[发明专利]一种提高系统稳定性和鲁棒性的类模拟同步发电机虚拟同步控制器

说明书

一种提高系统稳定性和鲁棒性的类模拟同步发电机虚拟同步控制器，涉及虚拟控制技术领域，包括第一采样单元、比例控制器单元、第二采样单元、第三采样单元、内环比例积分控制器单元和PWM调制单元，还包括类模拟同步发电机控制环、虚拟同步控制环以及电流前馈项，本发明实现直流电压的同步跟踪功能，使得直流变换器的直流电压能始终保持跟踪电气化牵引供电系统直流微网；可以同时抑制振荡和改善由于不平衡功率导致的直流电压暂态偏离，工程上易于实现，能最大程度改善系统的阻尼性能和惯量，抑制直流网络的振荡，具有较高的效率、可行性以及可靠性。

技术领域

本发明涉及虚拟控制技术领域，特别涉及一种提高系统稳定性和鲁棒性的类模拟同步发电机虚拟同步控制器。

背景技术

随着分布式电源渗透率增加，电网将逐步发展为电力电子变换器为主导的地惯量、欠阻尼网络，稳定性问题愈发严重。虚拟同步发电机(Virtual SynchronousGenerator，VSG)概念提出的初衷之一是解决由于电力系统电力电子化程度增加而造成系统稳定性减弱的问题，但由于VSG与传统的同步发电机并不完全等价，亟须发展针对VSG本身以及其接入系统的小信号稳定与暂态稳定分析方法，并提出利用VSG灵活可控的优势提高系统稳定性的措施。

电力电子变流器的强非线性、动态性以及彼此之间的级联、并联等复杂的连接方式也给电力电子化电力系统的稳定性带来了严重的影响。因此，电力电子化电力系统稳定性分析已成为重要的研究课题。应用于传统电力系统暂态稳定性分析的方法主要有时域仿真法(也称逐步积分法)、人工智能法和直接法等。时域仿真法优点是无论待分析的系统多么复杂，系统组成的元件模型多么详细，都可以通过该方法进行系统给定设计方案的检验与性能分析。但时域仿真法无法揭示系统参数与系统性能、稳定性之间的关系，无法得到系统的稳定裕度等定量信息。人工智能法在电力系统动态安全评估方面已有丰富的研究成果，计算速度快，常应用于数据的预处理和后处理。但在分析过程中由于实际数据与预设数据不一致时，应用人工智能法会造成分析结果与实际的稳定指标之间存在偏差。直接法通过构造类似于反映系统能量的标量函数，研究函数随时间变化的趋势，进而判断非线性系统的稳定性。该方法的主要优点是判别速度快，并可以给出系统失稳的模式和程度，但目前仍存在详细模型下能量函数构造困难及判别结果偏保守的局限。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种提高系统稳定性和鲁棒性的类模拟同步发电机虚拟同步控制器，工程上易于实现，具有较高的效率和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种提高系统稳定性和鲁棒性的类模拟同步发电机虚拟同步控制器，包括第一采样单元、比例控制器单元、第二采样单元、第三采样单元、内环比例积分控制器单元和PWM调制单元，还包括类模拟同步发电机控制环、虚拟同步控制环以及电流前馈项，类模拟同步发电机控制环由虚拟惯量控制单元和虚拟阻尼控制单元衔接形成，用于输出虚拟的直流电压信号，为系统提供惯量和阻尼支撑，虚拟同步控制环用于实现直流电压的虚拟同步控制，电流前馈项用于加快系统响应速度。

进一步地，第一采样单元连接比例控制器单元，比例控制器单元和电流前馈项连接类模拟同步发电机控制器环中的虚拟惯量控制单元，第二采样单元连接类模拟同步发电机控制环中的虚拟惯量控制单元，类模拟同步发电机控制环中的虚拟惯量控制单元与虚拟同步控制环连接，虚拟同步控制环连接内环比例积分控制器单元，内环比例积分控制器单元和第三采样单元连接PWM调制单元。

进一步地，直流电压参考信号与第一采样单元采样的DC-DC直流斩波器输出口直流电容上的电压相减得到偏差量，再通过比例控制器单元获得第一输出信号作为虚拟同步控制器的参考输入，第一输出信号满足如下控制规律：

I_vir＝(V_ref-V_dc)K_dr