[发明专利]一种虚拟同步发电机参数设计方法

权利要求书

1.一种虚拟同步发电机参数设计方法，其特征在于，主要步骤如下：

步骤1，先计算虚拟同步发电机数字控制系统的采样、调制、加载过程中产生的总延时时间t_d，然后求出虚拟同步发电机LC滤波器的桥臂侧电感L₁；

总延时时间t_d的计算式为：

t_d＝λT_s

桥臂侧电感L₁的计算式为：

其中，λ为延时时间系数，T_s为虚拟同步发电机电流采样时间，U_dc为虚拟同步发电机直流侧电压，k_sw为光伏逆变器PWM调制电流纹波系数，为桥臂侧电感电流纹波的最大值，T_sw为虚拟同步发电机开关管的开关周期；

步骤2，给出虚拟同步发电机电流控制环的开环传递函数G(s)的表达式；

开环传递函数G(s)的表达式为：

其中，G_c为电流环控制方程，K_pwm为调制系数，e为自然指数，s为拉普拉斯算子，G₁为桥臂输出电压到电流控制变量的传递函数；

步骤3，根据步骤2中给出的电流控制环开环传递函数G(s)得到其相位的表达式；

其中,为电流环控制方程G_c的相位角，ω为角频率，为G₁的相位角；

步骤4，根据步骤1中得到的延时时间t_d，系统相位稳定裕度φ_m，以及步骤3中电流控制环开环传递函数G(s)的相位给出基于稳定裕度的谐振频率稳定域范围；

其中，k为自然数，π为圆周率,f₁为桥臂侧电感L₁、滤波电容C的谐振频率；f_s为虚拟同步发电机采样频率；

步骤5，给定期望的控制环控制带宽f_b，并与步骤4中的谐振频率稳定域范围进行比较，取与控制带宽f_b最近的一个谐振频率稳定域范围对应的自然数k设为并网逆变器谐振频率稳定域选择系数k_r，谐振频率稳定域范围与控制带宽f_b的差值最小时视为最近，若

利用加权几何平均值计算方法求得谐振频率f₁的取值：

其中，k₁为电压双环控制带宽的权重系数，k₂为开关频率的权重系数，开方次数K＝k₁+k₂，

若

利用加权几何平均值计算方法求得谐振频率f₁的取值：

其中，

步骤6，根据步骤5中得到的谐振频率f₁，以及步骤1中得到桥臂侧电感L₁联立方程组求得滤波电容C：

步骤7，给出虚拟同步发电机功率控制环的控制表达式：

θ＝∫ωdt

U^*＝U₀+n(Q₀-Q)

其中，ω₀为给定虚拟同步发电机有功功率指令P₀时的额定角频率，m为功角控制下垂系数，P为虚拟同步发电机平均有功功率，J为模拟同步发电机的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子，D₁为虚拟同步发电机频率对应的阻尼系数，D₂为电网频率对应的阻尼系数，ω为虚拟同步发电机的角频率，对ω积分得到虚拟同步发电机的矢量角θ，U₀为给定虚拟同步发电机无功功率指令Q₀时的额定输出电容电压，n为无功-电压下垂系数，Q为虚拟同步发电机平均无功功率，U^*为虚拟同步发电机端电压，ω_g为虚拟同步发电机并网点角频率；

步骤8,根据虚拟同步发电机的额定有功功率P_N和额定无功功率Q_N，以及变换器允许的频率波动范围Δω和电压波动范围ΔU计算可得功角控制下垂系数m和无功-电压下垂系数n为：

步骤9，根据步骤7计算有功功率外环的闭环传递函数为

其中，为功角传递函数，E为电网相电压有效值，X为虚拟同步发电机每相等效输出阻抗；

根据功率环的阻尼比ζ和振荡频率ω_n，计算转动惯量J和阻尼系数D₁、D₂为

其中，k_d为阻尼系数比；

步骤10，虚拟同步发电机直流侧储能电容容量C_dc计算公式为

其中，P_N为虚拟同步发电机额定有功功率，T_hold为逆变器需要保持的时间，η为逆变器效率，U_{dc_max},U_{dc_min}为逆变器直流侧电压容许的最大值和最小值。