[发明专利]风机并网逆变器虚拟同步发电机的控制方法

权利要求书

1.一种风机并网逆变器虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取逆变器输入输出端口的电压、电流、频率特征量，计算得到虚拟同步发电机输入及输出功率；

2)结合最大功率点跟踪建立背靠背风机并网系统的逆变器的虚拟同步发电机的转子运动方程，得到逆变器PWM调制波相角，具体包括：

2.1)根据当前风速和风机的转子转速计算获得的MPPT指令值,结合有功频率下垂控制器的下垂系数的调节信号,通过对下垂系数的改变,使得虚拟拖动转矩的指令值等于MPPT指令值,然后根据虚拟转轴的机械运动特性实现调速器功能：

对于有功-频率下垂控制环节，即

式中，P_set为虚拟同步控制下逆变器的参考有功输入或上层调度指令；D_p为下垂控制系数，由MPPT指令值决定；ω_ref为预先设定角速度参考值；

2.2)建立虚拟同步机的转子运动特性方程为：

式中，δ[rad]为逆变器虚拟功角，表示无穷大母线电压与逆变器出口电压之间的夹角；K_d为阻尼系数；ω_r[p.u.]为虚拟转子角速度与同步角速度的偏差；ω_s＝2πf为同步角速度；P_set[p.u.]为虚拟同步控制下逆变器的参考功率指令或上层调度功率指令，对应于传统同步机的机械功率P_m；P_e[p.u.]为逆变器输出电磁功率；

2.3)基于上式(2)、(3)，建立有功频率控制模型，得到虚拟转子角速度及调制波信号相角为：

式中，δ[rad]为逆变器虚拟功角，也即控制逆变器的PWM调制波信号相角；

3)建立虚拟同步机的虚拟励磁绕组电磁动态方程；

4)建立具有励磁控制的虚拟同步发电机单机无穷大系统数学模型并定义其平衡点；

5)递归设计直接补偿阻尼系数的虚拟励磁控制器；

6)结合虚拟同步机转子运动方程得到的虚拟功角δ、逆变器调制波电压幅值E得出逆变器调制信号，实现风机并网的虚拟同步发电机控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述虚拟同步发电机输出到电网端的电压电流以及电网频率，根据所测电压电流计算虚拟同步机输出功率，包括：

1)获取虚拟同步机输出电压电流及电网频率：

通过电压电流互感器测量风机并网逆变器在三相abc坐标系下的输出电压U_abc及输出电流I_abc；通过锁相环模块测量电网频率ω_g；

(2)计算虚拟同步机输出功率：

利用所述的输出电压U_abc、输出电流I_abc，按式(1)计算虚拟同步机在abc坐标系输出功率，或将电压电流转换到dq坐标系再进行计算：

P_out＝U_aI_a+U_bI_b+U_cI_c＝U_dI_d+U_qI_q (1)

式中，U_d、U_q，I_d、I_q分别为母线电压和母线电流在d轴和q轴分量。