[发明专利]一种基于虚拟同步机的不平衡负载控制方法

权利要求书

1.一种基于虚拟同步机的不平衡负载控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集三相全桥电路输出的三相电感电流I_a、I_b、I_c，三相负载电流I_aL、I_bL、I_cL，三相负载电压U_a、U_b、U_c，经过CLARKER变换得到U_α、U_β、I_α、I_β，U_α、U_β表示两相静止坐标系下的负载电压，I_α、I_β表示两相静止坐标系下的电感电流；再经过虚拟同步机的角频率积分角Θ进行PARK变换得到U_d、U_q、I_d1、I_q1、I_dL、I_qL，U_d表示旋转坐标系下的d轴负载电压，U_q表示旋转坐标系下的q轴负载电压，I_d1表示旋转坐标系下的d轴电感电流、I_q1表示旋转坐标系下的q轴电感电流、I_dL表示旋转坐标系下的d轴负载电流、I_qL表示表示旋转坐标系下的q轴负载电流；

步骤2：根据步骤1所得到的正序旋转坐标轴下的电流，由下式计算正序电流：

式中，I_d+表示电感电流d轴正序分量，s表示微分算子，I_q+表示电感电流q轴正序分量、I_dL+表示负载电流d轴正序分量，I_qL+表示负载电流q轴正序分量，ω_c表示陷波器需要滤除的角频率，K表示陷波器的品质因子；

步骤3：将步骤2获得的正序电流进行逆PARK变换得到I_α+、I_β+，I_α+、I_β+表示正序电感电流在两相静止坐标系下的分量，采用下列公式计算负序电流：

I_α-＝I_α-I_α+

I_β-＝I_β-I_β+

利用步骤1中的角频率积分角Θ获得负序角度，I_α-、I_β-表示负序电感电流在两相静止坐标系下的分量，再将I_α-、I_β-在负序角度下进行PARK变换得到I_d-、I_q-，I_d-表示电感电流d轴负序分量，I_q-表示电感电流q轴负序分量；

或者将步骤1中的I_α、I_β在负序角度下进行PARK变换得到I_d2、I_q2，再通过下式计算负序电流：

步骤4：将步骤3得到的I_d-、I_q-经过一阶或二阶低通滤波环节进行简单滤波得到I_d1-、I_q1-；

步骤5：采用虚拟同步机的定子电势在两相旋转坐标系下的参考值U_dref，U_qref以及d轴正序电流参考I_dref、q轴正序电流参考I_qref通过下式计算负载电磁转矩T_e：

式中，ω表示虚拟同步机角速度；

经过功角控制方程T_m表示虚拟同步机机械转矩、T_e表示虚拟同步机电磁转矩、T_d表示虚拟同步机阻尼转矩、D_P表示阻尼系数、ω₀表示系统基频，计算虚拟同步机角速度ω，并计算虚拟同步机的角频率积分角Θ；

步骤6：虚拟同步机电压下垂控制中的无功功率Q计算同样采用虚拟同步机的定子电势在两相旋转坐标系下的参考值U_dref，U_qref，以及d轴正序电流参考I_dref、q轴正序电流参考I_qref，通过下式计算：

结合系统给定的无功功率Q_ref，通过无功控制方程ΔE_Q＝k_q(Q_ref-Q)得到虚拟同步机的定子电势参考U_dref，U_qref，式中，ΔE_Q表示无功引起的电压下垂分量、k_q表示无功电压下垂系数、Q_ref表示无功功率参考，再根据下式计算负载电压参考：

式中，U_Ldref表示d轴负载电压参考，U_Lqref表示q轴负载电压参考，R表示虚拟同步机的虚拟定子电阻，L表示虚拟同步机的虚拟定子电抗；

步骤7：根据下式进行负载电压控制，并计算I_dref、I_qref，同时加入负载电流I_dL+、I_qL+前馈加速对负载动态的响应，如果电压控制方程的控制速度较快，那么负载电流前馈可以取消：

式中，τ表示低通滤波时间常数，K_P表示PI调节器比例系数，K_I表示PI调节器积分系数；

步骤8：根据步骤4得到的负序电流I_d1-、I_q1-，根据下式计算正序无功电流限幅值I_q+Limt：

I_q+Limt＝I_qpeak-abs(I_q1-)

式中，I_qpeak表示系统无功电流允许的最大值；

通过I_q+Limt对I_qref进行限幅，保存当前控制的无功电流值I_qc＝abs(I_qref)+abs(I_q1-)；

步骤9：首先离线计算当I_qc＜I_qM时，I_dLimit限制到I_dpeak，其中，I_peak为最大允许输出的电流峰值，I_dLimit表示有功电流的限幅值，I_dpeak表示系统有功电流允许的最大值；

其次，当I_qc＞I_qM，离线计算并将结果进行拟合；再将I_dLimit限制到I_dc，最后再通过I_d+Limit＝I_dLimit-abs(I_d1-)计算正序电流的限幅值I_d+Limit；

步骤10：将步骤7中计算得到的I_dref用I_d+Limit进行限幅；将经过限幅处理的I_dref、I_qref通过电流内环控制方程进行控制，最终输出PWM驱动波形。