[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

说明书

虚拟同步机功率二阶解耦控制器，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，所述控制器设置于传统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。本发明还包括虚拟同步机功率二阶解耦控制器的功率解耦控制方法。本发明从VSG功率耦合机理出发，在虚拟阻抗法的基础上，利用动态虚拟电流进行动态功率补偿，消除了P‑V及Q‑δ的耦合；采用了功率二阶解耦策略，在传统的虚拟同步机功率一阶解耦策略的基础上，充分考虑了二阶功角变化量。在面对功角产生较大变化的情况时，该二阶策略相较于一阶策略有更好的解耦效果。

技术领域

本发明涉及新能源发电与并网技术领域，尤其涉及一种基于动态虚拟电流前馈的虚拟同步机功率二阶解耦控制器及其功率解耦控制方法。

背景技术

随着经济的快速发展，伴随着可再生能源渗透率的逐步提高，分布式能源的并网技术得到了广泛的研究和发展。以电力电子变换器为接口的分布式发电系统缺乏传统电机所具有的惯性和阻尼，因此电力系统更容易受到功率波动和系统故障的影响。虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术可使并网逆变器模拟同步发电机的本体模型、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从运行机制和外特性上可与传统同步发电机相比拟。应用VSG技术，可以进行需求侧的调频、提升系统抗扰动能力，有助于消纳电网中多余的可再生并网能源，具有较好的发展前景。

然而，若VSG应用在中低压电网中，因其电网中线路阻抗呈现为阻感性甚至阻性，会出现明显的功率耦合问题，该问题会影响系统动态性能，甚至导致失稳。如何有效解决VSG的功率耦合问题，是VSG技术推广应用的关键。现有技术中，大多数的解耦采用的是增加虚拟阻抗或松弛小功角约束法，这些功率解耦策略仅考虑了功角变化的一阶小量，而面对功角变化较大的情况，无法保证较好的解耦效果。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，设计一种新型动态虚拟电流前馈的虚拟同步机功率二阶解耦控制器及其功率解耦控制方法。

本发明能克服目前传统VSG功率解耦中存在的精度问题，在传统的虚拟同步机功率一阶解耦策略的基础上，充分考虑了二阶功角变化量，基于瞬时无功功率理论，利用动态虚拟电流补偿的方式来实现耦合功率补偿。

为了实现上述技术目标，本发明提出的技术方案如下：

本发明的虚拟同步机(VSG)功率二阶解耦控制器(Second-Order PowerDecoupling Controller，SOPDC)，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信号，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)由一个传递函数模块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