[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

说明书

本发明公开了一种属于电力电子控制技术领域的虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦控制方法。本发明针对VSG实际输出端口点到并网点的传输功率过程中存在耦合而引起VSG功率控制产生稳态误差和动态振荡等问题，提出了一种虚拟稳态同步负阻抗的新型功率解耦方法，所述控制方法在传统VSG控制方法的基础上进行改进，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，同时采用功率外环、虚拟稳态同步负阻抗和电流双内环控制结构，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。本发明所提供的方法更有效地减弱有功环与无功环之间的耦合作用，提高了VSG抗高频扰动的能力，同时该方案通过电压和虚拟负阻抗代数直接计算得到电流指令，而无需调节器，具有更快的调节性能。

技术领域

本发明是应用于虚拟同步机端电压点有功和无功功率解耦的控制方法，属于电力电子控 制领域。

背景技术

随着风电、光伏等新能源的大规模接入，电网的惯性、阻尼能力不足，使得电压和频率 支撑能力变弱，为解决此问题，采用VSG(虚拟同步发电机)实现并网逆变器控制的方法被 广泛应用。但VSG控制策略仍存在一定缺陷，一方面，VSG控制策略中虚拟惯量的引入可 能导致系统发生有功功率振荡；另一方面，VSG控制策略通过下垂控制实现对频率和电压自 动独立调节，因而具有传统下垂控制中功率耦合的缺点。由于分布式电源往往会连接到低压 或中压网络中，其阻抗比R/X往往较大，有功无功耦合性强，当有功功率发生振荡时无功 功率也会受到影响，导致两个功率环在动态调节过程中的振荡幅值和调节时间增加，严重时 甚至使控制失效而引发振荡发散。因此功率耦合对于VSG的影响比采用下垂控制的逆变器 以及同步发电机都要严重，急需解决。

为了解决VSG控制策略中的功率耦合问题，本发明提供了一种虚拟稳态同步负阻抗的 VSG功率解耦控制方法，该方法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，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，有效地减 弱有功环与无功环之间的耦合作用，提高了VSG抗高频扰动的能力。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于提供一种虚拟同步发电机输出功率解耦控制方法，能够 实现对VSG实际输出端口点到并网点传输的有功和无功功率的精确解耦，有效消除由于功 率耦合产生的稳态误差以及功率振荡，进而提高VSG有功功率和无功功率的动静态响应性 能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦控制方 法，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。

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。

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，

P_m＝P_ref-K_ω(ω-ω_s)