、副边气隙的励磁磁场，在耦合电感原边产生励磁感应电动势；耦合电感原边的交轴电流产生垂直于励磁磁场的电枢磁场，影响原边电磁功率，进而影响虚拟电磁转矩，从而影响虚拟同步旋转坐标系转速。在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法。在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术将并网变流器(GSC)与出口耦合电感相结合的虚拟同步控制方法，将GSC的输出电流作为耦合电感副边的励磁电流，产生励磁磁场并在原边产生感应电动势。保留了电流控制环节，避免扰动引起GSC过电流。本专利技术首先构建虚拟同步旋转坐标系作为控制基准；利用电流矢量控制方法，将GSC输出电流矢量固定于虚拟同步旋转坐标系的d轴，以形成耦合电感副边励磁磁场；在虚拟同步坐标系构建中增加调速器环节以稳定转速，向电网提供频率主动支撑；在电流矢量控制方法中，增加自动励磁调节环节来确定电流参考值以稳定电压，向电网提供电压主动支撑；该虚拟同步控制方法不仅使并网变流器能够与同步机并列运行并向电网提供频率、电压主动支撑，同时能够不依赖同步机而实现独立供电的孤岛运行。本专利技术的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。附图说明图1为本专利技术实施例中GSC与出口耦合电感系统示意图；图2为本专利技术实施例中构建的虚拟同步旋转坐标系示意图；图3为本专利技术实施例中GSC电流控制结构示意图；图4为本专利技术实施例中增加调速器环节的虚拟同步旋转坐标系示意图；图5为本专利技术实施例中自动励磁调节环节示意图；图6为本专利技术实施例中仿真系统示意图；图7为本专利技术实施例中场景一下GSC虚拟同步转速与同步电机转子转速示意图；图8为本专利技术实施例中场景一下GSC+耦合电感与同步机端电压示意图；图9为本专利技术实施例中场景一下GSC+耦合电感输出功率和功率参考值示意图；图10为本专利技术实施例中场景一下SG1输出功率与机械功率示意图；图11为本专利技术实施例中场景一下SG2输出功率与机械功率示意图；图12为本专利技术实施例中场景一下GSC在虚拟同步旋转坐标系下的d轴电流与d轴电流参考值；图13为本专利技术实施例中场景一下GSC在虚拟同步旋转坐标系下的q轴电流与q轴电流参考值；图14为本专利技术实施例中场景二下GSC虚拟同步转速示意图；图15为本专利技术实施例中场景二下GSC+耦合电感端电压示意图；图16为本专利技术实施例中场景二下GSC+耦合电感输出功率和功率参考值示意图；图17为本专利技术实施例中场景二下GSC在虚拟同步旋转坐标系下的d轴电流与d轴电流参考值示意图；图18为本专利技术实施例中场景二下GSC在虚拟同步旋转坐标系下的q轴电流与q轴电流参考值示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例一在一个或多个实施方式中，公开了一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法，具体包括如下过程：(1)构建虚拟同步旋转坐标系；(2)将并网变流器输出电流矢量固定于虚拟同步旋转坐标系，将并网变流器输出电流作为励磁电流，；(3)所述并网变流器输出电流矢量流过耦合电感副边绕组，产生穿过原、副边气隙的励磁磁场，在耦合电感原边产生励磁感应电动势；耦合电感原边的交轴电流产生垂直于励磁磁场的电枢磁场，影响原边电磁功率，进而影响虚拟电磁转矩，从而影响虚拟同步转子转速。具体地，将GSC输出电流作为励磁电流。构建虚拟同步旋转坐标系，作为副边GSC输出电流的控制基准，将GSC输出电流位置在虚拟同步旋转坐标系下固定(固定于虚拟同步旋转坐标系的d轴)以产生穿过气隙同步旋转的励磁磁场，在原边产生励磁感应电动势(耦合电感的GSC侧称为副边，电网侧称为原边)。将原边电流的交轴分量与虚拟同步旋转坐标系的运动方程联系起来，以形成交轴电枢反应效应，原边交轴电流将影响虚拟同步转速，在虚拟同步旋转坐标系方程中增加调速器环节以应对外部扰动引起的交轴电流变化。原边直轴电流具有去磁或助磁效应，将影响气隙磁场的幅值，进而影响感应电动势和原边端电压的幅值，因此增加自动励磁调节控制环节根据端电压幅值变化调节GSC输出电流的幅值以改变励磁磁场大小，维持端电压稳定，应对外部扰动引起的直轴电流变化。该控制方案将变流器输出电流作为励磁电流进行控制，利用电流矢量控制方法对GSC输出电流进行控制，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法，其特征在于，包括：/n构建虚拟同步旋转坐标系；/n将并网变流器输出电流矢量固定于虚拟同步旋转坐标系，并网变流器输出电流作为励磁电流；/n所述并网变流器输出电流矢量流过耦合电感副边绕组，产生穿过原、副边气隙的励磁磁场，在耦合电感原边产生励磁感应电动势；耦合电感原边的交轴电流产生垂直于励磁磁场的电枢磁场，影响原边电磁功率，进而影响虚拟电磁转矩，从而影响虚拟同步旋转坐标系转速。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法，其特征在于，包括：
构建虚拟同步旋转坐标系；
将并网变流器输出电流矢量固定于虚拟同步旋转坐标系，并网变流器输出电流作为励磁电流；
所述并网变流器输出电流矢量流过耦合电感副边绕组，产生穿过原、副边气隙的励磁磁场，在耦合电感原边产生励磁感应电动势；耦合电感原边的交轴电流产生垂直于励磁磁场的电枢磁场，影响原边电磁功率，进而影响虚拟电磁转矩，从而影响虚拟同步旋转坐标系转速。


2.如权利要求1所述的一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法，其特征在于，耦合电感原边的直轴电流，产生同向于励磁磁场的电枢磁场，具有去磁或助磁效应，并影响原边感应电动势和端电压的幅值。


3.如权利要求1所述的一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法，其特征在于，在虚拟同步坐标系中增加调速器环节，以维持虚拟同步转速。


4.如权利要求3所述的一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法，其特征在于，在虚拟同步坐标系中增加调速器环节，具体过程为：
转速标准值与虚拟同步旋转坐标系转速标幺值做差，乘以调速器增益系数后经过一阶惯性环节得出虚拟同步旋转坐标系形成过程中的调速器功率，以维持虚拟同步旋转坐标系的转速在所述转速标准值附近。


5.如权利要求1所述的一种基于耦合电感的并网变流器虚拟同步控制方法，其特征在于，在并网变流器电流控制结构中增加自动励磁调节环节，以确定并网变流器输出电流的幅值参考值，调整并网变流器输出电流和形成的励磁磁场幅值，维持气隙磁场和端电压的幅值，同时响应原边交、直轴电流引起的端电压变化。


6.如权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁磊，高雪松，王志军，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37