[发明专利]虚拟同步机功率二阶解耦控制器及其功率解耦控制方法

权利要求书

1.虚拟同步机VSG功率二阶解耦控制器SOPDC，其特征在于：由给定电流计算模块(1)、参考电流合成模块(2)、交叉解耦模块(3)依次串联而成，所述SOPDC设置于传统VSG控制器的后级，其输入信号来自于上级VSG控制器以及测量单元，其输出信号输入VSG并网逆变器的PWM波生成装置；

所述给定电流计算模块(1)共有2个输入端，2个输出端；第一、第二输入端分别输入VSG控制器输出的感应电动势e和测量单元提供的并网点电压v_g，第一、第二输出端分别与参考电流合成模块(2)的第一、第二输入端相连；

给定电流计算模块(1)由一个传递函数G(s)、一个Park变换器组成；所述传递函数G(s)的输入为VSG感应电动势e和并网点电压v_g的差值，其输出为给定电流信号i^*，该计算过程如式(1)所示：

式中，s表示复数变量，L_eq为系统等效电感、R_eq为系统等效电阻，e为虚拟同步机感应电动势，v_g为并网点电压；

将给定电流信号i^*输入Park变换器，Park变换器的d轴、q轴输出分别连接给定电流计算模块(1)的第一、第二输出端，输出信号分别为给定电流信号i^*的d轴和q轴分量和

所述参考电流合成模块(2)共有6个输入端，2个输出端；第一、第二输入端分别与给定电流计算模块(1)的第一、第二输出端相连，第三、四输入端分别输入P-V、Q-δ解耦所需的虚拟电流d轴分量信号Δi_d(P-V)和Δi_d(Q-δ)，第五、六输入端分别输入P-V、Q-δ解耦所需的虚拟电流q轴分量信号Δi_q(P-V)和Δi_q(Q-δ)；第一、第二输出端分别与交叉解耦模块(3)的第一、第二输入端相连；

参考电流合成模块(2)中，第一输入端输入信号与P-V、Q-δ解耦所需的虚拟电流d轴分量Δi_d(P-V)、Δi_d(Q-δ)叠加，合成参考电流最终值的d轴分量信号i_{d_ref}，并在参考电流合成模块(2)的第一输出端输出；第二输入端输入信号分别与P-V、Q-δ解耦所需的虚拟电流q轴分量Δi_q(P-V)、Δi_q(Q-δ)叠加，合成参考电流最终值的q轴分量i_{q_ref}，并在参考电流合成模块(2)的第二输出端输出；

所述交叉解耦模块(3)共有6个输入端，1个输出端；第一、第二输入端分别与参考电流合成模块(2)的第一、第二输出端相连，第三、第四输入端的输入信号分别为虚拟同步机输出电流的d轴和q轴分量i_d和i_q，第五、第六输入端的输入信号分别为并网点电压的d轴和q轴分量v_gd和v_gq，输出端连接VSG并网逆变器的PWM波生成装置；

交叉解耦模块(3)包含两个增益模块Gain1、Gain2，增益大小分别为ωL_eq和-ωL_eq，其中ω为VSG的电角速度，两个比例-积分控制器PI1、PI2，一个Park反变换模块；第一输入端的输入信号i_{d_ref}与第三输入端的输入信号i_d相减后输入PI1，第四输入端的输入信号i_q送入Gain2，将PI1的输出信号、Gain2的输出信号、第五输入端的输入信号v_gd叠加后生成感应电动势给定值的d轴分量输入Park反变换模块的d轴输入端；第二输入端的输入信号i_{q_ref}与第四输入端的输入信号i_q相减后输入PI2，第三输入端的输入信号i_d送入Gain1，将PI2的输出信号、Gain1的输出信号、第六输入端输入信号v_gq叠加后生成感应电动势给定值的q轴分量输入Park反变换模块的q轴输入端；Park反变换模块的输出作为交叉解耦模块(3)的输出端，输出信号为感应电动势给定值e^*。

2.按照权利要求1所述的虚拟同步机VSG功率二阶解耦控制器SOPDC，其特征在于：其功率解耦控制方法的步骤如下：

步骤1：根据主电路参数计算系统等效电感L_eq，等效电阻R_eq：

其中，等效电感L_eq的计算如式(2):

L_eq＝L_s+L_v+L_g (2)

式中，其中L_s为VSG的滤波电感，L_v为解耦虚拟电感，L_g为网侧线路电感；

等效电阻R_eq的计算如式(4)所示：

R_eq＝R_s+R_v+R_g (3)

式中，其中R_s为VSG的滤波电阻，R_v为解耦虚拟电阻，R_g为网侧线路电阻；

步骤2：根据常规方法确定交叉解耦模块(3)中比例-积分环节的k_p，k_i参数；

步骤3：基于步骤1中计算的系统等效电感与电阻，根据式(1)计算给定电流i^*；

步骤4：利用瞬时功率理论，计算用于功率解耦所需的动态虚拟电流，具体方式如下：

步骤41：计算用于P-V解耦所需的虚拟电流d轴与q轴P-V解耦分量Δi_d(P-V)与Δi_q(P-V)，如式(4)所示，式中i_d和i_q分别为VSG稳态定子电流的d轴和q轴分量，ΔV为扰动造成的电压变化量，V₀为VSG稳态工作点电压；

步骤42：计算用于Q-δ解耦所需的虚拟电流d轴与q轴Q-δ解耦分量Δi_d(Q-δ)和Δi_q(Q-δ)，其步骤如下：

步骤421：计算用于补偿Q-δ一阶耦合量的虚拟电流d轴和q轴解耦分量Δi_d(Q-δ(1))与Δi_q(Q-δ(1))，计算方法如式(5)所示，式中i_d和i_q分别为VSG稳态定子电流的d轴和q轴分量，Δδ为扰动造成的功角变化量：

步骤422：计算用于补偿Q-δ二阶耦合量的虚拟电流d轴和q轴解耦分量Δi_d(Q-δ(2))与Δi_q(Q-δ(2))，计算方法如式(6)所示，式中i_d和i_q分别为VSG稳态定子电流的d轴和q轴分量，V_g为并网点电压幅值，X_eq为虚拟电感L_eq所对应电抗，Δδ为扰动造成的功角变化量：

步骤423：将步骤421与步骤422中所得虚拟电流解耦分量合成Q-δ虚拟电流解耦分量Δi_d(Q-δ)和Δi_q(Q-δ)，如式(7)所示：

步骤5：如式(8)所示，将给定电流i^*的d轴分量i_d^*和q轴分量i_q^*与步骤4中所获取的P-V解耦分量和Q-δ虚拟电流解耦分量合成为参考电流最终值i_{d_ref}和i_{q_ref}：

步骤6：将参考电流最终值的dq轴分量i_{d_ref}和i_{q_ref}输入交叉解耦模块，输出感应电动势给定值e^*并送入PWM生成装置后，生成控制信号，进而控制VSG的输出。