一种提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法技术

本发明专利技术公布了一种提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法，属于变换器控制领域。本发明专利技术在电压控制型虚拟同步整流器算法的基础上，构造虚拟负载转矩进行变增益补偿。应用本发明专利技术的新型算法，可以有效改善负载突变下直流母线的动态响应。直流母线的动态响应。直流母线的动态响应。

【技术实现步骤摘要】
一种提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法


[0001]本专利技术涉及一种提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法，属于变换器控制的


技术介绍

[0002]电力电子装置的宽频响应、低惯性和无阻尼特性，增加了电力系统调控的复杂性。针对大规模电力电子变换器并网带来的系统振荡和电压稳定性等问题，虚拟同步机技术诞生。它借鉴传统同步发电机的特性进行建模，通过对并网变换器的合理控制，使电力电子变换器具有了惯性和阻尼特性，提高了新能源高渗透率电网的稳定性。虚拟同步整流器是虚拟同步机技术应用在负荷侧PWM整流器上的具体实现，使得电网与电力电子负荷友好交互。已知技术中虚拟同步整流器电压环调节速度较慢，直流母线电压在负载突变时具有较大的电压冲击。直流电压的大幅度波动，使系统控制性能下降，同时会危害负载。因此，需改进同步整流器的基本控制算法，改善负载扰动下直流母线的动态响应。

技术实现思路

[0003]本专利技术研制一种提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法。通过降阶观测器获取负载电流观测值，进而建立虚拟负载转矩，再通过变增益系数重构虚拟机械转矩，可改善负载扰动下虚拟同步整流器的动态性能。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法，包括：在三相PWM整流器上，采用电压控制型虚拟同步机算法；根据整流器直流侧的输出电流i
dc
，通过降阶状态观测器获取的负载电流观测值和预设的虚拟转矩系数G构建虚拟负载转矩T
L
，设计变增益系数k
T
，k
T
＝1+a(V
dcref
‑
V
dc
)，重构虚拟机械转矩，T
mnew
＝T
m
+k
T
·
T
L
；实现负载扰动下直流电压动态性能的改善。
[0006]采集整流器网侧的三相电压三相电流和直流电压V
dc
，计算获取整流器直流侧的输出电流i
dc
，具体过程为，
[0007]三相电压、电流通过坐标变换得到d轴电压v
d
和d轴电流i
d.
；根据v
d
、i
d
和V
dc
，计算整流器直流侧的输出电流i
dc
：
[0008]将直流电压V
dc
和直流侧输出电流i
dc
，输入降阶状态观测器获取负载电流观测值具体计算表达式为，
[0009][0010]通过负载电流观测值和预设的虚拟转矩系数G，重构虚拟机械转矩，具体过程为，
[0011]根据直流电压参考值V
dcref
和锁相环输出的电网角频率ω
g
，计算虚拟转矩系数G为
[0012]重构机械转矩为T
mnew
＝T
m
+k
T
·
T
L
。
附图说明
[0013]图1是虚拟同步整流器的主电路拓扑结构图。
[0014]图2是图1所示虚拟同步整流器的基本控制框图。
[0015]图3是获取负载电流观测值的基本控制框图。
[0016]图4是本专利技术控制方法的流程图。
[0017]图5是本专利技术控制方法的时域仿真图。
[0018]技术实现说明
[0019]下面将结合附图就提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法的具体实现方案做详细说明。
[0020]如图1所示，虚拟同步整流器采用三相全桥拓扑结构，包括LCL滤波电路和三相整流桥电路。v
a
、v
b
、v
c
是三相电网电压，使用交流电压传感器采样数值；i
a
、i
b
、i
c
是三相网侧电流，使用电流传感器采样数值；i
dc
是直流侧输出电流；i
c
是直流侧电容电流；i
L
是负载电流；L
g
和R
g
分别是网侧滤波电感及其电阻；L
c
和R
c
分别是变换器侧滤波电感及其电阻；C
f
和R
d
分别是滤波电容支路的滤波电容和阻尼电阻；Q1～Q6是6个含反向并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)；C是直流侧稳压电容；R
L
是负载电阻；V
dc
是直流侧输出电压，使用直流电压传感器采样数值。
[0021]如图2所示，虚拟同步整流器控制框图，包含锁相环PLL21、同步机核心环节22、变增益系数的虚拟负载转矩前馈环节23、直流电压环24、无功环25、过程量计算环26和PWM调制环27。
[0022]直流电压环24以实现对直流母线电压V
dc
的无静差控制。由参考直流电压V
dcref
与直流电压V
dc
的反馈值经PI调节器得到虚拟机械转矩T
m
，具体表达式如式(3)：
[0023][0024]变增益系数的虚拟负载转矩前馈环节23，由负载电流构建虚拟机械转矩，建立变增益系数进一步加快动态响应速度，将其在同步机核心环节进行前馈，实现方式如下：
[0025]1)由直流电压参考值V
dcref
和锁相环输出的电网角频率ω
g
，计算虚拟转矩系数G：
[0026][0027]2)将负载电流的观测值乘以虚拟转矩系数G，得到虚拟负载转矩T
L
：
[0028][0029]3)由参考直流电压V
dcref
、所述虚拟同步整流器的直流电压V
dc
的反馈值和速度系数a构建变增益系数k
T
：
[0030]k
T
＝1+a(V
dcref
‑
V
dc
)
[0031]速度系数a影响前馈动态效果，兼顾快速性与稳定性折中选取。
[0032]4)将虚拟负载转矩T
L
通过变增益系数k
T
前馈到同步机核心环节，构建新的虚拟机械转矩：
[0033]T
mnew
＝T
m
+k
T
·
T
L
ꢀꢀꢀ
(4)
[0034]同步机核心环22参考同步电动机的机械运动方程，在三相PWM整流器的控制中引入虚拟惯量J，虚拟转速ω，虚拟电磁转矩T
e
，虚拟机械转矩T
m
，虚拟阻尼D
p
。具体表达式如式
[0035][0036]对ω进行积分计算得到整流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法，其特征在于，包括，步骤S1，采用直流电压控制；步骤S2，采用变增益系数的虚拟负载转矩前馈，所述步骤S2包括，由参考直流电压V
dcref
与所述虚拟同步整流器的直流电压V
dc
的反馈值调节得到虚拟机械转矩T
m
，由直流电压参考值V
dcref
和所述虚拟同步整流器的电网角频率ω
g
，计算虚拟转矩系数G：将所述虚拟同步整流器的负载电流的观测值乘以虚拟转矩系数G，得到虚拟负载转矩T
L
：由参考直流电压V
dcref
、所述虚拟同步整流器的直流电压V
dc
的反馈值和速度系数a构建变增益系数k
T
：k
T
＝1+a(V
dcref
‑
V
dc
)由虚拟机械转矩T
m
、虚拟负载转矩T
L
和变增益系数k
T
构建新的虚拟机械转矩T
mnew
：T
mnew
＝T
m
+k
T
·
T
L
。2.根据权利要求1所述的一种提高抗负载扰动性能的虚拟同步整流器控制方法，其特征在于，所述步骤S1计算虚拟转速ω，具体表达式为：J是虚拟惯量，ω是虚拟转速，T
e
是虚拟电磁转矩，T
m
是虚拟机械转矩，D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹鑫，钱胜南，郝振洋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：