[发明专利]一种基于虚拟同步发电机改进功率分配策略的逆变器系统

权利要求书

1.一种基于虚拟同步发电机改进功率分配策略的逆变器系统，包括由直流电压源、三相桥式逆变电路、LCL滤波器、公共电网、负荷及控制驱动电路构成的由虚拟同步发电机控制的并网逆变器系统，其特征在于，逆变器系统由有功调节器、励磁调节器、VSG算法模块和电压电流双闭环控制模块组成；所述有功调节器用于模拟同步发电机的一次调频特性，采用有功-频率下垂(P-f)控制，以得到逆变器的输入机械功率给定值；励磁调节器用于模拟同步发电机的一次调压特性，采用无功-电压微分项下垂控制，表示电压幅值V随时间的变化率，通过调节电压幅值V，以减小无功功率分配对逆变器等效输出阻抗的依赖，提高无功分配精度；

所述励磁调节器用于模拟同步发电机的一次调压特性，采用无功-电压微分项下垂控制，具体为：

将给定电压幅值随时间的变化率与实际逆变器的电压幅值随时间的变化率作差比较，然后将该差值与含微分项的系数1/k_qs相乘，再与无功功率参考值Q_ref相加后得到逆变器无功功率给定值Q^*；逆变器无功功率给定值Q^*再与逆变器实际无功功率Q_e作差比较后与无功-电压微分项下垂系数k_i相乘，得到逆变器电压幅值随时间变化率的变化量；该变化量再与电压幅值随时间的变化率给定值相加后得到逆变器的电压幅值随时间变化率的实际值将实际值经一阶微分环节1/s后得到逆变器实际输出电压幅值U_o；利用公共连接点处的电压参考值U_pcc*减去由逆变器输出电流i_o流经电网阻抗R_g+L_g引入的电压降的有效值RMS，再将该差值与系数k_v相乘后叠加到先前得到的逆变器实际输出电压幅值U_o，最后逆变器实际输出电压幅值U_o再与逆变器空载输出电势E₀相加后逆变器的电势E；

VSG算法模块采用二阶暂态模型，用于模拟同步发电机的旋转转子特性，VSG算法模块基于带通滤波器得到阻尼功率，分别引入一个低频截止频率和一个高频截止频率，在低频段，带通滤波器的阻尼系数接近于零，表明稳态时阻尼功率为零且不影响下垂控制；在中频段，带通滤波器的阻尼特性消除了阻尼功率对下垂系数的影响，表明动态时产生阻尼功率以抑制虚拟逆变器的功率波动；具体为：将由有功调节器得到的逆变器输入机械功率给定值P_m与电磁功率P_e作差比较后，再减去基于带通滤波器f_d(s)得到的阻尼功率P_d；得到的值经过惯性时间常数1/J和一阶微分环节1/s后得到逆变器角频率的变化量；该变化量再与逆变器额定角频率w₀相加后得到逆变器实际输出角频率w；该角频率再经一阶微分环节1/s后得到逆变器输出功角θ；其表达式为P_d＝f_d(s)*(w-w₀)，f_d(s)＝Ds/(1+T_ls)(1+T_hs)；f_d(s)为带通滤波器阻尼系数，w为实际输出角频率，w₀为额定角频率，D为恒定阻尼系数；

电压电流双闭环控制模块用于调节逆变器的输出电压和电流，通过将LCL滤波器滤波得到的三相电压和电流作为采样信号，送至逆变器的控制外环，得到三相定子电压，作为该电压电流双闭环控制模块的电压参考值，电压环根据所述电压参考值调节逆变器的输出电压同时生成后级电流环的电流参考值，其后的电流控制器以及相应的PWM生成模块共同调制得到触发脉冲，以驱动三相桥式逆变电路各开关管的开通与关断。