[发明专利]一种准虚拟同步机控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种准虚拟同步机控制方法，尤其涉及一种具有有功功率环PI调节器和无功功率环PI调节器的准虚拟同步机控制方法。

背景技术

近年来，随着分布式可再生能源和微电网的快速发展，将变流器虚拟成同步发电机的虚拟同步机控制技术因其可以使变流器呈现带有惯性和阻尼特性的电压源，受到广泛关注。但是，变流器作为电力电子装置，其暂态功率波动的承受能力和短时过载能力十分有限，轻则造成系统振荡，重则导致变流器设备损坏。

现有的虚拟同步机控制器，为了减弱功率振荡，通常需要调整阻尼参数。《CN201610474093-基于统一阻尼比的虚拟同步发电机阻尼系数自适应控制方法》提出一种基于统一阻尼比的虚拟同步发电机阻尼系数自适应控制方法，通过功角信息得到阻尼系数，使虚拟同步发电机在不同稳态工作点均能保证振荡抑制效果，且有较好的动态特性，但是由于阻尼参数与下垂系数的相关性，由电网需求确定，不具备调整的灵活性。《CN201510315421-基于虚拟同步发电机的最优虚拟惯性控制方法》，将虚拟同步发电机中的下垂系数m、虚拟惯性J和虚拟阻尼D三个控制自由度有机结合起来，实现虚拟同步发电机关键参数的优化配置，但是其未给出并网模式下恒PQ控制方法。《CN201610165118-基于电流补偿的虚拟同步发电机功率解耦方法》提出了一种适用于虚拟同步电机的功率解耦方法用于消除由于功率耦合带来的功率动态振荡和稳态误差，但是由于嵌套了电压电流双PI环，降低了虚拟同步机控制响应速度，同时由于功率环与电流环均涉及电流信号，影响并联运行的稳定性。《CN201710333030-基于二阶广义虚拟惯性的虚拟同步发电机控制方法》提出了一种基于二阶广义虚拟惯性的虚拟同步发电机控制方法，增大了系统阻尼，减弱了功率振荡，但是其本质仍然是对虚拟惯性和阻尼参数进行调整。并且当虚拟同步机处于PQ运行模式时，下垂特性被禁用，使得虚拟同步机缺少了阻尼特性，控制稳定性变差。

发明内容

本发明针对现有虚拟同步机阻尼特性在并网禁用一次调频时失效的缺点，提出一种准虚拟同步机控制方法。通过在虚拟同步机的惯性环节并联比例调节器，组成有功功率环PI调节器和无功功率环PI调节器，将原有的积分调节器特性转变为比例积分调节器特性，本发明称其为准虚拟同步机控制方法。以有功功率环PI调节器为核心的有功功率控制器产生虚拟同步机角度信息，以无功功率环PI调节器为核心的无功功率控制器产生虚拟同步机的电压幅值信息，角度信息和幅值信息经Park反变换后调制驱动三相桥臂IGBT动作。解决了虚拟同步机并网状态下因为阻尼不足导致功率振荡的问题。

具体步骤如下：

1、通过锁频环获取变流器输出电压的角度θ_g和幅值v_g。

2、对电流采样并使用变流器输出电压的角度θ_g进行等功率旋转变换，得到有功电流i_d和无功电流i_q。

3、通过步骤1、步骤2得到的电压幅值v_g、有功电流i_d和无功电流i_q，计算有功功率P和无功功率Q，计算公式为：

其中，T_Pow为一阶低通滤波器时间常数，s为拉氏变换算子。

4、使用下式求取频率下垂有功功率P_droop和幅值下垂无功功率Q_droop：

P_droop＝D_p(ω_set-ω)

Q_droop＝D_q(v_set-v_g)

式中，D_p为频率有功下垂系数，D_q为幅值无功下垂系数，ω_set为虚拟同步机额定角频率，ω为虚拟同步机角频率，v_set为虚拟同步机额定电压幅值，v_g为步骤1中得到的变流器输出电压幅值。

5、使用下式计算有功功率偏差P_err和无功功率偏差Q_err：

P_err＝P_set+P_droop-P

Q_err＝Q_set+Q_droop-Q