[发明专利]一种含无锁相环动态阻尼的虚拟同步发电机控制方法

说明书

本发明公开了一种含无锁相环动态阻尼的虚拟同步发电机控制方法，其特征是：由虚拟惯性环节、单位功率反馈支路和动态阻尼环节组成有功—频率环路，动态阻尼环节是由比例环节和惯性环节并联组成，通过调节动态阻尼环节中的阻尼系数和时间常数，提高虚拟同步发电机并网逆变器系统的相位裕度，改善所述系统的动态特性，并且使虚拟惯性环节的参数能够独立灵活的设计，同时满足系统的动态与稳态性能。

技术领域

本发明属于新能源发电领域，具体是一种适用于并网逆变器的含无锁相环动态阻尼的虚拟同步发电机控制方法。

背景技术

随着新能源发展，基于电力电子器件的并网逆变器在电网中的渗透率逐渐升高。与同步发电机相比，并网逆变器采用电流控制方案，响应迅速，但缺少惯性和阻尼，在电网波动时，无法提供旋转备用容量，参与电网的调压调频。因此在高渗透率条件下，大量的并网逆变器会致电网的惯量降低、电压和频率波动性增加，甚至产生频率电压失稳。为了提高电网对大规模分布式发电的接纳能力，需要使得分布式发电具备惯量，能够参与电网调压调频控制。利用虚拟同步发电机(VSG)控制并网逆变器，可以使得并网逆变器和同步发电机一样，具有惯量和阻尼特性，并可参与电网的调压调频，因此基于虚拟同步发电机算法的并网逆变器具有更灵活的并网性能，是并网逆变器的发展趋势。

在虚拟同步发电机控制方法中，虚拟惯量控制可增加系统的惯量，有助于稳定频率，但会导致功率振荡；而在常规的虚拟同步发电机控制方案中，基于输出频率的阻尼控制虽然能阻尼功率振荡，但会影响有功功率的分配特性；基于电网频率的阻尼控制需要使用锁相环，控制复杂，锁相环的非线性影响阻尼效果。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种含无锁相环动态阻尼的虚拟同步发电机控制方法，以提升基于虚拟同步发电机并网逆变器系统的相位裕度，改善系统的动态特性，且不会对系统的稳态性能产生影响。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明含无锁相环动态阻尼的虚拟同步发电机控制方法的特点是：由虚拟惯性环节、单位功率反馈支路、动态阻尼环节G_c(s)组成有功—频率环路，所述动态阻尼环节G_c(s)是由比例环节和惯性环节并联组成，通过调节动态阻尼环节G_c(s)中的阻尼系数和时间常数，提高所述虚拟同步发电机并网逆变器系统的相位裕度，改善所述系统的动态特性。

本发明含无锁相环动态阻尼的虚拟同步发电机控制方法的特点也在于所述虚拟同步发电机控制方法是按如下步骤进行：

步骤1：采集获得逆变器桥臂端口的输出有功功率P_out，所述输出有功功率P_out经过所述动态阻尼环节G_c(s)形成功率反馈信号P_z，所述功率反馈信号P_z与所述输出有功功率P_out相加共同形成总的功率反馈信号P_f；

步骤2：将指令功率P₀减去所述功率反馈信号P_f得到功率误差信号△P，所述功率误差信号△P通过虚拟惯性环节G_x(s)得到频率误差信号△ω，将所述频率误差信号△ω与指令频率ω₀相加获得输出频率ω，所述虚拟惯性环节G_x(s)的表达式为：1/(Js+D)，其中，J是虚拟同步发电机控制方法中的虚拟惯量，D是虚拟同步发电机控制方法中的阻尼系数，s是微分算子；

步骤3：对所述输出频率ω进行积分，得到输出相角θ，所述输出相角θ与无功—电压环路的输出电压U经过参考电压生成模块生成三相电压U_a、U_b和U_c，所述三相电压U_a、U_b和U_c经过SPWM生成器形成PWM调制信号，所述参考电压生成模块的表达式为：