[发明专利]电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制方法

权利要求书

1.电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：计算功率流；

将检测的电网电压u_abc和并网电流i_abc进行Clark静止变换得到u_αβ和i_αβ，并经过基于复数滤波器的正负序分量提取模块，分别得到电网电压的正负序基波分量和并网电流的正负序基波分量然后，根据瞬时功率计算得到瞬时有功功率P_e和瞬时无功功率Q_e，根据平均功率计算得到瞬时功率平均值P₀和瞬时功率平均值Q₀；

S2：建立功率-电流协调控制统一解析表达式；

由瞬时功率表达式知，瞬时有功及无功功率振荡均由两倍电网频率的正弦和余弦分量组成，为实现恒定有功、恒定无功或平衡电流控制，根据平均功率和二倍频振荡功率表达式计算出三种控制相应的负序参考电流表达式，通过分析对比其负序参考电流表达式之间存在的关系，建立恒定有功控制、恒定无功控制及电流平衡控制的功率-电流协调控制统一解析表达式：

式中：λ表示调节系数，表示α静止坐标系下的负序并网电流参考值，表示β静止坐标系下的负序并网电流参考值；

当λ＝-1时实现恒定有功控制；当λ＝1时实现恒定无功控制；λ＝0时实现平衡电流控制；结合上述三种控制，将λ定义在连续区间内，取值范围是-1≤λ≤1，通过调节系数λ实现功率-电流协调控制；

S3：计算负序桥臂中点电压

当电网电压不平衡时，在不影响正序电流情况下，通过控制并网电流的负序分量来改变虚拟同步发电机输出振荡功率中正弦和余弦分量的幅值大小，进而实现对功率振荡的控制；即：将负序并网电流参考值与负序并网电流实际值i_αβ的差值送入电流环控制器G_c(s)进行控制，通过G_c(s)对误差信号进行调节，再根据VSG电磁方程得到负序桥臂中点电压其中虚拟同步发电机在静止坐标系下的电磁方程为

式中，L和R表示从逆变器到电网之间的总电感和总电阻，表示静止坐标系下桥臂中点电压；

S4：合成调制信号e_αβref；

将计算所得的负序桥臂中点电压与正序桥臂中点电压进行叠加得到桥臂中点电压e_αβref，此桥臂中点电压看作虚拟同步发电机的调制波，将形成的调制波信号送入到PWM单元产生控制逆变器开关的PWM调制信号；

S5：设计控制器；

在设计电流环控制器时，采用静止坐标系控制策略，由于α、β轴电流环对称，则其电流环控制器设计相同；在低频条件下，LCL滤波器的频率特性与L滤波器相同，将LCL滤波器等效为L_T＝L_i+L_g的单L滤波器来考虑，单L滤波器的电流环开环传递函数为一阶系统；采用准降阶谐振补偿器，电流环控制器的传递函数表达式为

式中，k_p、k_r、ω_c及ω₀分别为准降阶谐振补偿器的比例系数、谐振系数、控制器带宽及谐振角频率。

2.根据权利要求1所述的电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制方法，其特征在于：所述控制器的设计方法为，根据实际电网的不同需求，虚拟同步发电机相关参数及滤波器参数会发生变化，根据这些参数来进行控制器的设计，其步骤为：

S1：计算控制系统的开环传递函数表达式

根据电流环控制结构图得到控制系统的开环传递函数为

式中，L_i表示逆变器侧电感，L_g表示并网侧电感，C_f表示滤波电容，k_pwm表示调制波至逆变桥输出侧的传递函数；

S2：绘制开环传递函数表达式的伯德图，由对数幅频特性曲线和相频特性曲线获取开环传递函数表达式的幅值裕量和相角裕量；

S3：根据幅值裕量和相角裕量的大小判断系统是否处在稳定状态；若幅值裕量大于或等于6dB，相角裕量在30°与60°之间，即系统处在稳定状态；若不是，即系统不满足稳定的要求，则应重新设计控制器参数。