[发明专利]一种基于虚拟同步发电机的变流器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于虚拟同步发电机的变流器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

在VSG功能模块切入时，将VSG功能模块输出的三相定子电流用于作为变流器电流内环的指令值，电网电压经过锁相环得到的电网电压相角作为变流器电流内环的相角指令值，经过电网电压定向矢量控制，生成PWM波进行控制；

其中，VSG功能模块包括VSG模型，所述VSG模型的输入包括由Q-U控制得到VSG功能模块的內电势幅值，由P-f控制得到VSG功能模块的机械转矩，以及电网电压，输出为三相定子电流；

所述将VSG功能模块输出的三相定子电流用于作为变流器电流内环的指令值包括：

将VSG功能模块输出的三相定子电流变换到dq坐标系下，得到的值分别作为变流器电流内环的d轴电流指令值和变流器电流内环的q轴电流指令值：

其中，i_dref为变流器电流内环的d轴电流指令值，i_qref为变流器电流内环的q轴电流指令值；i_a、i_b、i_c为三相定子电流；θ_g为电网电压相角，由锁相环根据电网电压计算得到。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的变流器控制方法，其特征在于，所述VSG模型为：

其中，ω为VSG的角速度，ω₀为额定角速度，H为VSG惯性时间常数，T_m、T_e分别为VSG机械转矩、电磁转矩，K_d为阻尼系数，R、L分别为VSG定子电阻和电感，e_abc、u_abc、i_abc分别为VSG三相内电势、机端电压、定子电流，θ为VSG转子相角，P_e为电磁功率。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的变流器控制方法，其特征在于，所述P-f控制的模型为：

T_m＝[P_ref-k_f(f-f₀)P_N]/ω

其中，T_m为VSG的机械转矩，f为机端电压频率，f₀为机端电压额定频率，P_N为VSG额定功率，P_ref为有功功率指令值，k_f为频率调节系数。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的变流器控制方法，其特征在于，所述Q-U控制的模型为：

E＝E₀+k_q(Q_ref-Q_e)-k_u(U_N-U)

其中，E为VSG的內电势幅值，E₀为空载内电势，k_q为无功调节系数，Q_ref为无功功率指令值，Q_e为VSG无功功率，k_u为调压系数，U_N为额定机端电压，U为机端电压。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的变流器控制方法，其特征在于，在VSG功能模块切出时，变流器电流内环的指令值由除VSG功能模块以外对应的功能模块给定。

6.根据权利要求5所述的基于虚拟同步发电机的变流器控制方法，其特征在于，恒电流功能时，变流器电流内环的指令值为上位机下发的电流指令值；恒电压功能时，变流器电流内环的指令值为电压环的输出；恒功率功能时，变流器电流内环的指令值为功率环的输出。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的变流器控制方法，其特征在于，当变流器进行电网故障穿越时，将变流器电流内环的指令值进行切换：

变流器电流内环的q轴电流指令值切换为动态无功支撑计算值；

变流器电流内环的d轴电流指令值切换为故障前的电流值。