[发明专利]一种基于前馈控制的并联虚拟同步机功率解耦方法

说明书

本发明为一种基于前馈控制的并联虚拟同步机功率解耦方法。该方法通过在有功‑频率环节，无功‑电压环节增加前馈控制，并设计J,D参数，调节励磁系数ksubgt;f/subgt;来调整模型根位，结合动态虚拟复阻抗控制方法，实现并联虚拟同步机功率解耦，运用保持滤波器优化系统惯性，运用自适应偏差调节器调节频率偏差，提高了系统的响应速度和稳定性，实现了运行条件变化时频率和功率的动态调节。

技术领域：

本发明专利属于虚拟同步发电机控制领域，主要涉及了一种新的并联虚拟同步机功率解耦方案。

背景技术：

新能源技术不断向前发展，分布式电源逐渐融入到电力系统中。虚拟同步机技术成为近些年来研究热点，虚拟同步机并网有功功率和无功功率在中低压线路呈现阻感特性时的存在很强的耦合，影响电能质量和系统稳定。

文献《SHINTAI T,MIURA Y,ISE T.Oscillation damping of a distributedgenerator using a virtual synchronous generator[J]》没有从根本上解除有功功率和无功功率控制环之间的耦合，由功率耦合本身引起的稳态误差和稳定裕度降低等问题依然存在。

虚拟同步电机控制技术可以分为有功功率环路和无功功率环路两个控制环路，通常情况下有功环路和无功环路的控制是相互耦合的，而由于有功和无功之间的耦合会导致如下问题：(1)在并网模式下，由于有功功率P和无功功率Q之间的严重耦合会降低功率控制的特性，功率设定值在动态变动的时候会造成耦合功率出现动态的耦合超调，当功率设定值达到稳态的时候会使得耦合功率出现稳态误差；(2)在孤岛模式下，由于不匹配的系统阻抗会导致多台并联运行逆变器的无功功率分配变得复杂；(3)在孤岛和并网模式下系统稳定裕度会变低，当出现参摄摄动的时候可能会使得系统出现不稳定现象。因此由于虚拟同步电机的功率耦合问题对并网逆变器的控制性能造成了严重的影响，对其进行解耦研究就很有要。

VSG经阻感性线路并网时，耦合现象尤其严重。针对功率解耦许多学者做了大量的有价值的研究工作，可以分为基于虚拟阻抗的策略、基于虚拟功率的策略以及基于虚拟频率/电压的策略三类。些方法虽然能够很好地消除较大的线路阻抗比对功率耦合的影响，但依赖“功角近似为零”的假设才能实现近似解耦方法。

传统虚拟同步发电机的无功功率分配与传输阻抗有关，影响无功功率分配精度，同时由于虚拟同步控制策略参数差异以及主电路器件非线性，导致虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)输出电压的幅值和相位不能完全一致，在并联瞬间极易产生电流冲击。采用虚拟阻抗技术可以改变系统的等效输出阻抗，引入虚拟阻抗使得逆变器的输出阻抗为纯阻性，改善了功率均分效果，但系统的等效输出阻抗会加大，从而减小输出电压，使得电能质量下降。

文献《万晓凤,詹子录,丁小华,郗瑞霞,王胜利.基于虚拟同步发电机的多逆变器并联改进控制策略[J].电机与控制学报,2020,24(02):118-127.》。该策略主要分为电压负反馈和积分环节、虚拟复阻抗控制模块、预同步单元等3个步骤，即首先在无功功率环中引入负载电压负反馈和积分环节，减小负载电压波动和实现无功功率与传输阻抗的解耦，提高无功功率分配精度。然后引入虚拟复阻抗，降低VSG输出电压跌落，改善电能质量。最后进行了预同步单元的设计，减小并联瞬间电流冲击，加快动态响应。该策略涉及的装置的主要组成为直流电源、逆变器、电感电容、PQ计算、VSG控制模型、UI双闭环、SPWM；解耦中，由于未将MPPT点电压与储能电容两端电压进行比较，没有保持滤波器以及频率偏差自适应调节器无法对系统响应性稳定性的频率支持进行支撑。所以，需要一种可以根据调节控制器参数和动态虚拟复阻抗相结合的方法，调节励磁系数k_f来调整模型根位来使系统处于稳定状态，设计最佳的J,D并增加动态虚拟复阻抗，在有功-频率环节、无功-电压环节设定前馈控制并在功-频环节增加自适应偏差调节器以及保持滤波器进行惯性优化，提供了响应性和稳定性的频率支持，完成并联VSG功率解耦。

发明内容：