[发明专利]考虑虚拟同步机功角影响的阻抗自适应功率解耦控制方法

说明书

本发明涉及分布式发电领域，旨在提供一种考虑虚拟同步机功角影响的阻抗自适应功率解耦控制方法。包括：利用虚拟同步机的输出有功功率估算功角的波动量Δδ，再计算虚拟阻抗的虚拟电阻值R_v和虚拟感抗值X_v；然后将虚拟阻抗值R_v和L_v加入到逆变器电压控制环，以得到的电压给定值E_O^*作为内环电压控制环的给定信号，最后以内环控制的输出信号作为逆变器的控制信号，而其中内环为电压和电流的双闭环控制。本发明考虑到导致功角的增大所造成的功率耦合问题，在输出功角波动时自主改变虚拟阻抗值大小，实现虚拟同步机的功率解耦。能解除功角即有功功率环路对于无功功率控制环路的影响，具有稳定、精确、优良的控制效果。

技术领域

本发明涉及考虑虚拟同步机功角影响的阻抗自适应功率解耦控制方法，属电气工程、分布式发电领域。

背景技术

步入新世纪后，全球能源紧缺及环境问题愈发严重，在这种背景下，光伏、风能等可再生能源得到广泛的研究与发展。然而，随着分布式能源渗透率的日趋上升，电力系统中同步发电机的装机比例相对下降，更为严重的是大量电力电子变流器的使用使得系统缺少足够的惯性和阻尼，电力系统的稳定性受到挑战，由此，虚拟同步机技术应运而生。

分布式电源的控制当中，用以模拟电网中同步发电机P-f和Q-U特性曲线的下垂控制策略最为常见，但下垂控制策略没有考虑发电机转子所具有的惯量特征，暂态响应速度过快，不能为维持电网稳定提供足够的保障。虚拟同步机的核心是通过模拟同步电机转子方程为系统提供惯量及阻尼支撑，并辅以无功-电压控制，从而使得分布式电源具有良好的频率与电压支撑与调节作用。所以从分布式电源友好特性的角度来讲，微网中以虚拟同步机控制替代下垂控制更具优势，众多专家学者也做出了诸多相关研究。但无论是虚拟同步机控制技术还是下垂控制技术都会遇到功率耦合问题，通常在分析过程中会假设变流器输出电压至并网点电压之间的输电线路的等效阻抗为纯感性或纯阻性。然而在实际当中，微网线路为阻感性，阻性成分与感性成分俱不可忽略，从而引起了有功功率与无功功率的耦合，影响了控制性能。

为实现分布式电源有功功率和无功功率的独立控制，现有的控制方式有通过引入与线路阻抗相关的变换矩阵，实现虚拟功率控制策略，其本质是控制回路功率耦合的消除，而实际的有功功率和无功功率仍然存在耦合。受启发于虚拟功率控制，可以凭借变换矩阵引入了虚拟频率与虚拟电压以实现功率解耦。功率解耦控制的另一种主流方法是虚拟阻抗技术，通过虚拟电感、虚拟电阻、虚拟负阻抗等方式改变系统阻抗的阻感比例，达到解耦的目的。

但是包含上述在内的研究大都忽略了功角(即分布式电源输出电压与并网点电压间的夹角)对功率耦合所带来的影响，鲜有文献讨论功角对于功率耦合的影响。虚拟同步机拥有频率自调节能力，在逆变器给定功率增加，或者当虚拟同步机接入的电网出现频率下降，虚拟同步机输出频率将以与虚拟转子惯量的有关的时间常数作出响应，功角也随之被拉大，进而会造成功角增大，对无功功率产生耦合影响，且随着功角的加大，功率耦合情况愈发严重。

发明内容

本发明的目的在于克服虚拟同步机并网时功角会导致有功功率对无功功率产生耦合影响的缺陷，提出一种考虑虚拟同步机功角影响的阻抗自适应功率解耦控制方法。

为解决上述问题，本发明的具体技术方案是：

提供一种考虑虚拟同步机功角影响的阻抗自适应功率解耦控制方法，在分布式电源的三相逆变电路中，直流侧由清洁能源或储能装置并联电容构成，交流侧后接滤波器，并通过线路接入电网；定义逆变器输出电压E与电网电压U之间的夹角为功角δ，通过实时调节虚拟阻抗值补偿功角对无功功率控制环路的影响，实现功率解耦；其中虚拟阻抗包括虚拟电阻R_v和虚拟电感L_v，虚拟电感L_v对应的虚拟感抗用X_v表示；

该控制方法具体包括以下步骤：