[发明专利]基于虚拟同步机的变频器控制方法

说明书

一种基于虚拟同步机的变频器控制方法。本发明首先对线电压V_abc和线电流i_abc进行采样，然后计算输出有功功率P_e以及负荷无功功率增量Q_e，并根据所述线电压V_abc和线电流i_abc进行功频控制和无功/电压控制，获得调制控制信号，至最后根据该调制控制信号进行空间矢量脉宽调制，产生并输出相应的SVPWM调制信号，以该SVPWM调制信号控制所述各开关元件的通断状态，使得所述变频器具有同步电机的运行特性。本发明的方法能够使得电力电子式用电设备参与电网一次调频，将整流型负载采用同步虚拟电机技术参与电网一次调频，使其随着电网电压和频率的改变，模拟同步电机的外特性，随之改变功率，达到从用电侧出发使得用电设备响应电网功频守恒，稳定系统的频率、电压的目的。

技术领域

本发明涉及电力电子式用电设备参与电网一次调频的技术，具体而言涉及一种基于虚拟同步机的变频器控制方法。

背景技术

变频器能够用于驱动感应电机，一台变频器可以较好地控制一台感应电机带动负载运行。但仅仅采用变频器还不能满足带状性负载保持恒定的张力且系统同步协调运行的实际要求。感应电机的速度与转子磁链的相互耦合，构成一个复杂的多变量非线性的耦合系统。不管是采用恒压频比控制变频器还是采用矢量控制变频器都很难使变频器所在电力电子系统网络稳定运行。

相关技术中虽然存在利用SVPWM作为变频驱动的一种驱动算法。但是，现有的SVPWM波的载波会导致SVPWM波产生高次谐波，引起变频器的噪声，无法控制逆变器根据电动机特性输出频率和电压。现有技术仅能够应用于所带负荷对功率稳定性要求不高的场景，实际应用中受限较大且对电网造成的扰动较多，威胁电力系统的稳定性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于虚拟同步机的变频器控制方法，本发明利用VSM的基本思想，把同步电机的转子运动方程和定子电气方程构成的暂态模型引入到控制器中，使变频器具有同步电机的运行特性，进而提高电力系统的稳定性。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种基于虚拟同步机的变频器控制方法，其用于控制所述变频器内的开关元件的通断，步骤包括：第一步，分别采样并接收：线电压V_abc和线电流i_abc，获得系统的额定工作频率f_N、系统额定输出有功功率P_N和额定电压有效值V_N。第二步，按照的公式，根据所述线电流i_abc计算并输出所述输出有功功率P_e，其中，表示电角速度，P_T表示机械功率，ω_N表示同步电角速度，θ表示电角度。第三步，计算并输出负荷无功功率增量Q_e。第四步，根据所述线电压V_abc和线电流i_abc进行功频控制，计算并输出并调节所述电角度θ。第五步，根据所述线电压V_abc和线电流i_abc进行无功/电压控制，计算并输出调制控制信号。第六步，根据所述无功/电压控制所输出的调制控制信号进行空间矢量脉宽调制，产生并输出相应的SVPWM调制信号，以该SVPWM调制信号控制所述各开关元件的通断状态，使得所述变频器具有同步电机的运行特性。

可选的，上述的基于虚拟同步机的变频器控制方法中，所述第四步具体包括如下步骤：步骤401，根据所述线电压V_abc和线电流i_abc计算获得系统输出频率的测量值f_T、系统输出有功功率的测量值P_T。步骤402，按照输入输出关系P_T＝K_f(f_N-f_T)+P_N，计算并获得频率调差系数K_f。步骤403，根据所述频率调差系数K_f进行机械方程的计算以输出并调节所述电角度θ。