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专利号: 2018102048677
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法,其特征在于,按照以下步骤实施:步骤1、通过电流传感器及电压传感器,分别采集三相全桥逆变器的输出电流、输出电压以及电网电压,通过转换电路将模拟信号转换为对应的输出电流数字量ia、ib和ic,输出电压数字量uoa、uob和uoc,以及电网电压数字量uga、ugb和ugc;

步骤2、实现无功调压控制输出虚拟同步机励磁Mfif,并计算输出电压幅值uo、电网电压幅值ug,利用步骤1得到的逆变器输出电压三相信号uoa、uob、uoc和电网电压三相信号uga、ugb、ugc,经过幅值检测环节得到逆变器输出电压幅值uo和电网电压幅值ug,如式(1)、式(2)所示,两者做差后乘以无功下垂系数Dq,得到电压波动对应的无功功率调节量ΔQv,与给定无功功率Qm减去实际无功功率Qe的差相加,得到总无功功率的变化量ΔQ,经过增益环节 后进行积分,得到虚拟同步机励磁Mfif,如式(3)所示;

其中,Dq为电压下垂系数,K为积分增益;

步骤3、计算系统的有功功率Pe,无功功率Qe以及励磁电动势e,利用步骤1得到的逆变器输出电流信号ia、ib、ic,步骤2得到的Mfif,根据式(4)得到系统的有功功率Pe,无功功率Qe以及励磁电动势e:式(4)中,ω和θ分别是有功调频控制环的输出信号虚拟角速度及相位,励磁电动势e=[ea eb ec]T;三相定子电流i=[ia ib ic]T;

此处的T表示向量转置运算;

步骤4、实现速度反馈控制,计算速度反馈系数初值Kt0,给定机械功率Pm减去步骤3得到的有功功率Pe,得到误差信号ΔP;误差信号ΔP减去虚拟同步机电磁功率Pe经过微分环节Kts的输出,作为有功调频控制环的控制量P′m,如式(5),其中Kt由式(6)给出;

其中,ζ为系统阻尼比,J为系统虚拟转动惯量,Dp为有功频率调节下垂系数,ω0为系统频率期望值;有功功角传递函数 Z为系统阻抗,Ug为电网相电压有效值,E为稳态时的励磁电压,这几个变量数值按照式(7)计算得到:其中,X为系统阻抗的电感,R为系统阻抗的电阻;L1是逆变器侧的滤波电感,Lline是电网侧线路电感;R1是L1的寄生电阻,Rline是Lline的寄生电阻;α为系统阻抗角,δ为系统功角;

步骤5、实现有功调频控制,输出虚拟同步角速度ω和相位θ,并计算转速差Δω以及虚拟同步机角加速度采用式(8)得到虚拟同步机角加速度 然后,对虚拟同步机角加速度 进行积分得到虚拟同步机角速度ω;再对虚拟同步机角速度ω进行积分,得到虚拟同步机的相位θ;

其中,阻尼转矩Td为阻尼下垂系数Dp乘以虚拟同步机角速度ω和电网额定角频率ω0的转速差Δω;由步骤4得到的P′m除以ω0的商,再减去阻尼转矩Td得到转矩变化量ΔT;

步骤6、根据步骤5得到的转速差Δω以及虚拟同步机角加速度 设定虚拟转动惯量J与速度反馈系数Kt自适应调节规则;

步骤7、利用步骤3中得到励磁电动势e,按照式(11)进行CLARK变换,得到α-β静止坐标系下的电压量eα和eβ,即:步骤8、以步骤7得到的电压量eα和eβ为输入,进行空间矢量调制,得到驱动三相全桥逆变器的六路控制开关脉冲,实现三相交流电流回馈电网。

2.根据权利要求1所述的基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法,其特征在于:所述的步骤1中,分别通过一组三个电流传感器和两组总共六个电压传感器,分别采集三相全桥逆变器输出电流、输出电压以及电网电压,并且分别通过数字信号控制器的模拟数字转换电路得到对应这些模拟变量的数字量ia、ib和ic,uoa、uob和uoc,以及uga、ugb和ugc。

3.根据权利要求1所述的基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法,其特征在于:所述的步骤2中,电压下垂系数Dq和积分增益K的取值见下表1,表1、主要仿真参数

参数 选用数值

虚拟转动惯量初值J0 0.0437

积分增益K 1.9912e+03

阻尼下垂系数Dp 2.533

电压下垂系数Dq 192.8473

4.根据权利要求1所述的基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法,其特征在于:所述的步骤6中,虚拟转动惯量J与速度反馈系数Kt自适应调节规则设置如下:

6.1)如果Δω<2πΔfmax,则虚拟转动惯量J与速度反馈系数Kt按照以下条件确定:若条件 且 成立,则 Kt=0.93Kt0;

若条件 且 成立,则 Kt=1.3Kt0;

若条件 成立,则J=J0,Kt=Kt0;

其中,C是为了防止判断条件 失败而设置的虚拟角速度变化率阈值;J0表示初始转动惯量,Kt0表示初始速度反馈系数;

调节系数k1、k2按照式(9)计算得到:

其中,Δfmax是满足并网规范的最大频率波动量,Jmax为最大虚拟转动惯量,Jmin为最小虚拟转动惯量;

6.2)如果Δω>2πΔfmax那么,虚拟转动惯量J与速度反馈系数Kt按照式(10)计算得到:其中,J0为虚拟转动惯量,Kt0是速度反馈系数的初始值。

5.根据权利要求1所述的基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法,其特征在于:所述的步骤8中,进行空间矢量调制采用SVPWM方式。