[发明专利]一种虚拟同步发电机零电压穿越控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种虚拟同步发电机零电压穿越控制系统，其特征在于，包括：三相全桥逆变器、第一阶滤波器、第二阶滤波器、电流正负序分离单元、电压正负序分离单元、电压幅值检测单元、VSG控制单元、PI调节单元和SPWM调制单元；

三相全桥逆变器、第一阶滤波器和第二阶滤波器依次连接；电流正负序分离单元采集经第二阶滤波器滤波后的瞬时电流并进行dq变换和正负序电流的分离；电压正负序分离单元采集经第二阶滤波器滤波后的瞬时电压并进行dq变换和正负序电压的分离；电压幅值检测单元用于检测负序电压的幅值并根据检测结果选取输入到VSG控制单元的有功功率参考值和无功功率参考值；VSG控制单元采集并网点的频率、有功功率、无功功率和瞬时电压计算获得电网相位角和励磁电动势，电网相位角和励磁电动势经三相合成后得出VSG输出电压，VSG输出电压经过dq变换，得到d轴电压和q轴电压；d轴电压和经正负序分离后的瞬时d轴电压做差，q轴电压和经正负序分离后的瞬时q轴电压做差，再分别经过PI调节获得d轴参考电流和q轴参考电流；d轴参考电流和经正负序分离后的瞬时d轴电流做差，q轴参考电流和经正负序分离后的瞬时q轴电流做差，再分别经过PI调节获得d轴端电压和q轴端电压；d轴端电压和q轴端电压经坐标变换转换为三相端电压后经过SPWM调制返回给三相全桥逆变器。

2.如权利要求1所述的虚拟同步发电机零电压穿越控制系统，其特征在于，当电压幅值检测单元检测出负序电压的幅值接近零时，则可判断为对称故障，有功功率参考值和无功功率参考值，根据下式计算：

其中，Q_max为无功功率最大值，S为视在功率，P_ref为有功功率参考值，u_inv为三相全桥逆变器输出电压，u_g为电网电压，θ为电网相位角，X为线路阻抗；

当检测出负序电压的幅值远大于零时，则可判断为非对称故障，有功功率参考值和无功功率参考值，根据下式计算：

其中，P₀为有功功率，为经正负序分离后的瞬时d轴正序电压，为经正负序分离后的瞬时q轴正序电压。

3.一种虚拟同步发电机零电压穿越控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采集经滤波后的瞬时电压和瞬时电流；

步骤2：对瞬时电压进行dq变换和正负序电压分离，对瞬时电流进行dq变换和正负序电流分离；

步骤3：检测负序电压的幅值并根据检测结果判断是对称故障或非对称故障，进而选取有功功率参考值和无功功率参考值；

步骤4：采集并网点的频率、有功功率、无功功率和瞬时电压，并根据选取的功功率参考值和无功功率参考值计算获得电网相位角和励磁电动势；

步骤5：电网相位角和励磁电动势经三相合成和dq变换，得到d轴电压和q轴电压；

步骤6：d轴电压和经正负序分离后的瞬时d轴电压做差，q轴电压和经正负序分离后的瞬时q轴电压做差，再分别经过PI调节获得d轴参考电流和q轴参考电流；

步骤7：d轴参考电流和经正负序分离后的瞬时d轴电流做差，q轴参考电流和经正负序分离后的瞬时q轴电流做差，再分别经过PI调节获得d轴端电压和q轴端电压；

步骤8：d轴端电压和q轴端电压经坐标变换转换为三相端电压后经过SPWM调制返回给三相全桥逆变器。

4.如权利要求3所述的虚拟同步发电机零电压穿越控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

当电压幅值检测单元检测出负序电压的幅值接近零时，则可判断为对称故障，有功功率参考值和无功功率参考值，根据下式计算：

其中，Q_max为无功功率最大值，S为视在功率，P_ref为有功功率参考值，u_inv为三相全桥逆变器输出电压，u_g为电网电压，θ为电网相位角，X为线路阻抗；

当检测出负序电压的幅值远大于零时，则可判断为非对称故障，有功功率参考值和无功功率参考值，根据下式计算：

其中，P₀为有功功率，为经正负序分离后的瞬时d轴正序电压，为经正负序分离后的瞬时q轴正序电压。

5.如权利要求3所述的虚拟同步发电机零电压穿越控制方法，其特征在于，所述步骤2中基于降阶谐振调节器进行正负序分离，降阶谐振调节器的传递函数为：