[发明专利]虚拟同步机的输出电流控制方法及装置

说明书

本申请公开一种虚拟同步机应对电网电压不平衡的输出电流控制方法及装置，所述方法包括：提取虚拟同步机并网点电压中的负序电压分量、并对该负序电压分量进行相位补偿，得到负序电压作用量1；将所述负序电压作用量1与目标坐标系下的基本电压作用量进行叠加，得到最终电压作用量；对所述最终电压作用量进行调制，以生成虚拟同步机控制所需的驱动信号。本申请在不增加系统成本基础上，通过提取虚拟同步机并网点电压的负序分量并作相位补偿，然后叠加到基本电压作用量中，可以使其在电网电压不平衡时保持输出电流平衡，减少其在电网电压跌落时的过流风险，提升其适应不平衡电网电压的运行能力。

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种虚拟同步机应对电网电压不平衡的输出电流控制方法及装置。

背景技术

传统的新能源并网机组大多工作在跟随电网运行的受控电流源CSC模式，并不主动参与电网的频率调节。已有的研究结果表明，CSC运行模式会导致电网惯性下降，这在高渗透率的新能源并网背景下，给电力系统的安全运行带来了严峻的挑战。

只有电网安全稳定，清洁能源才能提升其自身的生存能力。在新能源发电大规模接入的情景下，以往“只管发电，不管电网”的控制思路将越来越难以满足电力系统稳定运行要求。具备一定的电网电压幅值和频率支撑能力，依托灵活可控的电力电子技术，增强服务电网的能力，共同为维护当前电网安全稳定出力也是新的并网导则对未来新能源发电的要求。在此背景下，VSG(Virtual Synchronous Generator，虚拟同步机)技术应运而生，并成为了业界研究和关注的热点。新能源发电机组采用虚拟同步机技术可使其按照同步机的运行机制，自主地参与电网的运行和管理，在电网电压/频率、有功/无功异常情况下做出相应的响应，以应对电网的运行暂态和动态稳定问题，抵御外部扰动带来的干扰。其有益效果部分已在研究中已经得到了初步的证实。

然而，目前VSG技术的关注点主要集中在如何实现同步发电机外特性的模拟和虚拟同步机并网稳定性方面，对于电网电压不平衡和电网电压含背景谐波这种常见工况带来的影响提及得偏少，应对策略也相对欠缺。采用VSG运行模式的新能源机组在遇到电网电压跌落故障时，虽然将其切换回CSC运行模式可以应对机组过流，但却也会使机组丧失VSG运行特性，而且在两种运行模式之间切换也存在运行失稳或过流的风险。

当电网电压出现不平衡时，VSG的输出功率会出现2倍电网基波频率(以下简称2倍基频)的脉动，且脉动幅度会随着电网不平衡度和机组发电功率的增加而增大。2倍基频的脉动会通过功率调节环路反映到VSG的调制波幅值中，使调制波发生畸变，最终导致VSG的输出电压和电流畸变。现有的VSG控制方案要抑制反馈功率中的脉动量对输出电压的影响，必须将有功环和无功环的带宽取得足够低【文献“吴恒、阮新波、钟庆昌，等.虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计[J].中国电机工程学报，2015，35(24)：6508-6518.”】。这样一来，VSG调频环节设计的灵活度及调频动态响应能力就会受到限制。除了输出电压和电流畸变的问题，在不对输出电流做闭环控制时，电网电压不平衡还会引入负序电流，给VSG带来过流的风险和挑战。在有功调频和无功调压控制环路的调节器上分别并联1个中心频率为2倍基频谐振控制器【文献“Sara Yazdani，Mehdi Ferdowsi，Masoud Davari，et al.“Advanced Current-Limiting and Power-Sharing Control in a PV-Based Grid-Forming Inverter Under Unbalanced Grid Conditions,”IEEE Transactions on PowerElectronics,vol.8,no.2,pp.1084–1096,June.2020.”】，虽有助于抑制负序电流，减少VSG的过流风险。然而，该方法的有功调频环路和无功功率控制器路的谐振调节器输出分别叠加到了VSG的频率指令和输出电压指令上，两个功率控制环路谐振调节器输出幅度及相位的不匹配必然会带来负序电流抑制和电流畸变的矛盾。

发明内容