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专利号: 2020103176947
申请人: 浙江工业大学
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:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.虚拟同步机VSG功率二阶解耦控制器SOPDC,其特征在于:由给定电流计算模块(1)、参考电流合成模块(2)、交叉解耦模块(3)依次串联而成,所述SOPDC设置于传统VSG控制器的后级,其输入信号来自于上级VSG控制器以及测量单元,其输出信号输入VSG并网逆变器的PWM波生成装置;

所述给定电流计算模块(1)共有2个输入端,2个输出端;第一、第二输入端分别输入VSG控制器输出的感应电动势e和测量单元提供的并网点电压vg,第一、第二输出端分别与参考电流合成模块(2)的第一、第二输入端相连;

给定电流计算模块(1)由一个传递函数G(s)、一个Park变换器组成;所述传递函数G(s)*

的输入为VSG感应电动势e和并网点电压vg的差值,其输出为给定电流信号i ,该计算过程如式(1)所示:

式中,s表示复数变量,Leq为系统等效电感、Req为系统等效电阻,e为虚拟同步机感应电动势,vg为并网点电压;

*

将给定电流信号i输入Park变换器,Park变换器的d轴、q轴输出分别连接给定电流计算*

模块(1)的第一、第二输出端,输出信号分别为给定电流信号i的d轴和q轴分量 和所述参考电流合成模块(2)共有6个输入端,2个输出端;第一、第二输入端分别与给定电流计算模块(1)的第一、第二输出端相连,第三、四输入端分别输入P‑V、Q‑δ解耦所需的虚拟电流d轴分量信号Δid(P‑V)和Δid(Q‑δ),第五、六输入端分别输入P‑V、Q‑δ解耦所需的虚拟电流q轴分量信号Δiq(P‑V)和Δiq(Q‑δ);第一、第二输出端分别与交叉解耦模块(3)的第一、第二输入端相连;

参考电流合成模块(2)中,第一输入端输入信号 与P‑V、Q‑δ解耦所需的虚拟电流d轴分量Δid(P‑V)、Δid(Q‑δ)叠加,合成参考电流最终值的d轴分量信号id_ref,并在参考电流合成模块(2)的第一输出端输出;第二输入端输入信号 分别与P‑V、Q‑δ解耦所需的虚拟电流q轴分量Δiq(P‑V)、Δiq(Q‑δ)叠加,合成参考电流最终值的q轴分量iq_ref,并在参考电流合成模块(2)的第二输出端输出;

所述交叉解耦模块(3)共有6个输入端,1个输出端;第一、第二输入端分别与参考电流合成模块(2)的第一、第二输出端相连,第三、第四输入端的输入信号分别为虚拟同步机输出电流的d轴和q轴分量id和iq,第五、第六输入端的输入信号分别为并网点电压的d轴和q轴分量vgd和vgq,输出端连接VSG并网逆变器的PWM波生成装置;

交叉解耦模块(3)包含两个增益模块Gain1、Gain2,增益大小分别为ωLeq和‑ωLeq,其中ω为VSG的电角速度,两个比例‑积分控制器PI1、PI2,一个Park反变换模块;第一输入端的输入信号id_ref与第三输入端的输入信号id相减后输入PI1,第四输入端的输入信号iq送入Gain2,将PI1的输出信号、Gain2的输出信号、第五输入端的输入信号vgd叠加后生成感应电动势给定值的d轴分量 输入Park反变换模块的d轴输入端;第二输入端的输入信号iq_ref与第四输入端的输入信号iq相减后输入PI2,第三输入端的输入信号id送入Gain1,将PI2的输出信号、Gain1的输出信号、第六输入端输入信号vgq叠加后生成感应电动势给定值的q轴分量 输入Park反变换模块的q轴输入端;Park反变换模块的输出作为交叉解耦模块(3)*

的输出端,输出信号为感应电动势给定值e。

2.按照权利要求1所述的虚拟同步机VSG功率二阶解耦控制器SOPDC,其特征在于:其功率解耦控制方法的步骤如下:

步骤1:根据主电路参数计算系统等效电感Leq,等效电阻Req:其中,等效电感Leq的计算如式(2):Leq=Ls+Lv+Lg                                                (2)式中,其中Ls为VSG的滤波电感,Lv为解耦虚拟电感,Lg为网侧线路电感;

等效电阻Req的计算如式(4)所示:Req=Rs+Rv+Rg                                              (3)式中,其中Rs为VSG的滤波电阻,Rv为解耦虚拟电阻,Rg为网侧线路电阻;

步骤2:根据常规方法确定交叉解耦模块(3)中比例‑积分环节的kp,ki参数;

*

步骤3:基于步骤1中计算的系统等效电感与电阻,根据式(1)计算给定电流i;

步骤4:利用瞬时功率理论,计算用于功率解耦所需的动态虚拟电流,具体方式如下:步骤41:计算用于P‑V解耦所需的虚拟电流d轴与q轴P‑V解耦分量Δid(P‑V)与Δiq(P‑V),如式(4)所示,式中id和iq分别为VSG稳态定子电流的d轴和q轴分量,ΔV为扰动造成的电压变化量,V0为VSG稳态工作点电压;

步骤42:计算用于Q‑δ解耦所需的虚拟电流d轴与q轴Q‑δ解耦分量Δid(Q‑δ)和Δiq(Q‑δ),其步骤如下:

步骤421:计算用于补偿Q‑δ一阶耦合量的虚拟电流d轴和q轴解耦分量Δid(Q‑δ(1))与Δiq(Q‑δ(1)),计算方法如式(5)所示,式中id和iq分别为VSG稳态定子电流的d轴和q轴分量,Δδ为扰动造成的功角变化量:

步骤422:计算用于补偿Q‑δ二阶耦合量的虚拟电流d轴和q轴解耦分量Δid(Q‑δ(2))与Δiq(Q‑δ(2)),计算方法如式(6)所示,式中id和iq分别为VSG稳态定子电流的d轴和q轴分量,Vg为并网点电压幅值,Xeq为虚拟电感Leq所对应电抗,Δδ为扰动造成的功角变化量:步骤423:将步骤421与步骤422中所得虚拟电流解耦分量合成Q‑δ虚拟电流解耦分量Δid(Q‑δ)和Δiq(Q‑δ),如式(7)所示:* * *

步骤5:如式(8)所示,将给定电流i 的d轴分量id 和q轴分量iq与步骤4中所获取的P‑V解耦分量和Q‑δ虚拟电流解耦分量合成为参考电流最终值id_ref和iq_ref:步骤6:将参考电流最终值的dq轴分量id_ref和iq_ref输入交叉解耦模块,输出感应电动势*

给定值e并送入PWM生成装置后,生成控制信号,进而控制VSG的输出。