[发明专利]一种兼具谐波补偿的负荷虚拟同步机控制装置及方法

说明书

本发明提供了一种兼具谐波补偿的负荷虚拟同步机控制装置及方法，负荷虚拟同步机包括L型滤波器、三相整流电路、采样电路、直流侧电容、直流负荷、控制器和驱动保护电路；所述L型滤波器、三相整流电路、直流侧电容和直流负荷依次连接；采样电路和三相整流电路分别与滤波电感连接；控制器与驱动保护电路输入端以及采样电路输出端分别连接；驱动保护电路用于驱动三相整流电路。本发明将电网电流中的谐波含量叠加到负荷虚拟同步机的内环电流指令中，使负荷虚拟同步机具备了电网谐波电流补偿的能力。同时，本发明无需锁相环，更便于设计控制参数，解决了负荷侧无法为电网提供惯性和阻尼的问题。

技术领域

本发明涉及整流控制技术，具体涉及一种兼具谐波补偿的负荷虚拟同步机控制方法和装置。

背景技术

目前，在海岛上开展独立的供电系统能够解决输电成本高，维护困难的问题。海岛上的国防与民用设施采用本地风/光/柴/储等分布式发电单元所构成的电源系统来保障持续供电。由于海岛上的新能源大多是以电力电子装备为接口接入供电系统的，电力电子设备的占比相对较高。因为缺乏惯性和阻尼，供电系统在运行过程中，会产生供电不足时的脱网问题。负荷虚拟同步发电机技术存在惯性和阻尼，近年来成为研究的热点，它是更加适用于负荷接入供电系统的控制策略。

负荷虚拟同步机(Virtual Synchronous Motor，VSM)主要是通过模拟同步电动机的本体模型、有功调频以及无功调压等特性，使整流器从运行机制和外特性上都可与传统同步电动机相媲美，能够为以PWM整流器为接口的负荷提供阻尼和惯性。近年来，负荷虚拟同步机在电动汽车充电桩、变频器和高压直流输电方面的应用能为负荷介入电网提供惯性和阻尼。

负荷虚拟同步机由于引入了惯性和阻尼，提高了电网系统中的稳定性和负荷的灵活性。然而，与传统的整流器相比，在动态性能方面的性能有所降低。且在孤岛微网系统下，当系统存在非线性负荷时，传统的负荷虚拟同步机无法为PCC点滤出谐波电流。

发明内容

为了克服上述现有技术中负荷虚拟同步机无法补偿网侧电流谐波的不足，本发明提供一种兼具谐波补偿的负荷虚拟同步机控制方法，先计算负荷虚拟同步机的相角和幅值，并根据相角和网侧三相电流，计算网侧的谐波电流，然后叠加到电流指令中，最后通过电流内环无差拍控制得到占空比，并控制负荷虚拟同步机中开关管的开断。本发明无需锁相环，更便于设计控制参数，提高了负荷虚拟同步机的对电网的主动支撑和适用能力，并使负荷虚拟同步机具备谐波电流补偿能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种兼具谐波补偿的负荷虚拟同步机控制装置，包括L型滤波器、三相整流电路、采样电路、直流侧电容、直流负荷、控制器和驱动保护电路；所述L型滤波器与三相整流电路；所述三相整流电路与直流侧电容连接；所述直流侧电容和所述直流负荷连接；所述采样电路的输入端与L型滤波器和直流负荷连接；所述采样电路的输出端与控制器输入端连接；所述控制器与驱动保护电路输入端连接；所述驱动保护电路输出端用于驱动三相整流电路。

相应地，本发明还提供了一种兼具谐波补偿的负荷虚拟同步机控制方法，包括以下步骤：

(1)采样负荷虚拟同步机直流侧的电压U_dc，网侧三相电流i_a、i_b和i_c和网侧三相电压u_ab、u_bc；

(2)由三相线电压u_ab和u_bc计算三相相电压u_a、u_b和u_c；

(3)由网侧三相电流i_a、i_b和i_c、网侧三相相电压u_a、u_b和u_c和瞬时功率理论，计算瞬时有功功率P_e、无功功率Q_e和网侧电压幅值的峰值V_peak；