[发明专利]一种虚拟同步发电机控制策略

说明书

本发明公开了一种虚拟同步发电机控制策略，包括内环电压/电流控制器和外环频率/功率控制器；在电流控制器中，添加虚拟同步发电机输出电流反馈增益，实现对换流器输出电流的控制，并抑制了谐振峰的出现；在电压控制器中，采用重复控制器与积分环节的结合作为虚拟同步发电机机端电压补偿器，减小机端电压稳态误差的同时，实现干扰抑制；在频率/功率控制器中，于原有的系统频率比例调节的基础上，加入积分环节，实现二次调频的功能；在传统逆变器有功/频率下垂控制中加入一阶惯性环节，使得虚拟同步发电机具有与同步发电机相类似的惯性特性和阻尼特性。本发明控制策略能够增强系统频率的稳定性，减小虚拟同步发电机机端电压的失真，进一步提升虚拟同步发电机的输出性能。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，尤其涉及一种虚拟同步发电机控制策略。

背景技术

随着全球范围内的能源危机和环境问题的日益突出，分布式发电技术受到越来越多的关注，并网逆变器作为分布式电源与微电网的纽带，其运行特性得到了广泛研究。常规并网逆变器影响速度快，几乎没有转动惯量，难以参与电网调节，无法为含分布式电源的主动配电网提供必要的电压和频率支撑，更无法为稳定性相对较差的微电网提供必要的阻尼作用，即缺乏一种与配电网及微电网有效“同步”的机制。

借鉴传统电力系统的运行经验，在逆变器的控制策略中引入类似于同步发电机的调频调压特性，使得并网逆变器在机理上和外特性上均能与同步发电机相媲美，该类控制策略即为虚拟同步发电机(VirtualSynchronousGenerator，VSG)技术。

目前，关于VSG自身控制策略的研究，主要集中于VSG如何更好地模拟同步发电机的调速特性和励磁特性而展开，而VSG输出端所连接的LC滤波器通常并未被考虑在内。传统的LC滤波器由于无阻尼或欠阻尼，易产生较大的振荡，给系统造成不稳定的问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种虚拟同步发电机控制策略，能够增强频率稳定性和减小电压失真。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种虚拟同步发电机控制策略，包括内环电压/电流控制器和外环频率/功率控制器；电压/电流控制器设计在离散z域中，其中，在电流控制器内，引入虚拟同步发电机输出电流的反馈增益，抑制谐振峰的出现；在电压控制器内，采用重复控制器和积分环节的结合作为虚拟同步发电机机端电压补偿器，减小虚拟同步发电机机端电压的稳态误差并实现干扰抑制；频率/功率控制器设计在连续s域中，其中，在系统频率比例调节中加入积分环节，实现对系统频率的无差调节；在传统逆变器有功/频率下垂控制中加入一阶惯性环节，使虚拟同步发电机具有与同步发电机类似的惯性特性和阻尼特性。

进一步地，所述虚拟同步发电机包括三相逆变器、输出端LC滤波器、虚拟同步发电机直流侧并联电容；外环频率/功率控制器在系统发生功率或频率振荡时，为系统提供功率或频率的支撑，外环频率/功率控制器输出虚拟同步发电机机端电压参考值和系统角速度参考值，作为内环电压/电流控制器的输入信号，电压/电流控制器对三相滤波电容电压的相位和幅值进行调节，使虚拟同步发电机对外等效为一个受控电压源，电压/电流控制器的输出，作为三相逆变器中每相桥臂电力电子器件IGBT的驱动信号。

进一步地，所述电压/电流控制器包括电压控制器、电流控制器、前馈系数、ZOH零阶保持器；电流控制器增加虚拟同步发电机输出电流的反馈增益，限制换流器的电流，并为LC滤波器提供阻尼；电压控制器采用重复控制器和积分环节的结合，减小稳态误差并抑制系统的干扰。

进一步地，所述重复控制器根据每个开关周期的虚拟同步发电机机端电压参考值与机端电压实际值间的差值来确定所需的校正信号，然后在下一个基波周期的同一时间将此信号叠加到原控制信号上，消除以后各基波周期中将出现的重复畸变。