[发明专利]无交流电压传感器的虚拟同步机双闭环控制方法

说明书

本发明公开了一种无交流电压传感器的虚拟同步机双闭环控制方法，属于电力电子技术领域技术领域。所述虚拟同步机包括直流侧电压源、三相全桥逆变电路、三相LC滤波器、三相电网阻抗和三相电网。所述控制方法包括通过三次低通滤波得到电网电压估计值。该控制方法在不需要精确电网角频率和尽可能不放大电网电压背景谐波的前提下，对电网电压进行估计而非采样，从而减少虚拟同步机双闭环控制系统中交流传感器的数目，降低并网电压源变流器的成本，提高并网装置运行的稳定性和适用性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种无交流电压传感器的虚拟同步机双闭环控制方法。

背景技术

近年来，随着可再生能源的快速发展，电压源变流器已广泛应用于偏远地区将可再生能源集成到电网中。然而，由于电压源变流器与弱电网之间的交互作用易产生振荡问题，由此提出了虚拟同步发电机技术。虚拟同步机技术通过将同步发电机的数学模型嵌入到逆变器的控制中，控制逆变器产生输出电压，提高系统的惯性和阻尼以支撑电网电压和频率，增强并网装置接入稳定性。现有研究表明，大规模可再生能源发电设备接入电网时，接入一定比例的虚拟同步机有利于分布式发电系统的稳定性。

虚拟同步机控制系统中通常需要五个传感器，包括两个交流电流传感器、两个交流电压传感器和一个直流电压传感器，这大大增加了硬件成本。一旦这些交流传感器失效时，控制系统将趋于不稳定。因此，为了降低并网电压源变流器的硬件成本，提高其运行可靠性，尽可能将交流电压传感器和交流电流传感器的数目降到最低。

目前已有多篇文献对如何减少交流传感器的数目进行了大量的分析。受限于死区效应和采样噪声，减少交流传感器使得交流电流的重构精度受到一定限制。准确的交流电流对并网电压源变流器的控制和过载保护至关重要，因此最好通过采样而不是重构的方式来获取交流电流。考虑到交流电流传感器的重要性，提出了移除交流电压传感器的控制方法。

题为“Grid Voltages Estimation for Three-Phase PWM Rectifiers ControlWithout AC Voltage Sensors”(A.Rahoui，A.Bechouche，H.Seddiki and D.O.Abdeslam，″Grid Voltages Estimation for Three-Phase PWM Rectifiers Control Without ACVoltage Sensors，″in IEEE Transactions on Power Electronics，vol.33，no.1，pp.859-875，Jan.2018.)(无交流电压传感器的三相PWM整流器的电网电压估计方法)提出了一种基于神经网络的电网电压自适应估计方法，但所需参数较多，计算过程较为繁琐，从而此方法的应用范围不够广泛。

题为“Sliding-Mode Observer Based Voltage-Sensorless Model PredictivePower Control of PWM Rectifier Under Unbalanced Grid Conditions”(H.Yang，Y.Zhang，J.Liang，J.Gao，P.D.Walker and N.Zhang，″Sliding-Mode Observer BasedVoltage-Sensorless Model Predictive Power Control of PWM Rectifier UnderUnbalanced Grid Conditions，″in IEEE Transactions on Industrial Electronics，vol.65，no.7，pp.5550-5560，July 2018.)(电网不平衡条件下基于滑模观测器的无电压传感器模型预测功率控制PWM整流器)设计了一个滑模观测器来观察不平衡电网条件下的电网电压，得到了电网电压的正序分量和负序分量。但方法中需要精确的电网角频率，虽然使用锁相环可以对电网角频率进行观测，但观测误差可能会增大电网电压估计误差。

综上所述，现有的技术中还存在如下不足：