一种虚拟同步机控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种虚拟同步机控制系统和控制方法，包括：功率控制器、解耦模块、补偿控制器、电压控制器和电流控制器；解耦模块用于将电网侧电流的基波分量提取出来，得到电网侧电流的谐波分量，并将电网侧电流的谐波分量输入至补偿控制器；补偿控制器用于根据电网侧电流的谐波分量与网侧输出谐波电流参考值的差值，得到电网侧谐波电压的参考值，并将电网侧谐波电压的参考值反馈至电压控制器的输入端；电压控制器用于根据虚拟同步机输出电压的参考值，对虚拟同步机输出电压进行电压外环控制，跟踪虚拟同步机输出电压的参考值。本发明专利技术可以直接调节网侧谐波电流，提高虚拟同步机的等效谐波输出阻抗，从而提升虚拟同步机网侧谐波电流抑制效果。波电流抑制效果。波电流抑制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步机控制系统和控制方法


[0001]本专利技术涉及虚拟同步机控制
，尤其涉及一种虚拟同步机控制系统和控制方法。

技术介绍

[0002]随着人们对能源安全和温室气体排放的日益关注，分布式发电得到了迅速的发展。虚拟同步机作为分布式发电系统与电网能量交互的桥梁，在向电网注入优质电力、保证安全运行和提供电网支持方面发挥着重要作用。
[0003]现有技术中通过对电网侧电压进行谐波电压的提取，前馈至虚拟同步机的参考电压指令，使虚拟同步机输出电压能有效跟踪电网侧谐波电压，从而消除网侧谐波电流。
[0004]现有技术中的谐波补偿性能受线路阻抗以及反馈增益大小的限制而导致谐波抑制效果能力受限。而且根据电压采样反馈的谐波抑制方式本质上属于网侧谐波电流的开环抑制方式，无法直接调节网侧谐波电流。由于硬件采样中带来的噪声影响，在线路阻抗较小时，较小的谐波采样的误差也会带来极大的谐波电流。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种虚拟同步机控制系统和方法，可以直接调节网侧谐波电流，提高虚拟同步机的等效谐波输出阻抗，从而提升虚拟同步机网侧谐波电流抑制效果。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种虚拟同步机控制系统，包括：功率控制器、解耦模块、补偿控制器、电压控制器和电流控制器；功率控制器的输入端接入虚拟同步机输出电压以及电网侧电流，功率控制器用于根据虚拟同步机输出电压和电网侧电流得到虚拟同步机输出电压的参考值；解耦模块的输入端接入电网侧电流，解耦模块用于将电网侧电流的基波分量提取出来，得到电网侧电流的谐波分量，并将电网侧电流的谐波分量输入至补偿控制器；补偿控制器用于根据电网侧电流的谐波分量与网侧输出谐波电流参考值的差值，得到电网侧谐波电压的参考值，并将电网侧谐波电压的参考值反馈至电压控制器的输入端；电压控制器用于根据虚拟同步机输出电压的参考值、电网侧谐波电压的参考值和虚拟同步机输出电压，计算得到参考电流值；电压控制器还用于根据虚拟同步机输出电压的参考值，对虚拟同步机输出电压进行电压外环控制，跟踪虚拟同步机输出电压；电流控制器用于根据参考电流值进行电流内环控制，跟踪参考电流值。
[0007]第二方面，本专利技术提供了一种虚拟同步机控制方法，应用于第一方面所提供的虚拟同步机控制系统，虚拟同步机控制方法包括：功率控制器根据虚拟同步机输出电压和电网侧电流得到虚拟同步机输出电压的参考值；解耦模块将电网侧电流的基波分量提取出来，得到电网侧电流的谐波分量，并将电网侧电流的谐波分量输入至补偿控制器；补偿控制器根据电网侧电流的谐波分量与网侧输出谐波电流参考值的差值，得到电网侧谐波电压的参考值，并将电网侧谐波电压的参考值反馈至电压控制器的输入端；电压控制器根据虚拟同步机输出电压的参考值、电网侧谐波电压的参考值和虚拟同步机输出电压，计算得到参
考电流值；电压控制器根据虚拟同步机输出电压的参考值，对虚拟同步机输出电压进行电压外环控制，跟踪虚拟同步机输出电压；电流控制器根据参考电流值进行电流内环控制，跟踪参考电流值。
[0008]本专利技术提供的虚拟同步机控制系统，包括：功功率控制器、解耦模块、补偿控制器、电压控制器和电流控制器；通过功率控制器根据虚拟同步机输出电压和电网侧电流得到虚拟同步机输出电压的参考值；通过解耦模块将电网侧电流的基波分量提取出来，得到电网侧电流的谐波分量，并将电网侧电流的谐波分量输入至补偿控制器，可以直接调节网侧谐波电流；通过补偿控制器根据电网侧电流的谐波分量得到电网侧谐波电压的参考值，并以此电网侧谐波电压的参考值来取代现有方法中的电网侧谐波电压直接采样与提取所得的信号，解决了电网侧谐波电压信号的采样噪声与误差问题；通过电压控制器电压控制器根据虚拟同步机输出电压的参考值，对虚拟同步机输出电压进行电压外环控制，跟踪虚拟同步机输出电压的参考值；通过电流控制器根据所述参考电流值进行电流内环控制，跟踪参考电流值，以提高虚拟同步机的等效谐波输出阻抗，从而减小虚拟同步机输出电流中的谐波电流。
[0009]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1是相关技术提供的一种虚拟同步机控制系统的控制方框图；
[0012]图2是本专利技术实施例提供的一种虚拟同步机控制系统的原理图；
[0013]图3是本专利技术实施例提供的一种虚拟同步机接入电网的系统结构图；
[0014]图4是本专利技术实施例提供的一种虚拟同步机控制系统的控制方框图；
[0015]图5是本专利技术实施例提供的一种虚拟同步机在谐波域内与电网连接的等效模型；
[0016]图6是本专利技术实施例提供的一种虚拟同步机的等效谐波输出阻抗的Bode图；
[0017]图7是本专利技术实施例提供的另一种虚拟同步机控制系统的原理图；
[0018]图8是本专利技术实施例提供的一种一阶复矢量滤波器的标量实现形式；
[0019]图9是本专利技术实施例提供的另一种虚拟同步机控制系统的控制方框图；
[0020]图10是本专利技术实施例提供的一种未加入补偿控制器时虚拟同步机输出电流的仿真波形图；
[0021]图11是本专利技术实施例提供的一种加入补偿控制器时虚拟同步机输出电流的仿真波形图；
[0022]图12是本专利技术实施例提供的一种虚拟同步机控制方法的流程图；
[0023]图13是本专利技术实施例提供的另一种虚拟同步机控制方法的流程图；
[0024]图14是本专利技术实施例提供的另一种虚拟同步机控制方法的流程图；
[0025]图15是本专利技术实施例提供的另一种虚拟同步机控制方法的流程图。
具体实施方式
[0026]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。根据本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0027]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步机控制系统，其特征在于，包括：功率控制器、解耦模块、补偿控制器、电压控制器和电流控制器；所述功率控制器的输入端接入虚拟同步机输出电压以及电网侧电流，所述功率控制器用于根据所述虚拟同步机输出电压和电网侧电流得到所述虚拟同步机输出电压的参考值；所述解耦模块的输入端接入电网侧电流，所述解耦模块用于将所述电网侧电流的基波分量提取出来，得到电网侧电流的谐波分量，并将所述电网侧电流的谐波分量输入至所述补偿控制器；所述补偿控制器用于根据所述电网侧电流的谐波分量与网侧输出谐波电流参考值的差值，得到电网侧谐波电压的参考值，并将所述电网侧谐波电压的参考值反馈至所述电压控制器的输入端；所述电压控制器用于根据所述虚拟同步机输出电压的参考值、所述电网侧谐波电压的参考值和所述虚拟同步机输出电压，计算得到参考电流值；所述电压控制器还用于根据所述虚拟同步机输出电压的参考值，对所述虚拟同步机输出电压进行电压外环控制，跟踪所述虚拟同步机输出电压的参考值；所述电流控制器用于根据所述参考电流值进行电流内环控制，跟踪所述参考电流值。2.根据权利要求1所述的虚拟同步机控制系统，其特征在于，所述解耦模块为一阶复矢量滤波器，所述一阶复矢量滤波器的表达式为：式中，H(s)为一阶复矢量滤波器在时域下的传递函数，ω0＝2πf0，为电网电压的基波角频率，f0为50Hz，ω
c
为一阶复矢量滤波器截止角频率，s表示拉普拉斯算子。3.根据权利要求1所述的虚拟同步机控制系统，其特征在于，所述补偿控制器为比例谐振控制器，所述比例谐振控制器包括比例控制器和至少两个谐振控制器；所述比例控制器与至少两个所述谐振控制器并联，所述电网侧电流的谐波分量与所述网侧输出谐波电流参考值的差值，输入到并联的所述比例控制器和至少两个所述谐振控制器中，将所述比例控制器和至少两个所述谐振控制器得到的输出相加，得到电网侧谐波电压的参考值。4.根据权利要求3所述的虚拟同步机控制系统，其特征在于，所述比例控制器的传递函数为K
p
；所述谐振控制器的传递函数为：式中，G
Ri
为谐振控制器的传递函数，k
ri
为谐振控制器的增益系数，h为谐振频率次数，ω
b
为谐振控制器带宽，ω0为电网电压的基波角频率，s表示拉普拉斯算子。5.根据权利要求1所述的虚拟同步机控制系统，其特征在于，还包括多谐振控制器；所述多谐振控制器与所述电压控制器并联，所述多谐振控制器用于跟踪所述电网侧谐波电压的参考值。6.一种虚拟同步机控制方法，其特征在于，应用于权利要求1
‑
5任一项所述的虚拟同步机控制系统，所述虚拟同步机控制方法包括：
所述功率控制器根据所述虚拟同步机输出电压和电网侧电流得到所述虚拟同步机输出电压的参考值；所述解耦模块将所述电网侧电流的基波分量提取出来，得到电网侧电流的谐波分量，并将所述电网侧电流的谐波分量输入至所述补偿控制器；所述补偿控制器根据所述电网侧电流的谐波分量与网侧输出谐波电流参考值的差值，得到电网侧谐波电压的参考值，并将所述电网侧谐波电压的参考值反馈至所述电压控制器的输入端；所述电压控制器根据所述虚拟同步机输出电压的参考值、所述电网侧谐波电压的参考值和所述虚拟同步机输出电压，计算得到参考电流值；所述电压控制器根据所述虚拟同步机输出电压的参考值，对所述虚拟同步机输出电压进行电压外环控制，跟踪所述虚拟同步机输出电压的参考值；所述电流控制器根据所述参考电流值进行电流内环控制，跟踪所述参考电流值。7.根据权利要求6所述的虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述补偿控制器包括比例控制器和至少两个谐振控制器；所述补偿控制器根据所述电网侧电流的谐波分量与网侧输出谐波电流参考值的差值，得到电网侧谐波电压的参考值，并将所述电网侧谐波电压的参考值反馈至所述电压控制器的输入端，包括：控制所述比例控制器和至少两个谐振控制器根据各次谐波对应的所述电网侧电流的谐波分量与网侧输出谐波电流参考值的差值，得到各次谐波对应的电网侧谐波电压的参考值；将各次谐波对应的电网侧谐波电压的参考值相加，得到电网侧谐波电压的参考值，并将所述电网侧谐波电压的参考值反馈至所述电压控制器的输入端。8.根据权利要求6所述的虚拟同步机控制方法，其特征在于，所述功率控制器包括瞬时功率计算单元、控制单元和电压指令生成单元，所述功率控制器根据所述虚拟同步机输出电压和电网侧电流得到所述虚拟同步机输出电压的参考值，包括：所述瞬时功率计算单元根据所述虚拟同步机输出电压以及电网侧电流，得到有功功率的输出值和无功功率的输出值；所述控制单元根据有功功率的输出值和无功功率的输出值得到所述虚拟同步机输出电压的相位角的参考值和幅值的参考值；所述电压指令生成单元根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，陈文文，彭子平，易淑智，钟红，吴兰，蓝海文，黄芳，谭紫云，钟远峰，夏涵，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司韶关供电局，
类型：发明
国别省市：