基于带通阻尼电压型变流器虚拟同步电机控制方法
【技术领域】：
[0001] 本发明专利属于虚拟同步电机控制领域，具体涉及一种基于带通阻尼电压型变流 器虚拟同步电机控制方法。
【背景技术】：
[0002] 分布式新能源发电单元大部分接入配电网，与负荷靠近。随着分布式新能源接入 比例提高，配电网由传统的垂直结构向网状结构发展。网状结构的配电网最典型特点是，发 电单元不再是传统的少数大容量，而是多数小容量。另外大部分分布发电单元都是通过电 力电子变流器并网，因此其并网特性受到变流器的控制方法决定。通常分布式新能源并网 时，变流器采用电流源控制模式，即注入电网的有功和无功通过控制变流器的交流电流实 现。与传统旋转同步发电机相比，并网变流器有功无功响应速度快、输出阻抗小、无转动惯 量的特点。这些使得配电网面临一些新问题：一是配电网对整个电网系统的可靠性、稳定性 和安全性影响加大，尤其有标准规定分布式电源在电网故障时必须自动退出，进一步加重 了系统暂态过程的功率不平衡；二是新能源的间歇性特点给高阻抗的配电网带来了严重的 电压波动问题，三是配电网潮流由简单的单向变为复杂的双向，影响了配电网的电压控制、 继电保护、网损以及电能质量。为了充分发挥分布式能源的优势，渐弱分布式电源对配电网 和传输网的影响，让电网消纳更多地分布式能源，分布式电源必须参与配电网和传输网的 调频和调压过程，分布式电源潜在辅助服务必须被充分挖掘，分布式电源必须向电网提供 必要的辅助服务。
[0003] 根据众多学者的共识，并网变流器模拟同步电机特性是未来并网变流器控制的趋 势。传统并网变流器控制是以锁相环输出相位为基础的。锁相环能有很好的动态特性和精 确性，大部分锁相环能够在一到两个周波内（l〇ms~40ms)完成相位的跟踪，即使有负序和 谐波存在。变流器锁相环能够感受变流器并网节点电压的相位和幅值变化，但是它能在数 十毫秒内重新完成相位的跟踪，而且变流器的输出功率是通过电流环被控制的，因此变流 器并不会如同步电机一样响应并网节点的负载变化，使变流器输出功率发生改变，这就不 能满足分布式电源向电网提供辅助服务的要求。
[0004] 现有研宄成果中提出的模拟同步发电机转子部分的方法，都把模拟阻尼绕组的功 能和模拟同步电机调速器的功能用同一个环节同时表示，这就会导致优化两个模拟功能时 都需要改变这一个环节的值，从而导致无法有效进行这两项功能的优化。
【发明内容】
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[0005] 本发明针对虚拟同步电机技术的缺陷，提供了一种基于带通阻尼电压型变流器虚 拟同步电机控制方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 基于带通阻尼电压型变流器虚拟同步电机控制方法，包括以下步骤：
[0008] 1)模拟转子转动方程部分，根据电压型变流器的输出有功功率的参考指令P,ef与 实际输出有功功率匕的差值计算得到虚拟同步电机的频率标么值《 %利用虚拟同步电 机的频率标么值获得变流器电压电流双闭环控制所需频率及相位信息；
[0009] 2)模拟同步机阻尼绕组功能，设计带通阻尼反馈环节，进而计算出虚拟同步机阻 尼功率，利用虚拟同步机阻尼功率对步骤1)中输出频率及相位信息进行校正；
[0010] 3)利用步骤2)校正所得频率及相位信息设计变流器电压电流双闭环控制环节， 得到变流器开关网络的开关控制信号，进而用于驱动开关网络。
[0011] 本发明进一步的改进在于，步骤1)中，电压变流器的输出有功功率的参考指令 pMf与实际输出有功功率作差，其差值经过整个系统的基准容量pbasj示么，标么后的结果 除以2倍的同步电机惯性常数H并对结果积分，得到频率标么值具体公式如下：
[0012]
【主权项】
1. 基于带通阻尼电压型变流器虚拟同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 模拟转子转动方程部分，根据电压型变流器的输出有功功率的参考指令Pref与实际 输出有功功率Pe的差值匕"计算得到虚拟同步电机的频率标么值ω %利用虚拟同步电机的 频率标么值ω?获得变流器电压电流双闭环控制所需频率及相位信息； 2) 模拟同步机阻尼绕组功能，设计带通阻尼反馈环节，进而计算出虚拟同步机阻尼功 率，利用虚拟同步机阻尼功率对步骤1)中输出频率及相位信息进行校正； 3) 利用步骤2)校正所得频率及相位信息设计变流器电压电流双闭环控制环节，得到 变流器开关网络的开关控制信号，进而用于驱动开关网络。
2. 根据权利要求1所述的基于带通阻尼电压型变流器虚拟同步电机控制方法，其特征 在于，步骤1)中，电压变流器的输出有功功率的参考指令P Mf与实际输出有功功率Pe作差， 其差值经过整个系统的基准容量Pbase标么，标么后的结果除以2倍的同步电机惯性常数H 并对结果和分，得到颇率标幺倌ω#，具体公式如下：
式中：s为积分算子； 频率标么值ω?再乘以频率基准值ω R并对结果积分，得到设计变流器电压电流双闭环 控制环所需的相位信息Θ，具体公式如下：
3. 根据权利要求1所述的基于带通阻尼电压型变流器虚拟同步电机控制方法，其特征 在于，步骤2)中，以模拟实际同步电机中阻尼绕组的作用为目标，设计带通阻尼反馈环节 使其在低频段的增益为无穷小，即在稳态时输出为零；在中频段带通阻尼与纯比例环节幅 频和相频特性一致； 频率标么值ω?与基准频率标么值1作差后，与此环节相乘得到阻尼功率，将阻尼功率 与步骤1)中得到的差值匕"实时作差，用于校正步骤1)中差值Pm，进而校正步骤1)中输 出频率及相位信息。
4. 根据权利要求1所述的基于带通阻尼电压型变流器虚拟同步电机控制方法，其特征 在于，步骤3)中，利用步骤2)中得到的校正后的相位，将变流器实际输出电压u a、ub、u。变 换到dq坐标系得到ud、IV将变流器dq轴输出电压指令<和<分别与叫和u ,作差，其差值 经过PI控制器计算得到变流器dq轴输出电流指令<_d和t，将变流器dq轴输出电流指令C d 和分别与变流器dq轴实际输出电流作差，其差值经过PI控制器，计算得到变流器dq轴 调制信号，调制信号再经过PWM或者SVM调制器得到变流器开关网络的开关控制信号，进而 用于驱动开关网络。
【专利摘要】本发明公开了一种基于带通阻尼电压型变流器虚拟同步电机控制方法，具体包括以下步骤：1)模拟转子转动方程部分，获得变流器电压电流双闭环控制所需频率及相位信息；2)模拟同步机阻尼绕组功能设计带通阻尼反馈环节，计算出阻尼功率对步骤1)中输出频率及相位信息进行校正；3)利用步骤2)校正所得频率及相位信息设计变流器电压电流双闭环控制部分，得到开关控制信号，用于驱动开关网络。本发明提出了模拟同步电机获取频率和相位的新方法用来控制变流器，可以使变流器输出特性与同步机类似，为电网提供辅助服务；并且本发明提出的带通阻尼绕组模拟方法，与现有方法相比，使得虚拟同步机调整阻尼参数变得方便可行。
【IPC分类】H02P21-14
【公开号】CN104734598
【申请号】CN201510150140
【发明人】王跃, 牛瑞根, 李明烜, 王浩, 刘永慧, 雷万钧, 姚为正, 张海龙
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月31日