[发明专利]虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法

权利要求书

1.一种虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，建立VSG模型，并提出简化的虚拟惯量模拟器，使得控制系统无需引入锁相环环节；

步骤S2，建立VSG多机并联运行系统的小信号模型，并分析了虚拟转动惯量、下垂系数、线路参数、虚拟阻抗参数变化时系统特征根的变化情况及其对小信号稳定性的影响规律；

步骤S3，提出VSG多机并联系统惯量匹配方法，以保证各微电源逆变器按比例分配负荷。

2.根据权利要求1所述的虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法，其特征在于，利用微电源逆变器模拟同步发电机运行特性，构建VSG主电路；所述VSG主电路由蓄电池组及光伏阵列、DC-DC变换单元、DC-AC逆变单元和隔离变压器组成，其中光伏阵列DC-DC变换器常采用最大功率跟踪控制，直流侧母线电容通过存储或释放能量维持直流侧电压恒定，因此采用恒压源接入微电源逆变器的直流侧来模拟原动机。

3.根据权利要求2所述的虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法，其特征在于，所述微电源逆变器变流拓扑采用三相电压型PWM结构，经LC滤波器接于公共耦合点。

4.根据权利要求3所述的虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法，其特征在于，VSG模型是采用同步发电机经典二阶模型为VSG建模，包括电气部分和机械部分，为避免VSG虚拟惯量控制器的控制效果会受到所连接电网的强弱和PLL环节的锁相精度的影响，对VSG虚拟惯量控制器进行改进，得到简化的VSG虚拟惯量控制器，使得系统发生频率波动时减小系统功率的波动，又体现了功率阻尼特性，使得VSG具备阻尼功率振荡的能力。

5.根据权利要求1所述的虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法，其特征在于，所述VSG多机并联运行系统的小信号模型的建模过程如下：

以其中一台VSG的坐标系为参考坐标系，其余VSG的模型建立进行相应的坐标变换，第i台逆变器对应的旋转坐标系d_iq_i与公共参考坐标系DQ之间的坐标变换表达式为

6.根据权利要求5所述的虚拟同步机多机并联稳定控制及其惯量匹配方法，其特征在于，电压电流双闭环控制环节对应的控制方程为

式中，K_pv、K_iv分别为电压控制器的比例和积分系数；F为输出电流前馈增益；i^*_ld、i^*_lq为电压环PI调节器输出的电流参考值；K_pc和K_ic分别为电流控制器的比例和积分系数，H为输出电压前馈增益；u^*_id、u^*_iq为电压环PI调节器输出的电压参考值；

引入电压环PI调节器的状态变量和电流环PI调节器的状态变量γ_d和γ_q，其状态方程为

式中，L_f为LC滤波器滤波电感；R_f为滤波电感电阻；C_f为LC滤波器滤波电容；R_c为线路电阻；Lc为线路电感；R_load、L_load分别为负荷电阻和电感；i_ld、i_lq为滤波电感电流；u_od、u_oq为滤波电容电压；i_od、i_oq为线路电感电流；i_loadd、i_loadq为负荷电感电流；u_bd、u_bq为负荷端电压；u_id、u_iq为逆变器出口电压。