本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)控制技術(shù)，特別涉及一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的不平衡電壓控制方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的日益加強(qiáng)。同時(shí)，煤、石油等傳統(tǒng)能源對(duì)環(huán)境的污染加重，因此，針對(duì)新能源合理應(yīng)用的分布式發(fā)電得到越來(lái)越多的關(guān)注。由于大多數(shù)分布式能源都要通過(guò)逆變器接入電網(wǎng)，所以逆變器控制技術(shù)的研究顯得尤為重要。伴隨著更多的控制方法的研究與應(yīng)用，一些更為先進(jìn)的控制策略被逐步應(yīng)用在系統(tǒng)中。其中，智能控制更是被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

虛擬同步發(fā)電機(jī)，是在基于電力電子逆變器并網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)中，借助配備的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，并采用適當(dāng)?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器控制算法，使基于并網(wǎng)逆變器的分布式電源從外特性上模擬或部分模擬出同步發(fā)電機(jī)的頻率及電壓控制特性，從而改善分布式系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

大部分控制都是在電網(wǎng)平衡條件下進(jìn)行的，未考慮不平衡條件。電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)不平衡現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，若在逆變器控制策略設(shè)計(jì)過(guò)程中，未對(duì)不平衡情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。若電網(wǎng)發(fā)生不平衡現(xiàn)象，會(huì)使逆變器性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致逆變器損壞。其中，電網(wǎng)三相不平衡是逆變器設(shè)計(jì)中主要考慮的方面

當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)不平衡時(shí)，不平衡的電網(wǎng)電壓會(huì)使逆變器輸出電壓也同樣出現(xiàn)不平衡情況，使輸出電壓含有負(fù)序分量，從而影響三相逆變器的正常運(yùn)行。通過(guò)抑制負(fù)序電壓分量來(lái)使電壓達(dá)到平衡。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)電網(wǎng)不平衡影響三相逆變器的正常運(yùn)行的問(wèn)題，提出了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的不平衡電壓控制方法，在虛擬同步發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上，在離網(wǎng)條件下對(duì)l型濾波器提供一種平衡電壓控制方法，該方法在原有虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方法的基礎(chǔ)上，提出一種負(fù)序電壓控制策略。該方法可以使系統(tǒng)在不平衡的條件下迅速有效地達(dá)到平衡。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的不平衡電壓控制方法，虛擬同步發(fā)電機(jī)三相并網(wǎng)逆變器包括直流電壓源u、三相逆變器、l濾波器、檢測(cè)l濾波器輸出端電壓的電壓檢測(cè)器、檢測(cè)三相逆變器輸出電流的電流檢測(cè)器、虛擬勵(lì)磁機(jī)、虛擬電動(dòng)機(jī)、功率檢測(cè)器、虛擬同步發(fā)電機(jī)算法模塊、電壓正負(fù)序分離模塊及pwm驅(qū)動(dòng)模塊，直流電壓源電壓進(jìn)入三相逆變器，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生交流電壓，產(chǎn)生的電壓送入l濾波器，濾波后輸出并網(wǎng)端，系統(tǒng)控制方法具體如下：

通過(guò)虛擬勵(lì)磁機(jī)、虛擬電動(dòng)機(jī)及功率檢測(cè)器計(jì)算出實(shí)時(shí)有功功率和無(wú)功功率，送入虛擬同步發(fā)電機(jī)算法模塊，通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)有功功率得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，機(jī)械轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出電網(wǎng)的同步角速度和同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度；實(shí)時(shí)無(wú)功功率通過(guò)計(jì)算得到參考電壓；

l濾波器后的電壓檢測(cè)信號(hào)ua,ub,uc送入電壓正負(fù)序分離模塊，通過(guò)正負(fù)序分離分離結(jié)構(gòu)，將電壓ua,ub,uc分成正序電壓分量u^p和負(fù)序電壓分量uⁿ，再分別對(duì)正負(fù)序電壓分量進(jìn)行處理；

正序分量處理：將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓正序分量與參考電壓做差，所得的值經(jīng)過(guò)pi處理之后作為參考電流與三相逆變器輸出的實(shí)時(shí)電流的正序分量i^p進(jìn)行比較處理；

負(fù)序分量處理：將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓負(fù)序分量與參數(shù)零做差，所得的值經(jīng)過(guò)pi處理之后得到參考電流與三相逆變器輸出的實(shí)時(shí)電流的負(fù)序分量iⁿ進(jìn)行比較處理；

正負(fù)序電壓分量處理得到的結(jié)果再由兩相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到三相坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換后輸出信號(hào)再送入spwm模塊中，由spwm模塊輸出開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路后控制逆變器開(kāi)關(guān)的接通與關(guān)斷，從而控制并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的不平衡電壓控制方法，與現(xiàn)有的離網(wǎng)不平衡電壓控制方法相比，本發(fā)明采用電壓正負(fù)序分離的方法解決電網(wǎng)不平衡狀態(tài)下不平衡電壓的控制，能夠使不平衡電壓得到有效的抑制，從而使電網(wǎng)恢復(fù)平衡；本發(fā)明提出控制方法，擁有控制精度高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，可推廣到其它單相或者三相并網(wǎng)逆變器的控制方法當(dāng)中。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于虛擬同步發(fā)電機(jī)三相并網(wǎng)逆變器不平衡電壓控制方法的整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明負(fù)序電壓控制策略框圖；

圖3為本發(fā)明平衡電壓控制仿真圖。

具體實(shí)施方式

如圖1為本發(fā)明提出的一種在離網(wǎng)狀態(tài)下，基于虛擬同步發(fā)電機(jī)三相并網(wǎng)逆變器不平衡電壓控制方法的整體結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)主要包括直流電壓源u、三相逆變器、l濾波器、檢測(cè)l濾波器輸出端電壓的電壓檢測(cè)器、檢測(cè)三相逆變器輸出電流的電流檢測(cè)器、虛擬勵(lì)磁機(jī)、虛擬電動(dòng)機(jī)、功率檢測(cè)器、虛擬同步發(fā)電機(jī)算法模塊、電壓正負(fù)序分離模塊及pwm驅(qū)動(dòng)模塊。直流電壓源提供700v的電壓，進(jìn)入三相逆變器，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生交流電壓，產(chǎn)生的電壓送入l濾波器，濾波后輸出并網(wǎng)端。通過(guò)虛擬勵(lì)磁機(jī)、虛擬電動(dòng)機(jī)及功率檢測(cè)器計(jì)算出實(shí)時(shí)有功功率和無(wú)功功率，送入虛擬同步發(fā)電機(jī)算法模塊，通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)有功功率得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩，機(jī)械轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出電網(wǎng)的同步角速度和同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度(也就是電氣角速度)；實(shí)時(shí)無(wú)功功率通過(guò)相關(guān)計(jì)算得到參考電壓。然后，l濾波器后的電壓檢測(cè)信號(hào)ua,ub,uc送入電壓正負(fù)序分離模塊，通過(guò)正負(fù)序分離分離結(jié)構(gòu)，將電壓ua,ub,uc分成正序電壓分量u^p和負(fù)序電壓分量uⁿ，再分別對(duì)正負(fù)序電壓分量進(jìn)行處理；將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓正序分量與參考電壓做差，所得的值經(jīng)過(guò)pi處理之后作為參考電流與三相逆變器輸出的實(shí)時(shí)電流的正序分量i^p比較處理；再對(duì)負(fù)序分量進(jìn)行處理，與正序分量相似，但實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榭刂齐妷旱呢?fù)序分量為零，因此，負(fù)序分量與參數(shù)零做差，所得的值經(jīng)過(guò)pi處理之后得到參考電流與三相逆變器輸出的實(shí)時(shí)電流的負(fù)序分量iⁿ進(jìn)行比較處理；得到的結(jié)果再由兩相坐標(biāo)系到三相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。最后轉(zhuǎn)換后輸出信號(hào)再送入spwm模塊中，由spwm模塊輸出開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路后控制逆變器開(kāi)關(guān)的接通與關(guān)斷，從而控制并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)。

為說(shuō)明本發(fā)明的正確性和可行性，對(duì)一臺(tái)l型三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真參數(shù)為：直流電壓源電壓700v，電網(wǎng)電壓有效值220v，spwm的開(kāi)關(guān)頻率為15khz，l型濾波器參數(shù)為l1＝10mh。

虛擬同步發(fā)電機(jī)將有功、無(wú)功功率轉(zhuǎn)化為虛擬同步發(fā)電機(jī)的電勢(shì)電壓向量為

其中θ＝∫ωdt(ω為同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械角速度)為虛擬同步發(fā)電機(jī)的相位?？蓪?shí)現(xiàn)在三相電網(wǎng)電壓平衡時(shí)向電網(wǎng)注入恒定的功率，并可為電網(wǎng)提供慣性和阻尼支持。

電動(dòng)勢(shì)u可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量，且采用無(wú)中線連接的三相橋式逆變器，因此不考慮零序電動(dòng)勢(shì)的影響

其中u^p、uⁿ分別為正負(fù)序分量的峰值，αup、αun分別為正負(fù)序電動(dòng)勢(shì)的初相角。

兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下三相不平衡時(shí)逆變器輸出瞬時(shí)功率為：

式中p0、p1、p2分別表示有功功率的平均值、余弦諧波峰值和正弦諧波峰值，q0、q1、q2分別表示無(wú)功功率的平均值、余弦諧波峰值和正弦諧波峰值；d相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下有功電壓和電流為q相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下有功電壓和電流為d相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下無(wú)功電壓和電流為q相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下無(wú)功電壓和電流為因此，只要處理掉負(fù)序電壓分量，功率平衡也能解決。

因此，在不平衡電網(wǎng)電壓下，平衡電壓的控制方案如圖2。

圖3為采用抑制電壓負(fù)序分量策略后得到的平衡電壓控制波形。從圖中可以看出，在電網(wǎng)電壓三相不平衡時(shí)，逆變器輸出的電壓仍保持三相對(duì)稱。其負(fù)序分量得到抑制。從而可以得出，加入負(fù)序電壓控制之后，vsg可以輸出平衡的三相電壓。