一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子技术领域，更具体地，设及一种电网电压不对称下变流器的 虚拟同步控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着电力电子技术的快速发展，虚拟同步控制作为近年来新兴的变流器 控制方法，W电网友好、动态支撑能力强等特点受到越来越多的关注。现阶段虚拟同步控制 主要W采用有功功率实现变流器与电网同步的功率同步控制方法为代表，具有良好的动态 性能，但采用功率同步在启动阶段需要辅助的控制使变流器与电网同期并网，致使启动阶 段控制结构复杂且需控制器切换。
[0003] 另外，当电网电压不对称特别是长期不对称时，由于变流器的滤波电抗器通常较 小，负序电压引起的负序电流较大，会引起变流器过流甚至会损毁，因此提高变流器并网设 备的可靠性和故障穿越能力，需消除负序电压对变流器的影响，使得变流器不间断运行，持 续为电网提供所需的动态支撑。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于一种电网电压不对称下变流器的虚拟同 步控制系统及方法，旨在解决电网电压不对称时基于虚拟同步控制的并网变流器无法抑制 负序电流的问题。
[0005] 本发明提供了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统，包括同步控制 器、功率控制器和瞬时功率计算器；瞬时功率计算器的第一输入端用于接收电网电压Vgab。， 瞬时功率计算器的第二输入端用于接收电网电流igsb。，根据电网电压Vgab。和所述电网电流 igab。获得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;功率控制器的第一输入端与所述瞬时功率计 算器的第一输出端连接，功率控制器的第二输入端与所述瞬时功率计算器的第二输出端连 接，功率控制器的第=输入端用于接收变流器的有功功率参考值Puf，功率控制器的第四输 入端用于接收变流器的无功功率参考值Quf，根据瞬时有功功率P、瞬时无功功率Q、有功功 率参考值Pre济无功功率参考值Qre满得正序电压d轴参考值、正序电压q轴参考值 ^W、负序电压d轴参考值负序电压q轴参考值V,;所述同步控制器的第一输入端连 接至所述功率控制器的第一输出端，所述同步控制器的第二输入端连接至所述功率控制器 的第二输出端，同步控制器的第=输入端连接至所述功率控制器的第=输出端，同步控制 器的第四输入端连接至所述功率控制器的第四输出端，同步控制器的第五输入端用于接收 所述电网电压Vgab。，同步控制器的第六输入端用于接收直流母线电压Vd。，根据功率控制器 的输出、电网电压Vgab。和直流母线电压Vd。获得用于驱动变流器的驱动信号Sab。。
[0006] 本发明采用正序、负序锁相锁幅器实现同步控制器，能分别跟踪电网正、负序电压 变化，在电网电压不对称时实现变流器与电网之间的同步。
[0007] 本发明还提供了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制方法，包括下述步 骤：
[000引 S1 ;采集电网电压Vgab。、电网电流igab。和直流母线电压Vd。；
[000引 S2 ;对所述电网电压Vg,be进行CLA服E变换，获得a轴电网电压Vg。和0轴电网 电压Vgp;对所述电网电流igab进行CLARKE变换，得a轴电网电流ig。、P轴电网电流分 量ige;并根据所述a轴电网电压Vg。和0轴电网电压VgpW及所述a轴电网电流ig。、 0轴电网电流igp得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;
[0010] S3 ;根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时无功功率Q、变流器的有功功率参考值Puf 和变流器的无功功率参考值Qtrf得正序电压d轴参考值吃，、正序电压q轴参考值v_；。，和负 序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值5
[0011] S4 ;根据所述电网电压Vgab。，所述正序电压d轴参考值吃^、正序电压q轴参考值 V;。/，所述负序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值和所述直流母线电压Vd。获得 驱动信号Sgb。，并驱动所述变流器W实现电网电压不对称下的同步控制。
[0012] 并网变流器采用本发明所述的方法，无需复杂的正负序分解且无需正负序电流控 制起，不仅能保持虚拟同步控制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功 率支撑，而且还有效抑制电网电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障虚拟同步控制 变流器的安全、稳定运行及电网友好性。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明实施例提供的电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统控制 框图；
[0014] 图2为本发明实施例提供的同步控制器控制框图；
[0015] 图3为本发明实施例提供的第一锁相锁幅器控制框图；
[0016] 图4为本发明实施例提供的第二锁相锁幅器控制框图；
[0017] 图5为本发明实施例提供的第一前馈计算器控制框图；
[0018] 图6为本发明实施例提供的第二前馈控制器控制框图；
[0019] 图7为本发明实施例提供的第一坐标变换器实现框图；
[0020] 图8为本发明实施例提供的第二坐标变换器实现框图；
[0021] 图9为采用功率同步控制和本发明所述同步控制器的仿真效果图，其中，（a)表示 采用功率同步控制时变流器输出电流；化）为采用本发明所述同步控制器时变流器输出电 流；（C)为采用功率同步控制时变流器输出有功、无功功率；(d)为采用本发明所述同步控 制器时变流器输出有功、无功功率。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 图1示出了电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统框图，为了便于说明， 仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0024] 电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统包括同步控制器1、功率控制器2 和瞬时功率计算器3 ;瞬时功率计算器3的第一输入端用于接收电网电压Vgab。，瞬时功率计 算器3的第二输入端用于接收电网电流igab。，根据电网电压Vgab。和所述电网电流igab满得 瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;将电网电压Vgab。和电流ig。，，。，利用CLARKE变换，得电网 电压a轴分量Vg。、^轴分量Vgp及电网电流a轴分量is。、^轴分量igp，并根据如下公 式，计算瞬时功率P和
功率控制器2的第一输入端与瞬时功率计算 器3的第一输出端连接，功率控制器2的第二输入端与所述瞬时功率计算器3的第二输出 端连接，功率控制器2的第=输入端用于接收变流器的有功功率参考值Puf，功率控制器2 的第四输入端用于接收变流器的无功功率参考值Quf，根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时 无功功率Q、所述有功功率参考值Puf和无功功率参考值Quf获得正序电压d轴参考值>'；*/、 正序电压q轴参考值V;,、负序电压d轴参考值i'W、负序电压q轴参考值Vr;
[00巧]在本发明实施例中，功率控制器2包括第一PR控制器、第二PR控制器；第一PR控 制器输入端与减法器输出端AP，输出端为吃。:,，减法器用于计算有功功率参考值Puf和瞬 时有功功率P的差AP;所述第二PR控制器输入端与减法器输出端AQ，输出端为正序电压 d轴参考值吃减法器用于计算无功功率参考值Quf和瞬时无功功率Q的差AQ;将第二锁 相锁幅器电压参考值负序电压d轴参考值'^，#、负序电压q轴参考值、拓/设置为0,通过所 述功率控制器可根据功率参考值得到所述第一锁相锁幅器的电压参考值，将第二锁相锁幅 器的电压参考值设置为0是为了消除电网负序电压对变流器的影响，从而达到消除负电流 的目的。
[0026] 在本发明实施例中，同步控制器1的第一输入端连接至功率控制器2的第一输出 端，同步控制器1的第二输入端连接至功率控制器2的第二输出端，同步控制器1的第=输 入端连接至所述功率控制器2的第=输出端，同步控制器1的第四输入端连接至功率控制 器2的第四输出端，同步控制器1的第五输入端用于接收所述电网电压Vgab。，同步控制器1 的第六输入端用于接收直流母线电压V<!。，根据功率控制器2的输出、电网电压Vgab。和所述 直流母线电压获得用于驱动变流器的驱动信号Sab。。
[0027] 本发明中虚拟同步控制系统可自发地为系统提供无延时的惯性响应，提供动态功 率支撑，与此同时本发明所述虚拟同步控制系统可同时跟踪电网正序电压、负序电压变化， 并在电网电压不对称时消除由电网负序电压产生的负序电流，保障系统的安全与稳定运 行。
[002引图2示出了本发明实施例提供的同步控制器1的控制框图；同步控制器1包括CLA服E变换器11、第一锁相锁幅器12、第一坐标变换器13、第二锁相锁幅器14、第二坐标变 换器15、第一前馈计算器16、第二前馈计算器17、PWM调制发生器18、第一加法器G1、第二 加法器G2、第=加法器G3、第四加法