[发明专利]一种基于虚拟同步发电机的储能逆变器主从控制方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟同步发电机的储能逆变器主从控制方法，包括主控逆变器和从控逆变器，主控逆变器采用基于虚拟同步发电机的电压源输出方式提供电网电压幅值和频率，根据主控逆变器容量提供虚拟惯量和虚拟阻尼比,同时给各台逆变器提供静态有功和无功电流配额；从控逆变器采用基于虚拟同步发电机的电流源输出方式，接收主控逆变器下发的静态有功和电流配额，同时根据从控逆变器容量提供虚拟惯量；孤岛并联在各种负载条件下负载不均流度较低，且具有较高的输出电压电能质量，较传统的主从控制而言，并离网切换时不需要改变控制器结构，且主控和从控逆变器独立提供虚拟惯量，不依赖通讯，有利于提高动态条件下的系统稳定性，可靠性较高。

主权项

1.一种基于虚拟同步发电机的储能逆变器主从控制方法，其特征在于，本控制方法所涉及的储能逆变器中包括一个主控逆变器和N‑1台从控逆变器，主控逆变器和N‑1台从控逆变器均采用三相二电平桥式电路，将N‑1台从控逆变器记为从控逆变器i，其中i＝1,2,3…N‑1；所述主控逆变器和N‑1台从控逆变器的输入端分别与各自的储能电池相连接，其输出端相并联；本控制方法包括以下步骤：步骤1，采样及坐标变换；所述采样包括对主控逆变器的采样和从控逆变器i的采样；主控逆变器采集以下数据：主控逆变器滤波电容电压uca,ucb,ucc，主控逆变器桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc，主控逆变器并网点电网电压ea,eb,ec；从控逆变器i采集以下数据：从控逆变器i滤波电容电压ucai,ucbi,ucci，从控逆变器i桥臂侧电感电流iLai,iLbi,iLci，从控逆变器i并网点电网电压eai,ebi,eci；所述坐标变换包括对以下数据进行坐标变换：对主控逆变器滤波电容电压uca,ucb,ucc和主控逆变器桥臂侧电感电流iLa,iLb,iLc分别进行单同步旋转坐标变换得到主控逆变器滤波电容电压的dq分量Ucd,Ucq和主控逆变器桥臂侧电感电流的dq分量ILd,ILq；对从控逆变器i滤波电容电压ucai,ucbi,ucci和从控逆变器i桥臂侧电感电流iLai,iLbi,iLci分别进行单同步旋转坐标变换得到从控逆变器i滤波电容电压的dq分量Ucdi,Ucqi和从控逆变器i桥臂侧电感电流的dq分量ILdi,ILqi；对从控逆变器i并网点电网电压eai,ebi,eci经过锁相环环节得到从控逆变器i的并网点角频率ωgi和从控逆变器i的电网电压幅值Ei；步骤2，根据步骤1中得到的主控逆变器滤波电容电压的dq分量Ucd,Ucq，通过通用的微分离散化方程计算主控逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq；根据步骤1得到的主控逆变器桥臂侧电感电流的dq分量ILd,ILq和主控逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq，经过输出电流计算方程得到主控逆变器输出电流的dq分量Iod,Ioq；经过有功功率计算方程和无功功率计算方程得到平均有功功率P和平均无功功率Q；对并网点电压ea,eb,ec经过锁相环环节得到主控逆变器并网点角频率ωg；步骤2.1，计算主控逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq；令主控逆变器滤波电容电压Ucd,Ucq的离散序列为Ucd(n),Ucq(n)，主控逆变器滤波电容电流dq分量Icd,Icq的离散序列为Icd(n),Icq(n)，则计算主控逆变器滤波电容电流的通用的微分离散化方程为：其中，k_n‑k为第n‑k个序列的微分离散化权重系数；其中，Cf为主控逆变器滤波电容，Ts为主控逆变器采样频率，n,k为自然数，n＝0,1,2,3,4......，k＝0,1,2,3,4......，K为离散序列点数；根据上述方程可以求得主控逆变器滤波电容电流Icd,Icq的离散序列为Icd(n),Icq(n)，从而可得主控逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq；步骤2.2，计算主控逆变器输出电流的dq分量Iod,Ioq；根据步骤2.1得到的主控逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq，经过输出电流计算方程得到主控逆变器输出电流的dq分量Iod,Ioq，所述的输出电流计算方程为：步骤2.3，根据有功功率计算方程和无功功率计算方程计算主控逆变器平均有功功率P和主控逆变器平均无功功率Q；有功功率计算方程为：无功功率计算方程为：其中，Qpq为功率计算方程品质因数，ωh为陷波器需要滤除的谐波角频率，s为拉普拉斯算子，τ为一阶低通滤波器的时间常数，h为待滤除的谐波次数；步骤3，根据步骤2中得到的主控逆变器平均有功功率P、并网点角频率ωg和主控逆变器给定的主控逆变器有功功率指令P0、储能逆变器给定主控逆变器有功功率指令P0时的额定角频率ω0，经过功角控制方程得到虚拟同步发电机的角频率ω，对ω积分得到虚拟同步发电机的矢量角θ；功角控制方程为：其中，ω0为储能逆变器给定主控逆变器有功功率指令P0时的额定角频率，m为功角控制下垂系数，J为模拟同步发电机机组的虚拟转动惯量，s为拉普拉斯算子，D1为主控逆变器频率反馈系数，D2为电网频率反馈系数；步骤4，根据步骤2中得到的主控逆变器平均无功功率Q和储能逆变器给定的主控逆变器无功功率指令Q0、电压指令U0，经过无功控制方程得到虚拟同步发电机的主控逆变器端电压U*；无功控制方程为：U*＝U0+n(Q0‑Q)其中，电压指令U0为储能逆变器给定主控逆变器无功功率指令Q0时的额定输出电容电压，n为无功‑电压下垂系数；步骤5，根据步骤4中得到的主控逆变器端电压U^*和步骤1中得到的主控逆变器滤波电容电压的dq分量U_cd,U_cq，通过电压控制方程得到主控逆变器有功电流指令和主控逆变器无功电流指令电压控制方程为：其中，Kp为电压环比例控制系数，Ki为电压环积分控制系数，Krh为电压环h次谐波准谐振控制器比例系数，h为待抑制的谐波次数，Quh为电压环h次谐波准谐振调节器品质因数，ωh为陷波器需要滤除的谐波角频率，s为拉普拉斯算子；步骤6，根据步骤5得到的主控逆变器有功电流指令和主控逆变器无功电流指令步骤1中得到的主控逆变器桥臂侧电感电流的dq分量I_Ld,I_Lq和从控逆变器桥臂侧电感电流的dq分量I_Ldi,I_Lqi，步骤2中得到的主控逆变器滤波电容电流的dq分量I_cd,I_cq，分别计算主控逆变器和从控逆变器i的控制信号；1)主控逆变器根据步骤2中得到的主控逆变器滤波电容电流的dq分量Icd,Icq，通过电流控制方程得到主控逆变器的控制信号Ud,Uq；电流控制方程为：其中，Kpi为电流环比例控制系数，Kii为电流环积分控制系数，Kri为电流环准谐振控制器比例系数，Kf为电压前馈系数，Qi为电流环准谐振调节器品质因数，s为拉普拉斯算子；2)从控逆变器i将步骤1得到的主控逆变器的桥臂侧电感电流的dq分量I_Ld,I_Lq分别作为从控逆变器i的静态有功和无功电流指令；根据步骤1中得到的从控逆变器i的并网点角频率ω_gi经过虚拟惯量有功方程得到从控逆变器i的虚拟惯量有功电流指令I_Ld与相加得到从控逆变器i有功电流指令根据步骤1得到的电网电压幅值E_i，经过虚拟惯量无功方程得到从控逆变器i的虚拟惯量无功电流指令I_Lq与相加得到从控逆变器i无功电流指令根据和步骤1中的从控逆变器i桥臂侧电感电流的dq分量I_Ldi,I_Lqi，通过电流控制方程得到从控逆变器i的控制信号U_di,U_qi；虚拟惯量有功方程为：虚拟惯量无功方程为：其中，Hdi,Hqi分别为第i台从控逆变器虚拟惯量有功、无功时间常数，PN为第i台从控逆变器的额定功率，ωN为第i台从控逆变器额定角频率，UN第i台为从控逆变器额定电压，τdi,τqi分别为第i台从控逆变器虚拟惯量有功、无功滤波时间常数，s为拉普拉斯算子；电流控制方程为：其中，Kpii为第i台从控逆变器电流环比例控制系数，Kiii为第i台从控逆变器电流环积分控制系数，h为待抑制的谐波次数，Krhi为第i台从控逆变器电流环h次谐波准谐振控制器比例系数，Qihi为第i台从控逆变器电流环h次谐波准谐振调节器品质因数，ωhi为第i台从控逆变器陷波器需要滤除的谐波角频率，Kfi为第i台从控逆变器电压前馈系数，s为拉普拉斯算子；步骤7，将步骤6中得到的控制信号Ud,Uq，Udi,Uqi通过单同步旋转坐标反变换得到主控逆变器三相桥臂电压控制信号Ua,Ub,Uc和从控逆变器i三相桥臂电压控制信号Uai,Ubi,Uci，继而生成开关管的PWM控制信号。