[发明专利]电网电压不平衡时基于虚拟同步发电机的多目标优化控制方法

权利要求书

1.一种电网电压不平衡时基于虚拟同步发电机的多目标优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用平衡电流VSG控制得到dq坐标系下的基准正、负序电流指令值；

(2)基准正、负序电流指令值再结合电网电压不平衡参数，得到实现电流三相平衡、有功功率或无功功率无波动三个单一控制目标下，并网逆变器dq坐标系下正、负序电流指令值，进而得到各单一目标下的正、负序输出电流指令修正值；

(3)引入优化系数，对各单一目标下的正、负序输出电流指令修正值参数进行统一，进一步得到可实现多目标优化的正、负序输出电流指令修正值；

(4)使用多目标优化的正、负序输出电流指令修正值分别对并网逆变器dq坐标系下基准正、负序电流指令值进行修正，得到dq坐标下修正后的正、负序电流指令值；

(5)分别对dq坐标下修正后的正、负序电流进行跟踪，通过调节优化系数，实现了输出电流三相平衡，输出有功或无功功率恒定的多目标控制，通过调节优化系数，进而实现控制并网逆变器输出性能最优；

所述的步骤(1)为：

(1-1)基于不平衡电网电压下，并网逆变器输出瞬时复功率可表示为：

式中，上标“^”表示共轭，上标“+”表示正序分量，上标“-”表示负序分量，下标“dqp”表示正向同步旋转dq坐标分量，下标“dqn”表示反向同步旋转dq坐标分量，E_αβ为αβ坐标下电网电压矢量，I_αβ为αβ坐标下输出电流矢量，为正向同步旋转dq坐标系下正序电网电压矢量，为反向同步旋转dq坐标系下负序电网电压矢量，为正向同步旋转dq坐标系下正序输出电流矢量，反向同步旋转dq坐标系下负序输出电流矢量；

(1-2)根据式(1)瞬时有功、无功功率分别表示为：

式中，P₀、Q₀为有功及无功功率平均值，P_cos2、Q_cos2为按余弦分布功率波动的最大值，P_sin2、Q_sin2为按正弦分布功率波动的最大值；

(1-3)式(2)中的P₀、Q₀、P_cos2、Q_cos2、P_sin2、Q_sin2的值表示为：

式中，e、i分别为电网电压矢量E和电流矢量I的瞬时值；

(1-4)输出电流三相平衡时，通过式(2)、(3)得到dq坐标系下的基准正、负序电流指令值为：

式中，下标“dp”表示正向同步旋转d轴分量，下标“qp”表示正向同步旋转q坐标分量，下标“dn”表示反向同步旋转d轴分量，下标“qn”表示反向同步旋转q坐标分量；

所述的步骤(2)为：

(2-1)平衡电流VSG控制中，利用功率给定值通过有功-频率、无功-电压控制，得到逆变器侧输出电压幅值U和相位角θ，再结合电网电压正序分量、线路总电感内阻及总电感计算得到正序电流指令值，由于电流平衡时，负序电流分量为零，所以正、负序电流指令值等价于式(4)中的正、负序电流参考值，为：

式中，下标“dp”表示正向同步旋转d轴分量，下标“qp”表示正向同步旋转q坐标分量，下标“dn”表示反向同步旋转d轴分量，下标“qn”表示反向同步旋转q坐标分量；

(2-2)消除有功功率波动时，基准正序电流指令值结合不平衡参数得到正、负序电流指令值为：

式中：k_qd、k_dd为电网电压不平衡参数，

(2-3)消除无功功率波动时，基准正序电流指令值结合不平衡参数得到正、负序电流指令值为：

式中：k_qd、k_dd为电网电压不平衡参数，

(2-4)因平衡电流目标下无需对平衡电流VSG的电流指令值进行修正，所以，正、负序输出电流指令修正值为：

(2-5)通过对比式(5)与式(6)，可得在电网不平衡参数固定时，有功功率恒定的电流正、负序指令值与平衡电流VSG的电流指令值之间存在固定关系，正、负序输出电流指令修正值为：

式中：上标“～”表示电流分量修正值，为平衡电流VSG控制得到的正序电流指令值，

(2-6)同理，利用式(5)与式(7)，可得无功功率恒定时，正、负序输出电流指令修正值为：

其中：上标“～”表示电流分量修正值，为平衡电流VSG控制得到的正序电流指令值，

所述的步骤(3)为；

(3-1)通过比较式(8)、式(9)与式(10)发现，在实现不同控制目标时，正序、负序电流指令修正值存在统一的形式为：

式中，λ为优化系数，λ∈[-1,1]；当λ＝1时，可以实现抑制输出瞬时有功功率二倍电网频率波动控制目标，当λ＝-1时，可以实现抑制输出瞬时无功功率两倍电网频率波动，当λ＝0时，可实现输出电流三相平衡；同时，当λ∈(0,1)时，可以协同抑制瞬时有功功率及三相电流平衡；当λ∈(-1,0)时，可以协同抑制瞬时无功功率及三相电流平衡；

所述的步骤(5)为：

(5-1)平衡电流VSG控制中，调节优化系数λ＝0，需对电流正、负序分量指令值分别进行跟踪，将正负序电流指令分别送入正、负序前馈解耦PI控制环，得到dq坐标下的正负序电压调制信号，再将其转换为abc坐标下的电压调制信号，经过正弦脉宽调制后驱动开关管通断，从而得到对应的逆变器侧输出三相电压，实现逆变器输出电流平衡；

(5-2)有功功率恒定VSG控制中，调节优化系数λ＝1，通过对修正后的电流指令值进行跟踪，即可实现有功功率恒定的控制目标；

(5-3)无功功率恒定VSG控制中，调节优化系数λ＝-1，通过对修正后的电流指令值进行跟踪，即可实现无功功率恒定的控制目标；

(5-4)调节优化系数λ∈(0,1)时，可以协同抑制瞬时有功功率波动及平衡三相电流；

(5-5)调节优化系数λ∈(-1,0)时，可以协同抑制瞬时无功功率波动及平衡三相电流。