[发明专利]一种虚拟同步机的功率解耦控制方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种虚拟同步机的功率解耦控制方法、装置及系统，属于新能源发电技术领域，包括：在虚拟同步机的输出端至并网点间的线路上引入虚拟阻抗后，计算计及虚拟阻抗的虚拟输出电压参考值V_c′和虚拟功角θ′；从虚拟输出电压参考值V_c′中减去虚拟阻抗所引起的d轴压降Δv_{zv_d}，得到d轴电压参考值并设置q轴电压参考值为对d、q轴电压参考值和进行电压电流双环控制，得到d、q轴调制电压矢量V_d^*和V_q^*；根据虚拟功角θ′对d轴调制电压矢量V_d^*和q轴调制电压矢量V_q^*进行空间矢量脉宽调制，得到用于控制并网逆变器中开关器件的开关信号，并输入至并网逆变器，实现功率解耦控制。本发明能够实现不同线路阻抗特性工况下的功率解耦控制，提高系统稳定性。

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，更具体地，涉及一种虚拟同步机的功率解耦控制方法、装置及系统。

背景技术

随着新能源在电网中渗透率的不断提高，高比例电力电子化装备可能带来低惯量问题，进一步威胁电力系统的安全性和可靠性。因此，虚拟同步机(Virtual SynchronousGenerator，VSG)控制凭借可以模仿同步发电机的惯性、阻尼特性，受到广泛关注。但是，该控制方法由于自身控制结构原因，存在固有的功率耦合问题，即有功控制环与无功控制环之间的相互作用。这种耦合作用不仅会影响VSG自身的动态性能，还会恶化多机间的功率均分，引发更多系统稳定性问题。

目前解决功率耦合问题广泛应用的是基于虚拟阻抗的解耦法。传统的虚拟阻抗法主要使得等效输出阻抗呈感性，有利于保留与传统同步机类似的P-f，Q-V解耦特性，比如采用虚拟电感、虚拟负阻抗来抵消系统阻抗中的阻性成分。但以上研究仅关注了线路阻抗角带来的耦合影响，而在实际应用场景中，功角的变化也会对功率耦合产生重要影响。

基于此，有一些改进的虚拟阻抗法的研究工作，例如：文献[1]提出采用自适应虚拟阻抗来实现功率解耦，利用变化的虚拟阻抗来实时补偿功角带来的影响。文献[2]提出利用虚拟阻抗实现阻抗角解耦,再叠加电流前馈补偿方法来实现功角解耦，但该方法依赖于实时准确的频率来设计相关参数。文献[3]揭示功率耦合问题可以用d、q轴电流表征，并首次提出将虚拟阻抗引入到功率环中来改进无功环，实现电压静差的补偿。文献[4]揭示虚拟电感可以解耦的本质原因源于电压补偿，并提出了一种基于q轴压降的功率解耦控制方法(QVPDC)来进一步降低功率耦合。

相关文献的索引信息如下：

[1]屈子森,蔡云旖,杨欢,董宁波,赵荣祥,韩俊飞.基于自适应虚拟阻抗的虚拟同步机功率解耦控制策略[J].电力系统自动化,2018,42(17):58-66.

[2]李明烜,王跃,徐宁一,周晖,雷万钧.松弛小功角约束条件的虚拟同步发电机功率解耦策略[J].电力系统自动化,2018,42(9):59-68.

[3]李旭枫,陆立民,成乐祥,王建华,吕志鹏,李文兵,等.基于自适应虚拟阻抗改进无功环路的虚拟同步功率解耦控制策略[J].电网技术,2019,43(10):3752-3760.

[4]T.Wen,D.Zhu,X.Zou,B.Jiang,L.Peng,Y.Kang.Power Coupling MechanismAnalysis and Improved Decoupling Control for Virtual Synchronous Generator[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2021,36(3):3028-3041.