基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环及交流微电网暂态稳定性提升方法技术

本发明专利技术涉及一种基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环控制结构，在三相锁相环控制结构中的PI控制过程中增加了一个频率偏差反馈通道，将PI输出的频率偏差作为反馈信号输送回PI控制器的输入端。本发明专利技术还提出一种基于虚拟同步阻尼控制的交流微电网暂态稳定性提升方法，交流微电网中的电网跟随转换器的控制器基于d‑q同步旋转坐标系而设计，其中，Park变换及其逆变换的旋转角度θ

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环及交流微电网暂态稳定性提升方法
本专利技术涉及一种基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环及交流微电网暂态稳定性提升方法，属于微电网领域中的暂态稳定控制技术。
技术介绍
近年来随着分布式可再生能源的发展，交流微电网技术取得了巨大的突破。不同于传统的由同步发电机主导的电力系统，交流微电网是一种典型的电力电子主导的电力系统，其动态特性发生了巨大的变化。电力电子器件的低惯性和低过载容量给交流微电网的稳定性带来了严重挑战，进而极大地影响了交流微电网的可靠高效地运行。交流微电网的稳定性可分为小信号稳定性和暂态稳定性。目前小信号稳定性的研究成果已比较丰富，但如果微电网受到较大干扰，乃至于切换控制结构时，小信号稳定性分析将不再适用，需要采用暂态稳定性的分析方法。可是目前的暂态稳定性分析主要集中在单机无穷大母线系统，电网被视为恒压源，其动态特性大幅度简化。然而，对于孤岛状态下的交流微电网，系统电压由电网支撑转换器提供，它们的控制结构将在大扰动下切换。因此系统电压是时变的，不能建模为恒压源；此外，电网跟随转换器也会受到影响，它们之间将形成非常复杂的非线性相互作用。因此，现有的研究成果并不适用于孤岛状态下的交流微电网的稳定性技术分析。本专利技术针对此问题，提出一种基于虚拟同步阻尼控制的交流微电网暂态稳定性提升技术，能够在不改变锁相环稳态性能的情况下，增加锁相环的等效阻尼，进而降低暂态过程的超调量，提高交流微电网的暂态稳定性。所述的孤岛交流微电网系统由电网支撑转换器、电网跟随转换器以及负载组成，它们可以通过交流母线连接到一起。在正常状态下，电网支撑转换器相当于电压源，电网跟随转换器相当于功率源，而在故障状态下，两者都相当于电流源。所述的改进结构为：在传统的PLL控制器中，增加了一个频率偏差反馈通道。所述的改进拓扑不会影响现有的控制结构以及锁相环的稳态性能，但在暂态过程中，虚拟同步阻尼控制能够增加系统的等效阻尼，可以增加暂态过程中的额外能量耗散，从而有利于增强交流微电网系统的暂态稳定性。
技术实现思路
锁相环本质上是一种输出能够跟踪上输入信号相位角的闭环系统，至少包含3个结构，即鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。其中鉴相器检测输入信号与输出信号的相位差，产生对应于该相位差的误差电压信号。环路滤波器滤除误差电压中的高频噪声以增加锁相环系统的稳定性，得到的电压控制信号输入压控振荡器中，使输出信号的频率和相位得到调整，从而逐渐与输入信号同步。传统的电力系统中采用三相锁相环，三相电压变换至同步旋转的直流量Ud、Uq的过程为锁相环中的鉴相器部分，比例积分器(PI控制)则为锁相环中的环路滤波器，积分器则相当于压控振荡器。本专利技术旨在提出一种基于虚拟同步阻尼控制的锁相环控制结构，该结构为在传统的锁相环控制结构中的PI控制过程中增加了一个频率偏差反馈通道，将PI输出的频率偏差作为反馈信号输送回PI控制器的输入端，如附图3(b)所示。该改进拓扑不会影响现有的控制结构以及锁相环的稳态性能。本专利技术还提出了一种基于上述锁相环控制结构的交流微电网暂态稳定性提升方法，所述的孤岛交流微电网系统由与交流母线连接的电网支撑转换器、电网跟随转换器以及负载组成。其中，电网跟随转换器的控制策略如图2(b)所示，相应控制器是基于d-q同步旋转坐标系而设计的，Park变换及其逆变换的旋转角度θpll由锁相环观测微电网的母线端电压所得。这种锁相环控制结构可在微电网的稳定性分析与控制方面发挥重要的作用，在暂态过程中能够增加系统的等效阻尼，可以增加暂态过程中的额外能量耗散，从而有利于增强交流微电网系统的暂态稳定性。本专利技术的优点有：(1)本专利技术能够增强孤岛交流微电网系统的暂态稳定性。(2)本专利技术不会影响锁相环控制器的稳态性能。附图说明图1为孤岛交流微电网的拓扑结构图；图2为交流微电网的控制框图；图3为改进前后的PLL的控制结构图。图中，vtabc表示交流母线的三相电压，vtd和vtq分别表示三相电压经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，kPpll和kIpll分别是锁相环的PI控制器的比例系数和积分系数，Δω为角频率偏差量，ω*为额定角频率，ωpll为锁相环观测到的角频率，θpll为锁相环的观测相角，Dvir为PI控制器增加的频率偏差反馈系数，即系统增加的虚拟同步阻尼；图4为交流微电网中只有两个转换器，没有虚拟同步阻尼控制的情况下，遭遇大干扰时系统的动态特性。其中图(a)为故障电阻ZD＝1Ω时系统的动态特性，图(b)为故障电阻ZD＝3mH时系统的动态特性。其中vt代表交流母线的三相电压，iv,dq表示电网支撑转换器的三相电感电流经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，其中a曲线代表d轴直流分量，b曲线代表q轴直流分量。is,dq表示电网跟随转换器的三相输出电流经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，其中a曲线代表d轴直流分量，b曲线代表q轴直流分量。δ表示锁相环观测的交流母线电压相角与交流母线电压的实际相角之间的相角差；图5为交流微电网中只有两个转换器，存在虚拟同步阻尼控制的情况下，遭遇大干扰时系统的动态特性。其中图(a)为故障电阻ZD＝1Ω时系统的动态特性，图(b)为故障电阻ZD＝3mH时系统的动态特性。其中vt代表交流母线的三相电压，iv,dq表示电网支撑转换器的三相电感电流经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，其中a曲线代表d轴直流分量，b曲线代表q轴直流分量。is,dq表示电网跟随转换器的三相输出电流经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，其中a曲线代表d轴直流分量，b曲线代表q轴直流分量。δ表示锁相环观测的交流母线电压相角与交流母线电压的实际相角之间的相角差；图6为交流微电网中拥有四个转换器，没有虚拟同步阻尼控制且故障电阻ZD＝3mH的情况下，遭遇大干扰时系统的动态特性。图(a)为转换器#0和#1的动态响应特性，其中vt代表交流母线的三相电压，iv,dq表示电网支撑转换器的三相电感电流经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，其中a曲线代表d轴直流分量，b曲线代表q轴直流分量。δ1表示转换器#1的锁相环观测到的交流母线电压相角与交流母线电压的实际相角之间的相角差，is1,dq表示转换器#1的三相输出电流经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，其中a曲线代表d轴直流分量，b曲线代表q轴直流分量。图(b)为转换器#2和#3的动态响应特性。其中δ2表示转换器#2的锁相环观测到的交流母线电压相角与交流母线电压的实际相角之间的相角差，is2,dq表示转换器#2的三相输出电流经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，其中a曲线代表d轴直流分量，b曲线代表q轴直流分量。δ3表示转换器#3的锁相环观测到的交流母线电压相角与交流母线电压的实际相角之间的相角差，is3,dq表示转换器#3的三相输出电流经过Park变换后所得的d、q两轴的直流分量，其中a曲线代表d轴直流分量，b曲线代表q轴直流分量。；图7为交流微电网中拥有四个转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环控制结构，其特征在于，在三相锁相环控制结构中的PI控制过程中增加了一个频率偏差反馈通道，将PI输出的频率偏差作为反馈信号输送回PI控制器的输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步阻尼控制的三相锁相环控制结构，其特征在于，在三相锁相环控制结构中的PI控制过程中增加了一个频率偏差反馈通道，将PI输出的频率偏差作为反馈信号输送回PI控制器的输入端。


2.一种基于权利要求1所述三相锁相环控制结构的交流微电网暂态稳定性提升方法，其特征在于，所述的孤岛交流微电网系统由与交流母线连接的电网支撑转换器、电网跟随转换器以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：何杭航，夏杨红，韦巍，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33