[发明专利]对称电压暂降下改进的虚拟同步发电机控制方法

权利要求书

1.一种对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立VSG的控制方法：对虚拟同步发电机的两阶模型进行模拟，假定虚拟同步发电机的极对数为1，VSG的机械角速度和电气角速度相同，则VSG的转子运动方程如式所示：

式中：J为转动惯量；D为阻尼系数；T_m、T_e和T_d分别为虚拟同步发电机的机械转矩、电磁转矩和阻尼转矩；ω₀为电网同步角速度；ω为虚拟同步发电机角速度，δ为虚拟同步发电机的功角，t为时间；

电磁转矩和虚拟同步发电机输出的电磁功率之间的关系如下式所示：

式中：e_a、e_b、e_c和i_a、i_b、i_c为VSG的输出电压和输出电流，P_e为虚拟同步发电机输出的电磁功率；

按照上面的输出关系，则建立VSG的控制方法，其中的VSG输出参考电压关系式如下所示：

其中：e_a为输出a相电压，e_b为输出b相电压，e_c为输出c相电压，E_ref为单相电压幅值，为三相电压相量，为a相电压初相；

(2)无功-电压控制部分添加电压幅值控制：在电网发生对称电压暂降时，通过选取无功电压调节中的VSG给定输出电压幅值E₀与电网电压U相等，来抑制故障电流中的稳态部分；

(3)有功-频率控制部分添加输出有功控制：在电网发生对称电压暂降时，将有功频率调节中的给定有功功率值改进为随电网电压变化而变化的自适应值；从而在减小VSG加速面积的同时增大了减速面积，抑制了由于需求功率和VSG输出功率之间不平衡引起的突增电流；所述将有功频率调节中的给定有功功率值改进为随电网电压变化而变化的自适应值，如下式所示：

P′_ref＝P_ref*(U/U_nor)²

其中：P_ref为改进前的VSG输出有功参考值，U为电网电压，U_nor为电网额定电压220V，P′_ref为改进后的VSG输出有功参考值；

(4)整定故障下的无功补偿限额：在电网发生对称电压暂降时，综合考虑到VSG输出功率表达式和VSG额定视在功率的限制，整定出故障状态下输出有功功率为P_n时对应的最大无功功率Q_nmax，以此为基础控制VSG避免过流的同时也能提供最大的无功功率支撑。

2.根据权利要求1所述的对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述故障电流由稳态值和暂态值两部分组成：

其中:R_eq和L_eq为VSG到故障点之间的等效电阻和等效电抗，为VSG输出电压，为故障后电网电压，为故障前后电网电压相量差，ω为虚拟同步发电机角速度，I'为故障电流稳态值，I”为故障电流暂态值。

3.根据权利要求1所述的对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤(3)中所述VSG输出功率对应的无功功率范围为：

其中，E为VSG输出电压幅值，U为电网电压，X为线路感抗，P_n为某一状态下VSG输出的有功功率，Q_n为VSG输出的无功功率。

4.根据权利要求1所述的对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤(4)中所述VSG额定视在功率的限制对应的无功功率范围为：

其中，k为电压跌落深度，S为VSG额定视在功率，P_n为某一状态下VSG输出的有功功率，Q_n为VSG输出的无功功率。

5.根据权利要求1所述的对称电压暂降下含无功补偿功能的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤(4)中所述最大无功功率Q_nmax为：

其中：E为VSG输出电压幅值，U为电网电压，X为线路感抗，k为电压跌落深度，S为VSG额定视在功率，P_n为某一状态下VSG输出的有功功率，Q_n为VSG输出的无功功率。