[发明专利]基于虚拟同步发电机技术的船舶岸电电源控制系统

权利要求书

1.一种基于虚拟同步发电机技术的船舶岸电电源控制系统，包括：依次相连的能量管理层、VSG控制层和电压电流控制层，其中：能量管理层接收中央管理器的功率指令对全系统进行调节，VSG控制层通过接收中央控制器发来的有功功率及无功功率设定参考值P_ref和Q_ref，计算形成机端参考电压幅值E及相位角δ，并经过三相正弦发生器最终得到三相电压幅值参考值U^*指令，电压电流控制层跟踪VSG控制层并采样岸电电源输出情况反馈以改善控制性能；

所述的VSG控制层包括有功-频率模块、无功-电压控制模块和三相发生器模块以实现对电压、功率、频率的控制；

所述的有功-频率模块在岸电电源运行时，外接陆地大电网能提供频率支撑，其频率ω_grid被钳位，依靠阻尼项k(ω-ω_grid)控制电源频率，采用有功-频率下垂控制，模拟电力系统一次调频功能；

所述的模拟，具体为：

其中：D为有功下垂系数，P_ref和ω_ref为输出侧参考有功功率以及角频率，其满足下垂控制关系：P为VSG控制下逆变器端口输出的有功功率，P_m为输入的机械功率，k为阻尼系数，H为优化后的VSG的虚拟惯量常数，岸电电源转子机械方程满足

所述的无功-电压控制模块通过内置的PI控制器以比例积分PI进行具有一阶延迟的精确无功功率优化控制，具体为：当电压控制的目标依赖于岸电电源的工作状态，运行时电压指令为E₁＝E_set-D_QQ，其中：Q为VSG控制下岸电电源端口输出的无功功率，D_Q为无功下垂因子，而E_set为虚拟同步机机端电压参考值；当船舶负载接入变化时，电压指令需增加E₂以反映无功功率误差调节，其中：Q_ref为输出无功功率参考值；

所述的电压电流控制层通过内置的内环控制器以补偿LC滤波器带来的逆变器输出电压减小、降低三相不对称负荷变化对输出电压的不对称影响，使得逆变器输出端口电压趋于稳定的参考值以及响应有功-频率层和无功-电压控制模块的参考值以精确模拟同步发电机特性；

所述的内环控制是指：内环控制器的岸电电源直流电容的方程为其中：U_o为电容端电压，也是逆变器输出电压，I_C、I_L分别为滤波电容电流与滤波电感电流，I_o为输出电流；当三相平衡时，旋转dq0坐标系中控制变量由正弦量变为直流量，由三相电量参数降为d、q轴两组变量，从而使得系统静态误差和变量数减少，更加便于控制；

所述的VSG的虚拟惯量常数H，通过自适应惯性控制策略实现优化，具体为：

①根据岸电电源转子机械方程建立以陆地电网母线角频率波动为输入，频率波动为输出的系统传递函数：其中：δ_s和E_s是功率为P_ref和Q_ref时岸电电源的输出电压参量，该系统传递函数的特征根为增益为

②虚拟惯量常数H与岸电电源输出频率ω满足其中：k_a为自适应控制系数；

③当系统稳定运行点，即ω＝ω_ref时，由于虚拟惯量配置的大小受储能的约束，由于储能与系统动能相等，即其中：C_DC是直流电压源侧的储能电容；U_DC是直流电压源的电压值，ω为系统运行角频率，得到