[发明专利]一种基于虚拟同步发电机的分布式光伏发电系统控制策略

权利要求书

1.一种基于虚拟同步发电机的分布式光伏发电系统控制方法，包括光伏阵列、电力电子变流电路、功频控制器、励磁控制器、具有前馈补偿的虚拟同步发电机本体控制环节和SPWM触发脉冲发生装置，其特征在于光伏阵列的输出端与电力电子变流电路的输入端相连，电力电子变流电路的输出端分别与交流母线、功频控制器的信号输入端、励磁控制器的信号输入端、具有前馈补偿的虚拟同步发电机本体控制环节的信号输入端相连，功频控制器的信号输出端、励磁控制器的信号输出端分别与具有前馈补偿的虚拟同步发电机本体控制环节的信号输入端相连，具有前馈补偿的虚拟同步发电机本体控制环节的信号输出端通过SPWM触发脉冲发生装置控制电力电子变流电路的开关元件；

当外界环境条件发生变化或负载发生变化时，以电力电子变流电路的逆变电路为控制对象，以抑制系统动态过渡过程中所产生的功率波动为控制目的，检测并计算交流母线处的电压、电流、频率及功率，将它们作为功频控制器和励磁控制器的输入量，得到虚拟同步发电机的机械功率、电磁功率和励磁电动势，具有前馈补偿的虚拟同步发电机本体控制环节的输出经SPWM脉冲发生装置后产生触发脉冲，对逆变电路的开关元件进行控制；

所述具有前馈补偿的虚拟同步发电机本体控制环节以传统发电机数学模型为基础，如式(1)所示；

式中：Mm为机械转矩，Me为电磁转矩，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，D为阻尼系数，Δω为电气角速度差，Δω＝ω—ω0，ω0为额定电气角速度，ω为实际电角速度，J为转动惯量，θ为电角度，为感应电动势，为定子端电压、为定子电流，r为定子电枢电阻，x为同步电抗；

建立虚拟同步发电机运行等效电路及相量图，其中E和U分别为虚拟同步发电机输出电压幅值与负载电压幅值，δ为二者之间的相位差，Z＝R+jX为逆变器等效输出阻抗与线路阻抗之和；

虚拟同步发电机电磁功率表示为δ＝∫(ω-ω₀)dt，则

因此式(1)中的转子运动方程表示为进行拉普拉斯变换可得由此建立虚拟同步发电机功率闭环等效控制结构；

虚拟同步发电机有功功率对于频率波动的闭环传递函数为

设有功功率相对于频率变化的传递函数为一阶惯性环节；虚拟同步发电机有功功率对于频率波动的闭环传递函数变化为其中，C为控制参数；

引入前馈补偿环节G_f，则有

有功功率对于频率波动的闭环传递函数为

建立具有前馈补偿的虚拟同步发电机功率闭环控制结构。

2.根据权利要求1所述一种基于虚拟同步发电机的分布式光伏发电系统控制方法，其特征在于所述功频控制器包括第一比较器、比例调节器、第二比较器和限幅器，第一比较器对额定频率f_N和虚拟同步发电机实际频率f进行比较得出系统频率偏差△f，比例调节器由系统频率偏差△f得到负荷增量△P，负荷增量△P与给定功率相比较，经过限幅器LTP得到逆变器的输入机械功率值P_m，用以限制虚拟同步发电机的机械功率在允许的范围内；所述比例调节器系数K_g对应于虚拟同步发电机的调差系数。

3.根据权利要求1所述一种基于虚拟同步发电机的分布式光伏发电系统控制方法，其特征在于所述励磁控制器包括第三比较器、比例调节器、加法器和乘法器，第三比较器将实际输出电压幅值U₀与输出电压幅值的给定参考值U_ref的差值经过比例调节器调节后产生励磁电流偏差值△i_f，加法器将励磁电流偏差值△i_f与励磁电流参考值if相加后，通过乘法器与角频率相乘得到励磁电动势幅值E0，作为虚拟同步发电机电压算法的输入值。

4.根据权利要求1所述一种基于虚拟同步发电机的分布式光伏发电系统控制方法，其特征在于所述转动惯量J设定为0.2kgm²、前馈补偿环节控制参数C设定为0.4。