[发明专利]一种基于无源理论的虚拟同步发电机控制策略

说明书

本发明涉及一种基于无源理论的虚拟同步发电机控制策略，包括逆变器模块、功率计算模块、虚拟同步发电机控制模块、无源控制模块和SPWM控制模块。所述的虚拟同步发电机控制模块包括虚拟调速器控制模块、虚拟励磁控制模块和虚拟同步发电机本体模型控制模块。所述的无源控制模块由无源控制算法构成，主要通过无源性的判断证明逆变器模型的无源性，然后通过阻尼注入的方法得到系统有效的无源控制律，最后将控制律带入逆变器的dq数学模型从而得到逆变器的控制框图。与现有技术相比，本发明具有提高系统稳定性的优点。

技术领域

本发明提出了一种基于无源理论的虚拟同步发电机控制策略，更具体来说，它是应用于分布式发电系统逆变器的一种控制策略。

背景技术

随着传统一次能源的供应紧张及由此带来的环境污染问题，使得人们把注意力转向可再生能源，伴随而来的是分布式发电的广泛应用，但是，随着分布式发电在电力系统中的渗透，其在并网的过程中也对系统造成了有害的影响，所以在微电网中，需要人们研究出一种有效的控制策略，将分布式发电在不同运行模式下对系统的危害降到最低。

逆变器作为分布式电源与微电网之间的枢纽，具有响应速度快等特点，但是也造成了微电网缺乏阻尼和惯性的缺点，因此，必须配置合理的控制策略；同步发电机输出阻抗大、转动惯量大的特点有利于维护系统的稳定性，所以在这里提出了一种能够使逆变器具有同步发电机特性的控制方法，即虚拟同步发电机控制技术；随着越来越多的电力电子非线性负载接入微网中，逆变器输出电压的质量以及面对扰动时系统的动态性能将会受到影响，传统的电压电流环控制在设计过程中，存在许多非线性元件线性化的过程，这样不可避免的会有过多的近似和忽略，直接导致了系统的抗干扰能力较差；在非线性控制中，无源控制本质是对能量的控制，并且已经在PWM整流器上得到了很好的应用，因此，将无源理论运用到虚拟同步发电机控制技术中有一定的研究意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于无源理论的虚拟同步发电机控制策略。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于无源理论的虚拟同步发电机控制策略，包括逆变器模块、功率计算模块、虚拟同步发电机控制模块、无源控制模块和SPWM控制模块。

所述的逆变器模块采用电压型PWM逆变器，由直流电源供电，经LC滤波器输出后可以直接接负载或者经线路阻抗并网。

所述的功率计算模块采用瞬时功率计算。

所述的虚拟同步发电机控制模块包括虚拟调速器控制模块、虚拟励磁控制模块和虚拟同步发电机本体模型控制模块，所述的虚拟调速器控制模块为虚拟同步发电机本体模型控制模块提供输入的机械功率P_m，所述的虚拟励磁控制模块为虚拟同步发电机本体模型控制模块提供励磁电动势E，所述的虚拟同步发电机本体模型控制模块由同步发电机的定子电气方程和转子机械方程搭建而成。

所述的无源控制模块由无源控制算法构成，所述的虚拟同步发电机控制模块的输出作为所述无源模块的输入，所述的无源控制的输出与SPWM控制模块相连。

所述的SPWM控制模块产生脉冲信号来控制逆变器的开关。

本发明的优点如下：

（1）使逆变器模拟同步发电机的运行特性，从而提高微电网运行的稳定性，将同步电机对电网的天然优势应用到对逆变器控制中。

（2）本发明提出的无源理论和虚拟同步发电机控制策略结合的逆变器控制算法，对于电力电子非线性负载和负载不平衡的情况来说，所述的控制策略表现出了对扰动很好的控制性，提高了系统的动态性能，使系统有较强的鲁棒性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明：

图1为本发明所述的控制策略的结构图；