[发明专利]一种基于有界性PID控制的虚拟同步发电机型逆变器

说明书

本申请公开了一种基于有界性PID控制的虚拟同步发电机型逆变器，包括：直流母线电容、电力电子模块、交流LC滤波器、基于有界性PID控制的虚拟同步发电机控制器。所述基于有界性PID控制的虚拟同步发电机控制器在传统的虚拟同步发电机控制技术上，增加了电压输出和频率输出的有界性设计，进而满足电网系统或者下一代智能电网系统电压与频率的有界性的需求。并且通过建立的有界性PID控制的核心算法，避免传统的积分饱和或者积分失控现象，使基于有界性PID控制的虚拟同步发电机型逆变器在满足电压与频率输出有界的前提下，能够更加稳定可靠的运行。

技术领域

本发明属于微电网或者智能电网领域，具体涉及一种基于有界性PID控制的虚拟同步发电机型逆变器。

背景技术

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术或者虚拟同步电机(Virtual Synchronous Machine,VSM)技术是针对于下一代智能电网的功率电子器件(或者逆变器)控制技术，它是由克劳斯塔尔工业大学的Hans-Peter Beck教授，及伊利诺伊理工大学的钟庆昌(Qing-Chang Zhong)教授等人提出。该项技术能够提供分布式新兴能源的智能电网并网的接口，而且能够主动参与电网、微电网或者智能电网系统的频率调整及电压调整，并且能够主动设计的系统惯量及不需要锁相环回路来测量电网的频率。从而实现未来电网系统的稳定、安全和可靠运行。与常规的基于通讯和信息系统的智能电网技术相比，该技术在控制层面上不依赖于通讯系统，这样在控制层面上能够避免网络攻击，进一步增加电控系统及电网系统的可靠性。

另一方面，虚拟同步发电机技术作为一种控制系统，可能出现控制器输出不可控或者不稳定的情况，例如系统超调或者不稳定运行。并且传统的虚拟同步发电机技术都是基于积分控制回路，在控制响应性方面存在一定的劣势。而对于电网系统或者下一代智能电网系统来说，电网电压与频率的有界性对电网的可靠性起着至关重要的作用。例如中华人民共和国民用电网要求的电压的波动范围为-10％～+7％，频率的波动范围为+/-0.2Hz。并且在一些极端的应用场合中，电压的波动范围和频率的波动范围要求更小。而传统的虚拟同步发电机技术往往很难适应上述要求。例如不同的惯量配置往往会导致系统的超调，从而进一步引起基于传统虚拟同步发电机型逆变器的输出电压及输出频率超出电网的需求范围。

在传统的设计中，为了达到控制系统输出有界的控制效果，比如针对传统的虚拟同步发电机技术的积分控制，往往在控制器输出(比如电压输出或者频率输出)端增加饱和单元(saturation unit)，但是饱和单元往往会造成一种积分饱和(integral windup)或者积分失控现象，从而导致基于传统的虚拟同步发电机控制系统的不稳定，从而甚至影响整个电网系统的可靠运行。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提出一种基于有界性PID控制的虚拟同步发电机型逆变器，实现了逆变器电压输出和频率输出的有界性，进而满足电网系统或者下一代智能电网系统电压与频率的有界性的需求。并且通过建立的有界性PID控制的核心算法，避免传统的积分饱和或者积分失控现象，使基于有界性PID控制的虚拟同步发电机型逆变器在满足电压与频率输出有界的前提下，能够更加稳定可靠的运行。

一种基于有界性PID控制的虚拟同步发电机型逆变器，包括：直流母线电容、电力电子模块、交流LC滤波器、及基于有界性PID控制的虚拟同步发电机控制器。