[发明专利]不平衡电网下的改进虚拟同步机自同步并网运行控制方法

说明书

本发明公开了一种不平衡电网下的改进虚拟同步机自同步并网运行控制方法，其针对传统的虚拟同步机控制策略下不平衡电网运行的虚拟同步机输出功率存在二倍频波动无法消除导致无法自同步运行等问题，通过将基于功率的谐振补偿方法与平衡电网下虚拟同步机的自同步控制方法相结合。本发明方法在无需电网电压电流正负序分离的前提下，就可以实现虚拟同步机在不平衡电网下的自同步运行控制，使得逆变器侧电压在并网前准确跟踪电网电压，实现自同步并网，在并网成功后，通过将虚拟同步机控制模块的控制量改为实际功率，实现该控制策略在不平衡电网下对功率的准确控制。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种不平衡电网下的改进虚拟同步机自同步并网运行控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境问题的日益突出，分布式发电技术得到越来越多的运用，并网逆变器作为分布式电源接入配电网(微电网)的重要设备，其功能和控制策略的深入研究得到了广泛的重视。常规的并网逆变器具有响应速度快、低惯量、欠阻尼的特点，难以参与电网调节，又由于大量新能源的接入导致的电网稳定性降低，如何通过控制并网逆变器实现友好接入成为亟待解决的问题。为此，有学者提出虚拟同步机的控制策略，即将并网逆变器模拟成一台具有一定惯性和阻尼的同步电机，以此实现分布式电源的友好接入并提高电力系统稳定性。

VISMA(Virtual Synchronous Machine)和同步变流器是虚拟同步机的两种实现方式，前者利用传统同步机的数学模型计算出逆变器电流的参考值，进而控制输出电流，表现为受控电流源；后者利用传统同步机的数学模型生成逆变器输出电压指令，进而控制变流器的输出电压，表现为受控电压源。由于当前电力系统是电压源主导的，大规模的电流源接入可能会带来稳定性问题，因此后者成为目前虚拟同步机的主要实现方式。第一代同步变流器需要专门的同步单元以获取电网电压、频率相位等信息来实现同步，例如锁相环是最常用的同步单元，但是锁相环本身存在的非线性和延时缺陷会影响系统的性能和稳定性。为此有学者提出了自同步变流器的控制策略，即在并网前通过内部控制算法实现与电网同步；自同步环节的原理是选取一个与实际电路的入端电感和电阻值相近的虚拟阻抗，根据电网侧电压，逆变器侧电压和虚拟电阻值求出一个虚拟电流。当此虚拟电流被控制为零时，说明电网侧电压与逆变器测电压已经同步，从而实现自同步并网，自同步变流器可以运行在整流和逆变两种模式，大大减少了系统的复杂度，提高了系统稳定性。然而，已有虚拟同步机自同步控制策略只能在平衡电网下运行，在电网电压不平衡时，计算得到的虚拟电流同样存在负序分量，从而导致虚拟功率中存在二倍频分量，传统的虚拟同步机控制策略对二倍频分量不能准确跟踪；采用传统方法得到逆变器侧电压不能准确跟踪电网电压，从而在并网时导致并网电流过大，并网失败；因此，研究在不平衡电网下虚拟同步机的自同步控制策略意义重大。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种不平衡电网下的改进虚拟同步机自同步并网运行控制方法，无需电网电压、电流的正负序分离，且控制结构十分简单，能够在不平衡电网下实现虚拟同步机的自同步并网运行。

一种不平衡电网下的改进虚拟同步机自同步并网运行控制方法，包括如下步骤：

(1)采集并网逆变器的三相电网电压U_gabc和三相电网电流I_gabc并分别对两者进行Clark变换，对应得到静止α-β坐标系下的电网电压矢量U_gαβ和电网电流矢量I_gαβ；

(2)根据电网电压矢量U_gαβ以及上一控制周期并网逆变器的调制电压矢量U_cαβ^*计算出并网逆变器的虚拟电流矢量I_vαβ；