[发明专利]一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构

权利要求书

1.一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，其特征在于，能够对电网的频率与电压进行主动支撑，包括主机侧变流器及与其相连的风机和发电机、一台网侧逆变器以及多个并联子模块构成，主机侧变流器与各个子模块中的子机侧变流器并联汇集到直流侧电容，并通过网侧逆变器并网；其中子模块包括风机、主发电机和机侧变流器，多个并联子模块即将多台并联风机的子机侧变流器的直流侧输出端口并联；主机侧整流器用以维持直流侧电容器电压；子模块子机侧变流器用以控制各其他风力发电机输出有功功率；网侧逆变器根据MPPT的算法来控制输入电网功率的大小，采用VSG的控制策略，通过释放转子动能与预留能量，在动态响应瞬间对电网频率与电压提供主动支撑。

2.如权利要求1所述的一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，其特征在于，所述子机侧变流器采用功率外环、电流内环的控制结构，各子机侧变流器的直流侧输出端口之间为并联连接，控制结构功率外环为风力发电机有功功率外环，通过MPPT控制得到的有功功率参考值和风力发电机实际输出功率值的偏差经过PI控制器，输出为q轴电流参考值，其作为电流内环的给定值，通过电流内环控制，控制风力发电机输出功率。

3.如权利要求1所述的一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，其特征在于，所述主机侧整流器采用直流母线电压外环、电流内环的控制策略，控制系统外环为直流母线电压环，直流母线电压的给定值和实际值的偏差经过PI控制器输出为q轴电流的参考值，q轴电流是有功电流，通过电流内环控制，将机械功率转化为电磁功率并传送至直流母线。

4.如权利要求1所述的一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，其特征在于，所述网侧逆变器采用虚拟同步发电机控制策略，其控制结构分为三部分，包括调频器，励磁器以及内环控制器，分别实现有功-频率和无功-电压动态支撑，能够为电网的稳定提供必要的惯量和阻尼。

5.如权利要求1所述的一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，其特征在于，所述虚拟同步发电机控制策略其具体工作模式如下：

（1）输出有功功率和频率调整；

虚拟同步发电机中，调频器模拟同步发电机的机械模型，即通过转子转速的变化来反映电网的功率平衡和频率的变化，也就是一次调频过程，并通过利用有功功率给定值的调节来反映风机的功率输出变化，以模拟原动机对下垂曲线的平移作用，也就是二次频率调整；其中，机械转矩Tm对应于有功功率给定值Pset，即所有风力发电机有功功率参考值的总和；由此逆变器便具备同步发电机类似的功率和频率调节能力；由于调频器对频率偏差的调节，并网逆变器能够实现自同步；

（2）输出无功功率和电压调整；

虚拟同步发电机通过励磁调节器控制励磁电流，进而调节内电势来控制并网变流器输出电压幅值和无功功率；逆变器的输出无功功率增量和输出电压幅值增量满足Q/V下垂关系，并联在系统中，下垂系数m决定着负荷无功功率在逆变器间的分配；在无功负载过大时，通过电压反馈环节，对虚拟励磁电流进行补偿，修正内电势，达到恒压控制；

（3）内环控制器；

内环控制器采用基于dq解耦的电压电流双闭环控制结构，分为电压外环和电流内环；虚拟同步发电机输出端口电压参考值与实际值的偏差经过PI控制器得到电流参考值，通过电流环调节输出电流，实现电压电流的快速跟踪并限制故障电流。

6.如权利要求1所述的一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，其特征在于，所述主动支撑的能量由预留风机有功备用和转子动能提供；所述的预留有功备用通过超速与桨距角协调控制方法实现，在中低风速时令发电机超速运行，MPPT曲线发生右移，减小出力，留出备用容量；高风速时使用变桨距控制，实现减载运行；当预留的有功备用足够多的时候即实现主动支撑。

7.如权利要求1所述的一种基于VSG的改进型多机并联的PMSG并网主动支撑控制结构，其特征在于，随着所述并联风机日台数的增大，网侧变流器所流经的功率也随之增大，因此采用MMC大功率多电平变流设备进行并网。