[发明专利]基于虚拟同步发电机的最优虚拟惯性控制方法

摘要

本发明公开了分布式发电控制领域中的一种基于虚拟同步发电机的最优虚拟惯性控制方法。该方法对微网逆变器采用虚拟同步发电机的控制策略，将虚拟同步发电机中的下垂系数m、虚拟惯性J和虚拟阻尼D三个控制自由度有机结合起来，实现虚拟同步发电机关键参数的优化配置。该方法既能够充分体现传统同步发电机的惯性优势，又能兼顾逆变器的稳定性和固有的动态性能；同时能够在考虑储能装置功率和容量配置的基础上解决因虚拟惯性引入而带来的输出功率和频率振荡问题，有效提高了微电网运行的稳定性和经济性。

主权项

一种基于虚拟同步发电机的最优虚拟惯性控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，采集一个开关周期内的电网电压ea、eb、ec，微网逆变器的输出电容电压uoa、uob、uoc，桥臂侧电感电流iLa、iLb、iLc和输出电流ioa、iob、ioc，经过同步旋转坐标变换得到微网逆变器的输出电容电压的dq分量uod、uoq，桥臂侧电感电流的dq分量iLd、iLq和输出电流的dq分量iod、ioq；步骤2，根据步骤1中得到的电网电压ea、eb、ec，经过锁相环得到电网角频率ωg；步骤3，根据步骤1中得到的输出电容电压的dq分量uod、uoq和输出电流的dq分量iod、ioq，经过功率计算模块得到有功功率P和无功功率Q；步骤4，根据步骤3中得到的有功功率P、微网逆变器给定的有功功率指令Pref、微网逆变器给定的角频率指令ωref及最优虚拟惯性模块计算得到的最优虚拟惯性J和虚拟阻尼D，经过有功‑频率控制模块得到微网逆变器角频率ωm，对该角频率ωm积分得到虚拟同步机的矢量角θ*；所述最优虚拟惯性模块包括角频率偏差Δωm的计算、微网逆变器输出角频率变化率的计算、最优虚拟惯性J和虚拟阻尼D的计算；所述的有功‑频率控制模块包括虚拟同步发电机调速器方程和虚拟同步发电机转子运动方程；1)所述角频率偏差Δωm的计算公式为：Δωm＝ωm0‑ωg0，其中，ωm0为上一开关周期微网逆变器输出角频率；ωg0为上一开关周期电网角频率；2)所述微网逆变器输出角频率变化率的计算公式为：其中Δt为开关周期；3)所述最优虚拟惯性J的计算采用线性二次型最优控制策略，线性二次型最优控制策略包括线性二次型性能指标I的确定和加权矩阵的确定；线性二次型性能指标I的表达式为：其中，ΔP为有功功率的变化量，H和R为加权矩阵；设加权矩阵H＝1，R＝m2，并令线性二次型性能指标I取极小值，对应的最优虚拟惯性其中的U为逆变器输出相电压有效值，E为电网相电压有效值，X为逆变器的等效输出阻抗；4)所述的虚拟阻尼D的计算公式为：其中，U为逆变器输出相电压有效值，E为电网相电压有效值，X为逆变器的等效输出阻抗；5)所述虚拟同步发电机调速器方程为：其中，m为有功‑频率下垂系数，Pm为机械功率；6)所述虚拟同步发电机转子运动方程为：步骤5，根据步骤3中得到的无功功率Q和微网逆变器给定的无功功率指令Qref、微网逆变器给定的电压指令Uref，经过无功‑电压控制模块得到虚拟同步机的端电压U*；步骤6，根据步骤5中得到的端电压U*和步骤1中得到的输出电容电压的dq分量uod、uoq，通过电压控制器得到电容电流指令信号再根据电容电流指令信号和步骤1中的桥臂侧电感电流的dq分量iLd、iLq和输出电流的dq分量iod、ioq，通过电流控制器得到控制信号ud、uq；步骤7，根据步骤6中的控制信号ud、uq和步骤4中得到的矢量角θ*，经过同步旋转坐标反变换得到调制波信号ua、ub、uc，再根据空间矢量脉宽调制算法，生成PWM控制信号驱动逆变桥开关管Sk，k＝1,2,3…6。