[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

说明书

本发明涉及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，由于在虚拟功率变换中采用了固定的旋转角度，所以无需考虑逆变器输出阻抗的阻抗角，对输出阻抗的敏感度小，且设计简单，易于实现；利用虚拟同步发电机算法中固有的惯性结构解决固定旋转角度带来的弱解耦问题，保证了系统的动静态稳定性；本发明拥有控制精度高，跟踪效果好，可有效抑制功率振荡以及可以为电网提供阻尼支撑等优点，适合于太阳能发电、风力等新能源并网系统接入中低压微电网中。该方法能够在系统接入中低压微电网时，减弱逆变器输出功率的耦合程度，从而抑制输出功率的振荡，提高整个逆变器系统的动静态稳定性，并保证其安全可靠的运行。

技术领域

本发明涉及一种逆变器控制技术，特别涉及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。

背景技术

并网逆变器作为分布式发电与电网连接的接口，得到了广泛的应用，由于电力电子设备不能为电网提供所需的惯性和阻尼，随着分布式发电的渗透率的不断提高，使得电网的惯性和阻尼严重不足，稳定性降低。虚拟同步发电机技术模拟同步发电机的运行特性，为电网提供了惯性和阻尼，成为了解决这一问题的有效途径。

虚拟同步发电机技术模仿了同步发电机的一次调频和一次调压特性，实现了根据电网电压和频率，对分布式发电的有功功率和无功功率自动调节，为电网提供了频率和电压幅值的支撑。以虚拟同步发电机为控制方法的逆变器正常运行的条件为输出阻抗是纯感性，此时逆变器输出的有功功率与无功功率之间的耦合可以忽略。然而在中低压微电网中，阻抗比R/X往往很大，则此时VSG的输出阻抗不能视为纯感性，所以此时逆变器输出的有功环和无功环之间有着很强的耦合。另外，由于虚拟同步发电机技术在有功环模仿同步发电机的惯性和阻尼特性，则在扰动发生时，可能发生有功功率的振荡，则有功功率振荡可以通过有功环与无功环之间的耦合传导至无功功率，将导致更大的功率振荡，更严重时会导致系统崩溃。因此，研究虚拟同步发电机控制技术下的并网逆变器的输出功率耦合问题具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明是针对在线路传输过程中，由虚拟同步发电机输出功率的功率耦合而引起的功率振荡的问题，提出了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，该方法能够在系统接入中低压微电网时，减弱逆变器输出功率的耦合程度，从而抑制输出功率的振荡，提高整个逆变器系统的动静态稳定性，并保证其安全可靠的运行。

本发明的技术方案为：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；