[发明专利]基于同步发电机五阶数学模型的虚拟同步机建模方法

说明书

一种基于同步发电机五阶数学模型的虚拟同步机建模方法，属于新能源电力变换技术领域。采集了逆变电源网侧LC滤波器的输出电压、电流及频率，利用上述各量计算得到滤波器输出有功、无功功率、电压。其中滤波器输出无功功率及滤波电容电压幅值通过虚拟励磁控制器产生维持电网电压稳定的虚拟励磁电势，连同上述滤波器输出有功功率及PLL输出频率通过虚拟同步发电机控制器得到逆变器输出电压参考值，作为PWM逆变器调制信号。能够模拟真正同步机动态，有利于微网的稳定运行。优点在于，克服了目前虚拟同步发电机技术在建模上常采用低阶模型，无法更准确的模拟同步发电机的动态的缺陷。

技术领域

本发明属于新能源电力变换技术领域，特别是涉及一种基于同步发电机五阶数学模型的虚拟同步机建模方法。

背景技术

随着能源的日渐枯竭和环境污染的日益严重，分布式能源迅速发展起来，传统集中式电力系统正面临向分布式发电转变的深刻变革。随着分布式电源渗透率增加，传统同步发电机的装机比例将逐渐降低，电力系统中的旋转备用容量及转动惯量相对减小，这对电网的安全稳定运行带来了严峻的挑战。电网将逐步发展为电力电子变换器为主导的低惯量、欠阻尼网络，稳定性问题愈发严重。虚拟同步发电机(VSG)技术因其能使逆变器模拟同步发电机运行机制、有利于改善系统稳定性而成为研究热点，而具有广泛的应用前景。但是目前虚拟同步发电机技术在建模上常采用低阶模型，无法更准确的模拟同步发电机的动态，尚需一种弥补上述缺点的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于同步发电机五阶数学模型的虚拟同步机建模方法，克服了目前虚拟同步发电机技术在建模上常采用低阶模型，无法更准确的模拟同步发电机的动态的缺陷。采集了逆变电源网侧LC滤波器的输出电压、电流及频率，利用上述各量计算得到滤波器输出有功、无功功率、电压。其中滤波器输出无功功率及滤波电容电压幅值通过虚拟励磁控制器产生维持电网电压稳定的虚拟励磁电势，连同上述滤波器输出有功功率及PLL输出频率通过虚拟同步发电机控制器得到逆变器输出电压参考值，作为PWM逆变器调制信号。能够模拟真正同步机动态，有利于微网的稳定运行。具体工艺步骤及控制的技术参数如下：

步骤1：采集逆变电源网侧LC滤波器输出电压(U_a,U_b,U_c)、电流(i_ga,i_gb,i_gc)，利用dq变换提取d、q轴分量(U_d,U_q,i_d,i_q)，经计算、低通滤波得到LC滤波器输出有功(P)、无功功率(Q)和电压幅值(V)；

步骤2：将LC滤波器输出无功功率(Q)和电压幅值(V)作为虚拟励磁控制器的输入得到维持微电网电压稳定的虚拟励磁电势(E_f)；

步骤3：将LC滤波器输出电流d、q轴分量(i_d,i_q)，LC滤波器输出有功功率(P)，虚拟励磁电势(E_f)和电网频率(ω_grid)作为采用五阶数学模型建模的虚拟同步发电机控制器的输入量，得到逆变器输出电压d、q轴参考指令值(e_dref,e_qref)及逆变器输出频率(ω)。

步骤4：将虚拟同步发电机控制器的输出电压d、q轴参考指令值(e_dref,e_qref)及逆变器输出频率(ω)作为电压电流双环控制的输入量，得到PWM控制信号，进而调节逆变电源输出功率，维持微电网频率稳定。

上述步骤3中的虚拟同步发电机控制器采用同步发电机五阶模型。其具体控制策略如下：

步骤1：与同步发电机类似，虚拟同步机的转子运动方程可写作：