[发明专利]基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环及交流微电网暂态稳定性提升方法

说明书

本发明涉及一种基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环控制结构，在三相锁相环控制结构中的PI控制过程中增加了一个频率偏差反馈通道，将PI输出的频率偏差作为反馈信号输送回PI控制器的输入端。本发明还提出一种基于虚拟同步阻尼控制的交流微电网暂态稳定性提升方法，交流微电网中的电网跟随转换器的控制器基于d‑q同步旋转坐标系而设计，其中，Park变换及其逆变换的旋转角度θ_pll由三相锁相环控制结构观测微电网的母线端电压所得。能够在不改变锁相环稳态性能的情况下，增加锁相环的等效阻尼，进而降低暂态过程的超调量，提高交流微电网的暂态稳定性。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环及交流微电网暂态稳定性提升方法，属于微电网领域中的暂态稳定控制技术。

背景技术

近年来随着分布式可再生能源的发展，交流微电网技术取得了巨大的突破。不同于传统的由同步发电机主导的电力系统，交流微电网是一种典型的电力电子主导的电力系统，其动态特性发生了巨大的变化。电力电子器件的低惯性和低过载容量给交流微电网的稳定性带来了严重挑战，进而极大地影响了交流微电网的可靠高效地运行。

交流微电网的稳定性可分为小信号稳定性和暂态稳定性。目前小信号稳定性的研究成果已比较丰富，但如果微电网受到较大干扰，乃至于切换控制结构时，小信号稳定性分析将不再适用，需要采用暂态稳定性的分析方法。可是目前的暂态稳定性分析主要集中在单机无穷大母线系统，电网被视为恒压源，其动态特性大幅度简化。然而，对于孤岛状态下的交流微电网，系统电压由电网支撑转换器提供，它们的控制结构将在大扰动下切换。因此系统电压是时变的，不能建模为恒压源；此外，电网跟随转换器也会受到影响，它们之间将形成非常复杂的非线性相互作用。因此，现有的研究成果并不适用于孤岛状态下的交流微电网的稳定性技术分析。

本发明针对此问题，提出一种基于虚拟同步阻尼控制的交流微电网暂态稳定性提升技术，能够在不改变锁相环稳态性能的情况下，增加锁相环的等效阻尼，进而降低暂态过程的超调量，提高交流微电网的暂态稳定性。所述的孤岛交流微电网系统由电网支撑转换器、电网跟随转换器以及负载组成，它们可以通过交流母线连接到一起。在正常状态下，电网支撑转换器相当于电压源，电网跟随转换器相当于功率源，而在故障状态下，两者都相当于电流源。所述的改进结构为：在传统的PLL控制器中，增加了一个频率偏差反馈通道。所述的改进拓扑不会影响现有的控制结构以及锁相环的稳态性能，但在暂态过程中，虚拟同步阻尼控制能够增加系统的等效阻尼，可以增加暂态过程中的额外能量耗散，从而有利于增强交流微电网系统的暂态稳定性。

发明内容

锁相环本质上是一种输出能够跟踪上输入信号相位角的闭环系统，至少包含3个结构，即鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。其中鉴相器检测输入信号与输出信号的相位差，产生对应于该相位差的误差电压信号。环路滤波器滤除误差电压中的高频噪声以增加锁相环系统的稳定性，得到的电压控制信号输入压控振荡器中，使输出信号的频率和相位得到调整，从而逐渐与输入信号同步。传统的电力系统中采用三相锁相环，三相电压变换至同步旋转的直流量U_d、U_q的过程为锁相环中的鉴相器部分，比例积分器(PI控制)则为锁相环中的环路滤波器，积分器则相当于压控振荡器。

本发明旨在提出一种基于虚拟同步阻尼控制的锁相环控制结构，该结构为在传统的锁相环控制结构中的PI控制过程中增加了一个频率偏差反馈通道，将PI输出的频率偏差作为反馈信号输送回PI控制器的输入端，如附图3(b)所示。该改进拓扑不会影响现有的控制结构以及锁相环的稳态性能。