[发明专利]三相四桥臂虚拟同步发电机的独立励磁控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相四桥臂虚拟同步发电机的独立励磁控制方法，属于电力电子电能变换控制技术领域。

背景技术

随着社会经济的持续快速发展，我国能源发展面临能源供需缺口的加大、石油后备资源不足、环境污染严重等问题。为应对能源危机和环境污染问题，走可持续发展道路，风能、太阳能等可再生清洁能源的开发利用成为世界上大多数国家的战略选择，全球能源结构正在经历重大的改革。可以预见，未来可再生能源的发电量在全球发电总量中的比重会不断提高，可再生清洁能源将会在人类社会发展中扮演至关重要的角色。

可再生清洁能源发出的电能通常通过逆变器等电力电子设备与电网相连，这些电力电子设备大多采用数字电路控制，当受到扰动时，响应速度快，不具有常规电力系统固有的惯性、阻尼等特性，也不具备参与电力系统调频、调压的能力。当接入电网的分布式电源的容量较小时，对电力系统的影响较小，可依靠电网提供稳定的电压参考和频率参考。但在高渗透率电网下或者微电网下，分布式电源的容量在电力系统总容量中占有比较高的比例，电力系统的特性发生了巨大的变化，整个电力系统的转动惯量和阻尼作用的相对减少，导致电网调频调压难度增加，甚至影响电力系统的稳定运行。

为了保证高渗透率电力系统频率和电压的稳定，让逆变器模拟同步发电机的外特性是一种受到广泛关注的解决途径。基于上述思想，有学者提出了虚拟同步发电机的概念，其中一种典型虚拟同步发电机控制框图如图3所示。

虚拟同步发电机通常具有并网运行和离网运行两种工作模式，离网运行时需要具备带不平衡负载的能力。现有虚拟同步发电机的控制方法在离网运行带不平衡负载时会造成三相输出电压的不平衡，无法保证不平衡负载下电能质量。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种三相四桥臂虚拟同步发电机的独立励磁控制方法，有效解决虚拟同步发电机在离网工作时为不平衡负载供电问题。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种三相四桥臂虚拟同步发电机的独立励磁控制方法，包括如下步骤：

(1)有功环保持有功相角统一控制，采样输入有功功率，有功功率除以系统频率，得到有功转矩，系统角频率差经下垂环节得到转矩差信号；有功转矩信号与转矩差信号经惯性控制得到有功环输出系统角频率和相角；

(2)无功环改变虚拟励磁方式，独立采样每相电压幅值、无功功率，各相电压幅值经下垂环节后，与无功功率合成，经无功惯性系数环节后分别得到各相励磁系数；

(3)将有功环所得统一相角信号、频率信号与无功环各相励磁系数通过虚拟同步发电机调制波计算公式，计算生成各相调制波信号；

(4)三相调制波信号通过计算生成三次谐波，将三次谐波注入各相调制波信号用以调制前三桥臂，同时三次谐波单独用以调制第四桥臂。

步骤(1)所述有功环保持有功相角统一控制的方法具体如下：

保持三相统一控制，采样虚拟同步发电机三相总的输出有功功率作为有功相角环路的反馈值，以此生成系统运行的相角值，再将此相角值对称加减120°，形成对称的三相相角值。

步骤(2)所述无功环改变虚拟励磁方式，独立采样每相电压幅值、无功功率具体过程如下：

对每一相电压单独调控，采样各路电压值，将其平方值用陷波器滤除二次谐波后开方作为环路的电压幅值反馈，同时采样三相各相无功功率，作为本相环路中的无功功率反馈。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的方法，区别于三相完全解耦独立成单相控制，其仅在无功励磁环节将三相独立分开控制，而有功相角环节为三相统一控制，这样既含有独立控制又含有统一控制的方式是此独立励磁控制技术的本质特征。

2、本发明提出一种三相独立励磁的解耦控制方法，通过对每一相电压进行单独调控，使得三相之间的无功电压控制完全解耦，从而能够更加有效的应对负载不对称问题。

3、三相独立励磁的解耦控制方法，虽然无功电压控制独立，但是有功相角控制保持统一控制，形成对称的三相相角，这样的统一性控制，保证了三相系统三相相角的对称，保证了虚拟同步发电机三相运行的对称性。

4、本发明三相独立励磁的解耦控制方法采用数字控制实现，算法简单便捷，无需增加任何其他硬件成本，即可提高虚拟同步发电机带不平衡负载能力。

附图说明

图1是三相四桥臂虚拟同步发电机拓扑图。

图2是三相四桥臂虚拟同步发电机大信号模型图。

图3是统一励磁的三相四桥臂虚拟同步发电机控制框图。