[发明专利]基于电感电流微分反馈的虚拟同步机强电网稳定控制方法

权利要求书

1.一种基于电感电流微分反馈的虚拟同步机强电网稳定控制方法，应用该控制方法的虚拟同步机的拓扑结构包括直流侧电压源(10)、三相逆变器(60)、三相电网阻抗(70)和三相电网(80)；所述直流侧电压源(10)与三相逆变器(60)连接，三相逆变器(60)经三相电网阻抗(70)后接入三相电网(80)；所述三相逆变器(60)由三相全桥逆变电路(20)、三相LC滤波器(30)、三相电压电流传感器(40)、三相逆变器控制器(50)组成；所述三相全桥逆变电路(20)和三相LC滤波器(30)连接；所述三相电压电流传感器(40)采样三相LC滤波器(30)上滤波电容三相电压和滤波电感三相电流并将采样信号传输至三相逆变器控制器(50)；三相逆变器控制器(50)经过控制计算后，输出PWM信号控制三相全桥逆变电路(20)；

其特征在于，所述强电网稳定控制方法在每个三相逆变器控制器(50)计算周期T_compute内均进行一轮虚拟同步机控制计算和电感电流微分反馈控制计算，T_compute＝1/f_compute，f_compute为三相逆变器控制器(50)计算频率；

一轮虚拟同步机控制计算和电感电流微分反馈控制计算的步骤如下：

步骤1，将三相LC滤波器(30)中的电容和电感分别记为逆变器侧滤波电容和逆变器侧滤波电感，三相电压电流传感器(40)采样逆变器侧滤波电容三相电压U_a,U_b,U_c、逆变器侧滤波电感三相电流I_La,I_Lb,I_Lc，并将采样信号传输至三相逆变器控制器(50)；

步骤2，三相逆变器控制器(50)根据步骤1得到的逆变器侧滤波电容三相电压U_a,U_b,U_c，通过三相静止坐标系电压到两相静止坐标系电压变换公式得到静止坐标系逆变器侧滤波电容两相电压U_α,U_β；三相逆变器控制器(50)根据步骤1得到的逆变器侧滤波电感三相电流I_La,I_Lb,I_Lc，通过三相静止坐标系电流到两相静止坐标系电流变换公式得到静止坐标系逆变器侧滤波电感两相电流I_Lα,I_Lβ；

步骤3，三相逆变器控制器(50)根据步骤2得到的静止坐标系逆变器侧滤波电容两相电压U_α,U_β和静止坐标系逆变器侧滤波电感两相电流I_Lα,I_Lβ，通过瞬时功率计算公式得到三相逆变器输出有功功率P和三相逆变器输出无功功率Q；

所述瞬时功率计算公式为：

P＝U_αI_Lα+U_βI_Lβ

Q＝U_βI_Lα-U_αI_Lβ

步骤4，记无功轴为q轴，有功轴为d轴，三相逆变器控制器(50)根据步骤2得到的静止坐标系逆变器侧滤波电容两相电压U_α,U_β，通过两相静止坐标系电压到两相旋转坐标系电压变换公式得到逆变器侧滤波电容d轴电压U_d和逆变器侧滤波电容q轴电压U_q，通过单同步坐标系锁相环锁相公式得到逆变器侧滤波电容A相电压相角θ_PLL；

步骤5，三相逆变器控制器(50)根据步骤3计算得到的三相逆变器输出有功功率P，通过有功功率环计算公式得到虚拟同步机输出的调制波角度θ_m；三相逆变器控制器(50)根据步骤3计算得到的三相逆变器输出无功功率Q和步骤4计算得到的逆变器侧滤波电容d轴电压U_d，通过无功功率环计算公式得到虚拟同步机输出的调制波幅值U_{m_VSG}；

所述有功功率环计算公式为：

所述无功功率环计算公式为：

其中，P_set为三相逆变器输出有功功率参考值，ω_n为三相电网(80)额定角频率，D_p为虚拟同步机频率下垂系数，J为虚拟同步机虚拟转动惯量，U_nAmp为三相电网(80)额定相电压幅值，Q_set为三相逆变器输出无功功率参考值，D_q是虚拟同步机电压下垂系数，K_q为无功功率控制惯性系数，s为拉普拉斯算子；

步骤6，三相逆变器控制器(50)根据步骤5得到的虚拟同步机输出的调制波幅值U_m__VSG和虚拟同步机输出的调制波角度θ_m，通过虚拟同步机调制波计算公式得到虚拟同步机输出三相调制电压U_{mA_VSG},U_{mB_VSG},U_{mC_VSG}；

所述虚拟同步机调制波计算公式为：

U_{mA_VSG}＝U_{m_VSG}×cos(θ_m)

步骤7，三相逆变器控制器(50)根据步骤1得到的逆变器侧滤波电感三相电流I_La,I_Lb,I_Lc，通过电感电流微分反馈计算公式得到虚拟串联电感引起的三相调制电压增量ΔU_mA,ΔU_mB,ΔU_mC，所述电感电流微分反馈计算公式为：

ΔU_mA＝-sL_virI_La

ΔU_mB＝-sL_virI_Lb

ΔU_mC＝-sL_virI_Lc

其中，L_vir为虚拟串联电感值；

步骤8，三相逆变器控制器(50)根据步骤6得到的虚拟同步机输出三相调制电压U_{mA_VSG},U_{mB_VSG},U_{mC_VSG}，以及步骤7得到的虚拟串联电感引起的三相调制电压增量ΔU_mA,ΔU_mB,ΔU_mC，计算得到三相逆变器输出三相调制电压U_mA,U_mB,U_mC，计算公式如下：

U_mA＝U_{mA_VSG}+ΔU_mA

U_mB＝U_{mB_VSG}+ΔU_mB

U_mC＝U_{mC_VSG}+ΔU_mC

步骤9，三相逆变器控制器(50)根据步骤8计算得到的三相逆变器输出三相调制电压U_mA,U_mB,U_mC进行PWM调制发波控制并输出PWM信号，通过PWM信号控制三相全桥逆变电路(20)将三相逆变器输出电能输送到三相电网(80)。