[发明专利]一种基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法

摘要

本发明基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法，步骤包括：1)采集三相全桥逆变器的输出电流、输出电压以及电网电压，转换为数字量；2)实现无功调压控制输出虚拟同步机励磁，并计算输出电压幅值、电网电压幅值；3)计算系统的有功功率，无功功率以及励磁电动势；4)实现速度反馈控制，计算速度反馈系数初值；5)实现有功调频控制，输出虚拟同步角速度和相位，并计算转速差以及虚拟同步机角加速度；6)设定虚拟转动惯量与速度反馈系数自适应调节规则；7)CLARK变换，得到α‑β静止坐标系下的电压量；8)进行空间矢量调制，得到驱动三相全桥逆变器的六路控制开关脉冲，实现三相交流电流回馈电网。

主权项

1.一种基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、通过电流传感器及电压传感器，分别采集三相全桥逆变器的输出电流、输出电压以及电网电压，通过转换电路将模拟信号转换为对应的输出电流数字量ia、ib和ic，输出电压数字量uoa、uob和uoc，以及电网电压数字量uga、ugb和ugc；步骤2、实现无功调压控制输出虚拟同步机励磁Mfif，并计算输出电压幅值uo、电网电压幅值ug，利用步骤1得到的逆变器输出电压三相信号u_oa、u_ob、u_oc和电网电压三相信号u_ga、u_gb、u_gc，经过幅值检测环节得到逆变器输出电压幅值u_o和电网电压幅值u_g，如式(1)、式(2)所示，两者做差后乘以无功下垂系数D_q，得到电压波动对应的无功功率调节量ΔQ_v，与给定无功功率Q_m减去实际无功功率Q_e的差相加，得到总无功功率的变化量ΔQ，经过增益环节后进行积分，得到虚拟同步机励磁M_fi_f，如式(3)所示；其中，Dq为电压下垂系数，K为积分增益；步骤3、计算系统的有功功率Pe，无功功率Qe以及励磁电动势e，利用步骤1得到的逆变器输出电流信号ia、ib、ic，步骤2得到的Mfif，根据式(4)得到系统的有功功率Pe，无功功率Qe以及励磁电动势e：式(4)中，ω和θ分别是有功调频控制环的输出信号虚拟角速度及相位，励磁电动势e＝[e_a e_b e_c]^T；三相定子电流i＝[i_a i_b i_c]^T；此处的T表示向量转置运算；步骤4、实现速度反馈控制，计算速度反馈系数初值Kt0，给定机械功率Pm减去步骤3得到的有功功率Pe，得到误差信号ΔP；误差信号ΔP减去虚拟同步机电磁功率Pe经过微分环节Kts的输出，作为有功调频控制环的控制量P′m，如式(5)，其中Kt由式(6)给出；其中，ζ为系统阻尼比，J为系统虚拟转动惯量，D_p为有功频率调节下垂系数，ω₀为系统频率期望值；有功功角传递函数Z为系统阻抗，U_g为电网相电压有效值，E为稳态时的励磁电压，这几个变量数值按照式(7)计算得到：其中，X为系统阻抗的电感，R为系统阻抗的电阻；L1是逆变器侧的滤波电感，Lline是电网侧线路电感；R1是L1的寄生电阻，Rline是Lline的寄生电阻；α为系统阻抗角，δ为系统功角；步骤5、实现有功调频控制，输出虚拟同步角速度ω和相位θ，并计算转速差Δω以及虚拟同步机角加速度采用式(8)得到虚拟同步机角加速度然后，对虚拟同步机角加速度进行积分得到虚拟同步机角速度ω；再对虚拟同步机角速度ω进行积分，得到虚拟同步机的相位θ；其中，阻尼转矩Td为阻尼下垂系数Dp乘以虚拟同步机角速度ω和电网额定角频率ω0的转速差Δω；由步骤4得到的P′m除以ω0的商，再减去阻尼转矩Td得到转矩变化量ΔT；步骤6、根据步骤5得到的转速差Δω以及虚拟同步机角加速度设定虚拟转动惯量J与速度反馈系数K_t自适应调节规则；步骤7、利用步骤3中得到励磁电动势e，按照式(11)进行CLARK变换，得到α‑β静止坐标系下的电压量eα和eβ，即：步骤8、以步骤7得到的电压量eα和eβ为输入，进行空间矢量调制，得到驱动三相全桥逆变器的六路控制开关脉冲，实现三相交流电流回馈电网。