[发明专利]一种不用电流反馈的虚拟同步发电机控制器

摘要

本发明提供了一种不需要电流反馈的虚拟同步发电机控制器，包括以下部分：1).转子运动方程，计算得到虚拟的转子角频率与相位，作为逆变器的角频率。2).电压控制，模拟同步发电机励磁控制以及无功电压下垂特性对逆变器输出电压幅值进行控制。3).逆变器输出功率计算方程。利用输电线路传输功率计算的方法计算逆变器无功功率和虚拟的电磁转矩。该方程具有不需要电流量即可进行计算的特点。4).dq变换与dq反变换单元，利用转子运动方程计算的角频率和相位作为参考相角。综合以上各部分得到本发明一种不需要电流反馈的虚拟同步发电机控制器。与现有的方法相比，本发明不需要电流反馈，简化了控制算法；同时也省略了电流传感器，减少了逆变器的建设成本。

主权项

1.一种不用电流反馈的虚拟同步发电机控制器，包括：——电压控制：根据逆变器输出电压的dq轴分量Ud、Uq，与给定的电压参考Vref，以及无功功率给定Qset和逆变器输出无功功率Q，同时考虑电压幅值的控制与无功功率与逆变器输出电压的下垂关系，利用如下微分方程计算逆变器输出电压的控制量：上式中，Ka电压幅值增益；nq为无功下垂增益；Uo为逆变器输出电压幅值，其计算公式如下：得到逆变器输出电压的控制量Eq后，将其作为PWM调制电压q轴分量，并补齐恒等于零的d轴分量Ed与0轴分量E0，经过dq反变换后得到PWM三相调制波，对逆变器的电力电子逆变电路进行控制；——dq变换与dq反变换单元：上述dq变换与dq反变换所需参考角频率ωr和相位由转子运动方程计算得出；这样，机端电压Ua、Ub、Uc转换为转子旋转坐标系下的电压dq分量Ud、Uq；——dq反变换单元，将控制电压Ed、Eq以及补充一个值为0的分量分别作为dq0轴分量，依据转子运动方程单元计算出的位置角θ进行dq反变换，得到三相PWM调制波，控制IGBT Bridge工作；——转子运动方程：同步发电机的转子运动方程用下式描述：其中H为转子惯性时间常数，Tm和Te分别为机械转矩和电磁转矩，ωr为虚拟的转子旋转角速度，将其作为dq变换与dq反变换参考角频率，在忽略逆变桥路损耗的前提下，ωr即为逆变桥路输出电压的角频率；机械转矩Tm用同步发电机调速器数学模型求取，计算公式如下：Tm≈Pset+Dp(fn‑ωr/(2π))                           (4)其中Pset为输出有功功率给定，Dp为下垂特性系数，fn为电网频率；公式(3)中电磁转矩Te由逆变器输出功率方程计算得到；——逆变器输出功率计算方程：在忽略逆变器桥路损耗的前提下，认为逆变桥路输出电压幅值为Eq；以逆变器桥路输出电压相位为参考相位，则逆变器输出电压与逆变桥路输出电压相位差δ由下式求取：利用输电线路功率传输方程的计算公式求取逆变器输出有功功率P与无功功率Q；利用同步发电机稳态分析中已有的结论，由于转速基本在同步转速附近，令输出功率等于电磁功率，即电磁转矩Te；因此，转子运动方程中所需要的电磁转矩Te用输电线路功率传输方程求取；具体公式如下：其中Rf为逆变器LC滤波器电感上的等效电阻，Xf为LC滤波器电感感抗；同理，无功功率Q计算公式如下：其特征在于：采用公式(6)、(7)计算电磁转矩和无功功率不需要电流反馈，即逆变器主电路中也不需要电流传感器。