[发明专利]基于动态虚拟电抗的虚拟同步发电机控制方法

摘要

本发明公开了基于动态虚拟电抗的虚拟同步发电机控制方法。本发明在两相旋转坐标系中设计虚拟电抗，将传统的稳态虚拟同步电抗设计为具有高通滤波器形式的动态虚拟同步电抗，利用动态虚拟同步电抗的在低频段表现为小电抗从而不影响虚拟同步发电机的稳态性能，在谐振点处表现为一定值的电抗,从而减小了虚拟同步发电机输出有功功率和无功功率在动态过程中的耦合程度，抑制了虚拟发电机动态过程中的振荡。

主权项

1.一种基于动态虚拟电抗的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、采样虚拟同步发电机的三相输出电流i_a,i_b,i_c，虚拟同步发电机的三相输出电压U_a,U_b,U_c，流过滤波电感的电流i_La,i_Lb,i_Lc，并计算虚拟同步发电机输出的有功功率P_e和无功功率Q_e，所述虚拟同步发电机输出的有功功率P_e和无功功率Q_e的计算式分别为：其中，T_f为一阶低通滤波器的时间常数，s为拉普拉斯算子；步骤2、设定有功功率的参考值P_ref，无功功率的参考值Q_ref；步骤3、根据虚拟同步发电机控制算法，计算得到虚拟同步发电机内电势幅值E，内电势相位θ，所述虚拟同步发电机内电势幅值E，内电势相位θ的计算式分别为：E＝U_ref+(Q_ref‑Q_e)n；其中，U_ref为输出线电压的参考值，n为无功功率的下垂系数，ω_m为虚拟同步发电机输出的角频率，式中，m为有功功率的下垂系数；J为虚拟同步发电机的转动惯量；D为虚拟同步发电机的阻尼系数；ω_ref为角频率的参考值；步骤4、将步骤1采样得到虚拟同步发电机的三相输出电流i_a,i_b,i_c，虚拟同步发电机的三相输出电压U_a,U_b,U_c，流过滤波电感的电流i_La,i_Lb,i_Lc，在步骤3得到的内电势相位θ下做三相静止旋转坐标系到两相旋转坐标系的转换，得到两相旋转坐标系下的虚拟同步发电机的输出电流i_d,i_q，虚拟同步发电机的输出电压U_d,U_q，流过滤波电感的电流i_Ld,i_Lq；所述三相输出电流i_a,i_b,i_c从三相静止旋转坐标系到两相旋转坐标系的转换方程为：所述三相输出电压U_a,U_b,U_c从三相静止旋转坐标系到两相旋转坐标系的转换方程为：所述流过滤波电感的电流i_La,i_Lb,i_Lc从三相静止旋转坐标系到两相旋转坐标系的转换方程为：步骤5、加入动态虚拟电抗X_dv，得到动态虚拟阻抗上的压降U_vd,U_vq，动态虚拟电抗X_dv为高通滤波器的形式，所述动态虚拟电抗X_dv、动态虚拟阻抗上的压降U_vd,U_vq的表达式为：其中A为高通滤波器的放大系数，ω_c为高通滤波器的截止频率；步骤6、根据步骤3得到的虚拟同步发电机的内电势幅值E和步骤5得到的动态虚拟阻抗上的压降U_vd,U_vq，计算得到虚拟同步发电机输出电压的d轴指令值U_dref和q轴指令值U_qref，所述虚拟同步发电机输出电压的d轴指令值U_dref和q轴指令值U_qref的计算式分别为：步骤7、将步骤6中得到的输出电压d轴指令值U_dref和步骤4中得到的输出电压d轴分量U_d，经过d轴电压闭环控制方程，得到滤波电感电流d轴指令值i_Ldref；将步骤6中得到的输出电压的q轴指令值U_qref和步骤4中得到的输出电压的q轴分量U_q，经过q轴电压闭环控制方程，得到滤波电感电流q轴指令值i_Lqref，所述d轴电压闭环控制方程和q轴电压闭环控制方程的表达式分别为：其中，k_vp为电压闭环比例调节器系数,k_vi电压闭环积分调节器系数；步骤8、将步骤7中得到的滤波电感电流d轴指令值i_Ldref和步骤4中得到的滤波电感电流d轴分量i_Ld，经过d轴电流闭环控制方程，得到d轴输出信号U_idi；将步骤7中得到的滤波电感电流q轴指令值i_Lqref和步骤4中得到的滤波电感电流q轴分量i_Lq，经过q轴电流闭环控制方程，得到q轴输出信号U_iqi，所述d轴电流闭环控制方程和q轴电流闭环控制方程的表达式分别为：其中k_ip为电流闭环比例调节器系数；步骤9、将步骤8中得到的dq坐标系下的输出信号U_idi和U_iqi在步骤3得到的内电势相位θ下做两相旋转坐标系到三相静止旋转坐标系的转换，得到逆变器桥臂电压的三相调制波U_mai,U_mbi,U_mci，并经PWM调制后作为IGBT电路的驱动信号；所述两相旋转坐标系到三相静止旋转坐标系的转换的方程为：U_mai＝U_idicosθ+U_iqisinθ