[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

说明书

本发明的一种虚拟同步发电机控制系统及控制方法，在传统虚拟同步发电机结构的基础上，增加电压检测环节。首先改进传统的虚拟同步发电机结构，增加电压检测环节，采用降阶谐振调节器法对故障中的正负序分量进行分离，通过判断负序电压幅值的大小来判定是对称故障还是非对称故障。分别设计对称故障和不对称下的控制策略，采用基于正序电压直接前馈的方法快速抑制由于电网电压跌落引起的过电流，同时根据低电压穿越技术要求来提供相应的无功功率。本发明实现了电网电压跌落瞬间快速抑制过电流和迅速补偿无功功率等零电压穿越技术要求，零电压穿越是低电压穿越的极限情况，若能实现零电压穿越势必满足低电压穿越技术要求。

技术领域

本发明属于多功能逆变器控制技术领域，具体涉及一种虚拟同步发电机控制系统及控制方法。

背景技术

由于分布式能源的大量接入，传统的并网发电系统已不能满足分布式发电系统的需求，逆变器成为分布式并网发电系统的主要设备，如此带来的问题是大量的电子设备给电力系统的稳定运行在一定程度上造成了威胁。为了传承传统同步发电机的阻尼和惯性大的特点，国内外学者将虚拟同步机算法引入到逆变器中，即模拟同步发电机的机电特性，故出现了虚拟同步发电机的研究。国内外学者在虚拟同步发电机领域已做了很多研究，包括结构改进、参数设计、同调等值等，但是在低电压穿越技术方面研究甚少，由于分布式能源的渗透率逐渐增加，在电网电压跌落时如若切出电网，势必对电力系统的稳定运行造成极大危害，所以低电压穿越技术要求在电网电压跌落时，要使系统仍能维持并网运行直到电网电压恢复，而零电压穿越是低电压穿越的一个极限，如果能满足零电压穿越势必满足低电压穿越技术要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种虚拟同步发电机控制系统及控制方法，不仅可以为电网提供良好的惯性和阻尼支撑，灵活参与系统的调频调压，还可以在电网电压跌落时向电网迅速提供无功功率，具备低电压穿越能力。

本发明提供一种虚拟同步发电机零电压穿越控制系统，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。

本发明提供一种虚拟同步发电机零电压穿越控制方法，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；