一种含限流功能的虚拟同步控制方法技术

本发明专利技术涉及一种含限流功能的虚拟同步控制方法，包括下列步骤：(1)计算dq轴电流参考值；(2)生成αβ坐标系下的电压参考值；(3)由电压内环生成调制电压，进行电压内环计算，并根据内环输出得到αβ坐标系下的调制电压v

【技术实现步骤摘要】
一种含限流功能的虚拟同步控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，特别涉及一种含限流功能的新型虚拟同步控制架构。

技术介绍

[0002]微电网是智能电网的关键组成部分，是一种集合了本地负荷、分布式发电，比如风力涡轮机、太阳能光伏和储能系统等的集群，随着相关技术的不断发展，微电网及其技术越来越收到企业及科研人员的关注。
[0003]同时，随着世界能源危机的日益严重以及我国电网的不断发展，电网呈现了“新能源占比高”和“电力电子设备占比高”，即“双高”的特性，电网本身正在发生一个深刻的改变，使得很多问题逐渐凸显。例如可再生能源本身具有较大波动性，这就导致其输出功率不稳定，功率波动较大，而同时电力电子设备本身具有低阻尼特性和低惯性的特性，这会对其微电网系统的稳定性造成不利的影响。所以，为了平抑该波动，在微电网投入可再生能源时，一般会配套一定额度的储能系统。而储能系统接入电网，则需要连接相应的变流器。而在变流器的具体控制层面，则一般会采用虚拟同步控制技术，将静止的电力电子装置模拟为虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator)，并通过模拟同步发电机的一次调频等，提高系统的惯量，从而解决系统内本身惯量不足的问题，最终提高交流微电网的稳定性。
[0004]目前基本的虚拟同步控制架构如图1，即输入有功功率参考和无功功率参考，同时采集输出端口电压及电流计算实时输出的有功功率和无功功率。通过有功功率计算得到输出相角，通过无功功率计算得到输出电压参考值。
[0005]但是，在传统的虚拟同步控制架构会存在以下问题：第一是若系统的网侧阻抗过小，即电网呈现强网时，传统的虚拟同步控制就会难以并入电网，极易发生失稳现象；第二是当控制架构中的内环控制不包含电流环，仅包含电压环时，传统的虚拟同步控制在系统发生暂态电压跌落时，就会无法对故障电流进行限幅，即会产生较大的冲击电流。这就可能使得系统出现控制失稳的情况，影响系统的暂态稳定性。因此提出一种新型的可以在系统电压跌落时可以抑制暂态电流的控制架构十分重要。
[0006]综上所述，为了在电压跌落时抑制暂态电流，提高含虚拟同步控制的暂态稳定性，研究一种含限流功能的新型虚拟同步控制架构具有重要的意义和实用价值。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的是克服现有的内环仅有单电压环的虚拟同步控制架构无法抑制电网电压跌落时的冲击电流的不足，提出一种新型虚拟同步控制架构，综合考虑加入虚拟电抗等，实现在网侧电压跌落时对输出电流进行限流控制。技术方案如下：
[0008]一种含限流功能的虚拟同步控制方法，包括下列步骤：
[0009](1)计算dq轴电流参考值
[0010]对网侧电流进行采样，并进行锁相，生成网侧相角θ
PLL
，并采集变流器的交流侧输出电流i
abc
，通过Clark变换生成i
α_VSG
和i
β_VSG
，后经过Park变换生成dq坐标系下的电流i
d_dulp
和i
q_dulp
；后采集变流器交流侧输出电压v
abc
，通过Clark变换生成v
α_PLL
和v
β_PLL
，后经过Park变换生成dq坐标系下的电压v
d_PLL
和v
q_PLL
；
[0011]dq坐标系下的电流参考值i
dref
和i
qref
表示为下式：
[0012][0013][0014][0015]上式中，P
set
为设定的有功功率参考值，v
mag
是并网点电压幅值，k
p
是电压幅值比例参数，Q
set
为设定的无功功率参考值；
[0016](2)生成αβ坐标系下的电压参考值
[0017]基于前一步生成的dq坐标系下的电流参考值i
dref
和i
qref
，计算虚拟同步控制的控制相角θ
vsg
，如下式所示：
[0018]i
d_err
＝(i
dref
‑
i
d_dulp
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0019][0020]其中，i
d_err
是d轴参考电流与实际电流的偏差值，ω0是基准的角频率，取网侧角频率；H为虚拟同步控制的虚拟转动惯量参数，D为虚拟同步控制的阻尼系数，s为拉普拉斯算子；
[0021]基于前一步生成的dq坐标系中的i
qref
，计算输出电压幅值参考值v
ref
：
[0022]i
q_err
＝(i
qref
‑
i
q_dulp
)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0023][0024]其中，i
q_err
是q轴参考电流与实际电流的偏差值，k
p1
是比例控制参数，k
i1
是积分控制参数；
[0025]利用式(5)计算得到的虚拟同步控制的控制相角θ
vsg
，并加入虚拟电阻R
v
和虚拟阻抗L
v
，计算得到αβ坐标系下的参考电压v
α_ref
和v
β_ref
，如下式所示：
[0026]v
α_ref
＝v
ref
cos(θ
vsg
)+i
α_vsg
R
v
+i
β_vsg
ω0L
v
ꢀꢀꢀ
(8)
[0027]v
β_ref
＝v
ref
sin(θ
vsg
)+i
β_vsg
R
v
‑
i
α_vsg
ω0L
v
ꢀꢀꢀ
(9)
[0028](3)由电压内环生成调制电压
[0029]依据(8)、(9)式计算得到的v
α_ref
和v
β_ref
，进行电压内环计算，并根据内环输出out
α
和out
β
与v
α_ref
和v
β_ref
得到αβ坐标系下的调制电压v
α_pwm
和v
β_pwm
，在此处电压内环采用准比例谐振控制，如下式所示：
[0030][0031][0032]v
d_pwm
＝(out
α
+v
α_ref
)cos(θ
vsg
)+(out
β
+v
β_ref...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含限流功能的虚拟同步控制方法，包括下列步骤：(1)计算dq轴电流参考值对网侧电流进行采样，并进行锁相，生成网侧相角θ
PLL
，并采集变流器的交流侧输出电流i
abc
，通过Clark变换生成i
α_VSG
和i
β_VSG
，后经过Park变换生成dq坐标系下的电流i
d_dulp
和i
q_dulp
；后采集变流器交流侧输出电压v
abc
，通过Clark变换生成v
α_PLL
和v
β_PLL
，后经过Park变换生成dq坐标系下的电压v
d_PLL
和v
q_PLL
；dq坐标系下的电流参考值i
dref
和i
qref
表示为下式：表示为下式：表示为下式：上式中，P
set
为设定的有功功率参考值，v
mag
是并网点电压幅值，k
p
是电压幅值比例参数，Q
set
为设定的无功功率参考值；(2)生成αβ坐标系下的电压参考值基于前一步生成的dq坐标系下的电流参考值i
dref
和i
qref
，计算虚拟同步控制的控制相角θ
vsg
，如下式所示：i
d_err
＝(i
dref
‑
i
d_dulp
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，i
d_err
是d轴参考电流与实际电流的偏差值，ω0是基准的角频率，取网侧角频率；H为虚拟同步控制的虚拟转动惯量参数，D为虚拟同步控制的阻尼系数，s为拉普拉斯算子；基于前一步生成的dq坐标系中的i
qref
，计算输出电压幅值参考值v
ref
：i
q_err
＝(i
qref
‑
i
q_dulp
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，i
q_err
是q轴参考电流与实际电流的偏差值，k
p1
是比例控制参数，k
i1
是积分控制参数；利用式(5)计算得到的虚拟同步控制的控制相角θ
vsg
，并加入虚拟电阻R
v
和虚拟阻抗L
v
，计算得到αβ坐标系下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉辉，李霞林，郭力，李佳鑫，周旭，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：