[发明专利]一种虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦控制方法

权利要求书

1.一种虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦控制方法，其特征在于通过引入虚拟负阻抗使得分布式电源内部阻抗与其连接的线路阻抗对外呈感性，满足下垂解耦控制条件，实现虚拟同步机端电压点的有功和无功功率的良好解耦控制。该控制系统由分布式电源、三相电压源型逆变器和交流电网构成，分布式电源经过逆变器并入交流母线，同时逆变器在功率解耦控制方法下实现分布式电源的友好并网。所述控制方法在dq坐标系下实现，采用功率外环、虚拟稳态同步负阻抗和电流双内环控制结构。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述功率外环包括有功功率和无功功率控制环两部分，无功功率外环通过无功-电压下垂特性模拟同步发电机的电压调节特性，从而得到VSG虚拟内电势幅值分量E指令。无功功率控制环的调节方程式如下：

Q＝Q_ref-K_q(E-E_ref)

式中，K_q为Q-E下垂系数；E_ref为输出电压额定幅值；Q_ref为额定电压下的无功功率；Q为输出无功功率。

3.根据权利要求2所述有功功率外环首先通过有功-频率下垂控制模拟了同步发电机一次调频功能，然后在下垂控制的后级引入虚拟惯量控制模拟同步发电机的转子惯性得到系统频率指令分量：

式中，P_ref为上层调度给出的有功指令；P_e为输出有功功率；J为虚拟转动惯量；D为阻尼系数K_w为有功-频率下垂系数；ω为VSG输出电压角频率；ω_s是额定角频率。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述虚拟稳态同步负阻抗内环主要由虚拟同步导纳矩阵决定，导纳矩阵对角元素两两幅值相等，同步导纳可表示为：

式中，L_v是阻抗的电感，-R_v是阻抗的虚拟负电阻，w₀是d-q坐标系下的旋转角频率，此处选取电网额定频率。

5.根据权利要求4所述虚拟负电阻用来抵消分布式电源的线路电阻，虚拟电感用来将分布式电源的输出阻抗调整为近似纯感性，保证系统因虚拟负阻抗的引入使得分布式电源内部阻抗与其连接的线路阻抗对外呈感性，满足下垂解耦控制条件。同时确保引入虚拟负阻抗后对于虚拟同步机内电势点和端电压点的有功和无功均能实现良好解耦控制。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述虚拟稳态同步负阻抗内环的电压参考分量e_d和e_q经无功外环产生，电压参考值e_d和e_q与实际输出电压v_d和v_q的差值再与虚拟稳态同步导纳矩阵相乘，便得到了电流内环的电流指令：

式中i_d^*、i_q^*是电流内环d-q分量参考值。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述电流内环采用PI调节器控制，以电流指令值与实际值的差值作为输入，PWM电流控制信号作为输出，实现电流的准确跟踪、保护以及PWM的精确控制：

式中，k_cp和k_ci分别是电流环PI调节器的比例系数和积分系数，R_f、L_f分别为线路电阻和电感，s表示微分算子。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，传统VSG控制方法仅考虑虚拟同步机內电势点与电网并网点两点，从而分析虚拟同步机內电势点的有功与无功功率的耦合程度，不够精确，无法表征虚拟同步机实际输出的有功与功功率的动态耦合程度。本发明引入虚拟同步机端电压点即逆变器实际输出的有功功率与无功功率来作为功率点解耦。