具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法及系统，采集网侧电压、电流数据送入功率控制环路，计算得到负荷虚拟同步机的相角和虚拟电势；通过负荷虚拟同步机的相角、虚拟电势和电磁方程计算得到虚拟三相电流；将虚拟三相电流送入并联准PR控制器，做电流闭环控制，得到三相调制波信号并送入PWM调制器，控制三相整流电路中开关管的开断。优点：通过计算负荷虚拟同步机的相角和虚拟电势，无需坐标变换，从而更有利于工程的实现；采用的并联准PR控制器，能够在无需坐标变换的基础上，有效降低网侧电流的谐波含量，并且并联准PR控制器的加入能够有效降低网侧电流的高次谐波。流的高次谐波。流的高次谐波。

【技术实现步骤摘要】
具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法及系统，属于负荷虚拟同步机控制


技术介绍

[0002]电动汽车正在逐步替代传统燃油汽车。工信部数据统计截至2022年3月底，纯电动汽车保有量724.5万辆，累计建设公共充电桩123.2万台。大量的充电桩接入电网，将会对电网稳定性产生巨大影响。另一方面，为解决电动汽车“充电慢”的痛点，提升电动汽车充电体验，充电桩设施则向大功率超级快充演进，也就意味着单位时间内需要电网提供更大容量的功率，进一步影响电网的稳定性。因此，如何使充电桩向电网提供惯性支撑，实现“网荷互动”成为当前的研究重点之一。
[0003]为了使充电桩具有电网友好特性，已有部分文献对负荷虚拟同步机控制策略(Load
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side Virtual Synchronous Machine,LVSM)进行了研究。传统的负荷虚拟同步机控制需引入锁相环，但锁相环是非线性的，电网的波动会影响锁相环的动态性能。另外一方面传统电压电流闭环控制部分，多采用PI解耦控制或PR控制，但PI解耦控制在工程上实现较为复杂，而PR控制又对频率变化十分敏感，使得电网频率波动对系统影响很大。另一方面传统电压电流闭环控制无法抑制网侧电流的高次谐波。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法及系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法，包括：
[0006]采集网侧电压、电流数据送入功率控制环路，计算得到负荷虚拟同步机的相角和虚拟电势；
[0007]通过负荷虚拟同步机的相角、虚拟电势和电磁方程计算得到虚拟三相电流；
[0008]将虚拟三相电流送入并联准PR控制器，做电流闭环控制，得到三相调制波信号，并将三相调制波信号送入PWM调制器，基于三相调制波信号控制三相整流电路中开关管的开断。
[0009]进一步的，所述相角的计算如下式：
[0010]θ＝∫ωdt
[0011]式中，θ为负荷虚拟同步机的相角，ω为负荷虚拟同步机机械角速度，t为积分时间。
[0012]进一步的，所述负荷虚拟同步机机械角速度根据以下方程组求解得到：
[0013][0014]J为转动惯量，T
e
、T
m
和D
p
分别为机械转矩、电磁转矩和阻尼系数，ω
n
为电网额定角速度；u
a
、u
b
、u
c
分别为A相、B相、C相相电压，i
a
、i
b
、i
c
分别为A相、B相、C相线电流，U
dc
为直流侧实测电压，U
dcref
为直流侧参考电压，k
P
、k
I
为PI调节参数，k
f
为频率调节系数；s为积分变量。
[0015]进一步的，所述虚拟电势的计算如下式：
[0016][0017]式中，E
p
为负荷虚拟同步机的虚拟电势，E0为电机空载电势，k
u
为电压调节系数，U
ref
为虚拟同步机端电压参考值，U为虚拟同步机端电压瞬时值，Q
ref
为无功功率参考值，Q为无功功率瞬时值，K为积分系数，s为积分变量。
[0018]进一步的，所述通过负荷虚拟同步机的相角、虚拟电势和电磁方程计算得到虚拟三相电流，包括：
[0019]根据负荷虚拟同步机的相角和虚拟电势，分别计算负荷虚拟同步机A相、B相、C相的虚拟电动势e
a
、e
b
、e
c
，表示如下：
[0020][0021]式中，θ为负荷虚拟同步机的相角，E
p
为负荷虚拟同步机的虚拟电势；
[0022]根据负荷虚拟同步机A相、B相、C相的虚拟电动势e
a
、e
b
、e
c
计算虚拟三相电流I
i
，表示如下：
[0023][0024]式中，L
f
为同步电感，R
f
为定子电阻，u
i
为网侧三相电压瞬时值，e
i
为相虚拟电动势，i＝a、b或c，对应A相、B相或C相，s为积分变量。
[0025]进一步的，所述三相调制波信号，按下式计算：
[0026][0027]式中，U
ref
为三相调制波信号，i
abcref
为参考电流，U
n
为电网侧相电压幅值，K
p
为比例系数，k
r
为谐振系数，ω
c
为谐振带宽，k为谐波次数，ω
n
为电网额定角速度。
[0028]进一步的，所述基于三相调制波信号控制三相整流电路中开关管的开断，包括：
[0029]当三相调制波信号U
ref
大于载波时，PWM脉冲为高电平1，控制三相整流电路中开关管打开；
[0030]当调制波信号U
ref
小于载波时，PWM脉冲为低电平0，控制三相整流电路中开关管关断。
[0031]一种具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制系统，包括：
[0032]第一计算模块，用于采集网侧电压、电流数据送入功率控制环路，计算得到负荷虚拟同步机的相角和虚拟电势；
[0033]第二计算模块，用于通过负荷虚拟同步机的相角、虚拟电势和电磁方程计算得到虚拟三相电流；
[0034]控制模块，用于将虚拟三相电流送入并联准PR控制器，做电流闭环控制，得到三相调制波信号，并将三相调制波信号送入PWM调制器，基于三相调制波信号控制三相整流电路中开关管的开断。
[0035]进一步的，所述相角的计算如下式：
[0036]θ＝∫ωdt
[0037]式中，θ为负荷虚拟同步机的相角，ω为负荷虚拟同步机机械角速度，t为积分时间；
[0038]进一步的，所述负荷虚拟同步机机械角速度根据以下方程组求解得到：
[0039][0040]J为转动惯量，T
e
、T
m
和D
p
分别为机械转矩、电磁转矩和阻尼系数，ω
n
为电网额定角速度；u
a
、u
b
、u
c
分别为A相、B相、C相相电压，i
a
、i
b
、i
c
分别为A相、B相、C相线电流，U
dc
为直流侧实测电压，U
dcref
为直流侧参考电压，k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括：采集网侧电压、电流数据送入功率控制环路，计算得到负荷虚拟同步机的相角和虚拟电势；通过负荷虚拟同步机的相角、虚拟电势和电磁方程计算得到虚拟三相电流；将虚拟三相电流送入并联准PR控制器，做电流闭环控制，得到三相调制波信号，并将三相调制波信号送入PWM调制器，基于三相调制波信号控制三相整流电路中开关管的开断。2.根据权利要求1所述的具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述相角的计算如下式：θ＝∫ωdt式中，θ为负荷虚拟同步机的相角，ω为负荷虚拟同步机机械角速度，t为积分时间。3.根据权利要求2所述的具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述负荷虚拟同步机机械角速度根据以下方程组求解得到：J为转动惯量，T
e
、T
m
和D
p
分别为机械转矩、电磁转矩和阻尼系数，ω
n
为电网额定角速度；u
a
、u
b
、u
c
分别为A相、B相、C相相电压，i
a
、i
b
、i
c
分别为A相、B相、C相线电流，U
dc
为直流侧实测电压，U
dcref
为直流侧参考电压，k
P
、k
I
为PI调节参数，k
f
为频率调节系数；s为积分变量。4.根据权利要求1所述的具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述虚拟电势的计算如下式：式中，E
p
为负荷虚拟同步机的虚拟电势，E0为电机空载电势，k
u
为电压调节系数，U
ref
为虚拟同步机端电压参考值，U为虚拟同步机端电压瞬时值，Q
ref
为无功功率参考值，Q为无功功率瞬时值，K为积分系数，s为积分变量。5.根据权利要求1所述的具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述通过负荷虚拟同步机的相角、虚拟电势和电磁方程计算得到虚拟三相电流，包括：根据负荷虚拟同步机的相角和虚拟电势，分别计算负荷虚拟同步机A相、B相、C相的虚拟电动势e
a
、e
b
、e
c
，表示如下：
式中，θ为负荷虚拟同步机的相角，E
p
为负荷虚拟同步机的虚拟电势；根据负荷虚拟同步机A相、B相、C相的虚拟电动势e
a
、e
b
、e
c
计算虚拟三相电流I
i
，表示如下：式中，L
f
为同步电感，R
f
为定子电阻，u
i
为网侧三相电压瞬时值，e
i
为相虚拟电动势，i＝a、b或c，对应A相、B相或C相，s为积分变量。6.根据权利要求5所述的具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述三相调制波信号，按下式计算：式中，U
ref
为三相调制波信号，i
abcref
为参考电流，U
n
为电网侧相电压幅值，K
p
为比例系数，k
r
为谐振系数，ω
c
为谐振带宽，k为谐波次数，ω
n
为电网额定角速度。7.根据权利要求6所述的具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述基于三相调制波信号控制三相整流电路中开关管的开断，包括：当三相调制波信号U
ref
大于载波时，PWM脉冲为高电平1，控制三相整流电路中开关管打开；当调制波信号U
ref
小于载波时，PWM脉冲为低电平0，控制三相整流电路中开关管关断。8.一种具有高次谐波抑制能力的负荷虚拟同步机控制系统，其特征在于，包括：第一计算模块，用于采集网侧电压、电流数据送入功率控制环路，计算得到负荷虚拟同步机的相角和虚拟电势；第二计算模块，用于通过负荷虚拟同步机的相角、虚拟电势和电磁方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玉立，陈良亮，赵阳，蔡鑫，林祥，陆震军，朱庆，周材，
申请(专利权)人：国电南瑞南京控制系统有限公司南瑞集团有限公司国网电力科学研究院有限公司南京师范大学，
类型：发明
国别省市：