[发明专利]基于单一旋转角虚拟功率的虚拟同步发电机功率解耦方法

权利要求书

1.一种基于单一旋转角虚拟功率的虚拟同步发电机功率解耦方法，直流电压源经过高频开关三相逆变器将直流变交流后，通过LC滤波器并入电网，将逆变器的输出功率通过坐标变换进行功率解耦，坐标变换的旋转角度固定与线路阻抗角无关，得到的虚拟有功功率P＇和虚拟无功功率Q＇；分别将虚拟有功功率P＇和虚拟无功功率Q＇作为输入功率送入虚拟同步发电机的有功环和无功环，其中无功环输出得到参考电压的幅值U_ref，有功环输出得到参考电压的频率和相位ζ，进行三相电压合成后得到三相参考电压U_am、U_bm、U_cm；将三相参考电压变换为两相旋转坐标系下的电压U_md、U_mq；将三相静止坐标系下的滤波电容电压检测信号U_a、U_b、U_c变换成两相旋转坐标系下的电压U_d、U_q；将三相静止坐标系下的逆变器侧电流检测信号i_a、i_b、i_c变换成两相旋转坐标系下的电流i_d、i_q；将U_d与参考电压U_md进行比较，而后得到误差信号送入PI控制器，PI控制器的输出作为逆变器侧电流的参考信号，通过与i_d比较后将误差信号送入第一内环比例P控制器中；

将U_q与参考电压U_mq进行比较，而后得到误差信号送入PI控制器，PI控制器的输出作为逆变器侧电流的参考信号，通过与i_q比较后将误差信号送入第二内环比例P控制器中；

将两个内环比例P控制器的输出信号从两相旋转坐标系变换成三相静止坐标系下后，送入PWM模块；由PWM模块输出开关驱动信号，该信号经过驱动电路后控制逆变器开关管的接通与关断，进而控制并网逆变器系统的输出功率和入网电压的幅值和相位；

其特征在于，所述逆变器的输出功率通过坐标变换进行功率解耦：当旋转角度固定时，得到虚拟功率方程且在虚拟功率下的虚拟同步发电机输出功率，根据虚拟同步发电机的数学模型以及虚拟功率策略下的输出功率，推导出基于虚拟功率的虚拟同步发电机的小信号模型，再根据基于虚拟功率的虚拟同步发电机的小信号模型如下：

其中E为虚拟同步发电机激磁电动势；U_g为电网电压；Z为线路阻抗；θ为输电线路阻抗的阻抗角；D_p为有功-频率下垂系数，J为转动惯量，ω_n为电网额定角频率；D_q为无功-电压下垂系数；K为无功环积分系数；

ΔP＇和ΔQ＇为虚拟有功功率和虚拟无功功率工作点附近的小扰动量，ΔP＇_set和ΔQ＇_set为与ΔP＇和ΔQ＇相对应的有功功率和无功功率给定值的小扰动量；

根据基于虚拟功率的虚拟同步发电机的小信号模型，可以得到虚拟功率的虚拟同步发电机系统输入输出方程，并使得特征方程C(s)＝0，以判断系统的稳定性；

ΔP＇_set和ΔQ＇_set是由功率的设定值ΔP_set和ΔQ_set进行坐标变换得到，即

根据基于虚拟功率的虚拟同步发电机的小信号模型得到的ΔP＇和ΔQ＇，再根据下面坐标转换公式获得小信号模型下有功功率和无功功率工作点附近的小扰动量ΔP和ΔQ，

实现虚拟功率解耦策略时虚拟同步发电机输出有功和无功的动态响应。