CN105958552A - 适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法，包括以下步骤：1)有功环模拟调速器和转子机械特性，获得输出正序电压频率和相位指令；2)无功环模拟励磁控制器，得到输出正序电压幅值指令；3)电压控制与虚拟同步阻抗环模拟定子电气特性；4)正负序电流环实现对正负序电流指令的精确跟踪，并消除输出负序电流；5)正负序电流环组合得到调制信号，经PWM后得到开关信号。与现有方法相比，本发明可以消除由于电网不平衡引起的输出有功功率波动和频率波动；而且本发明可以保证虚拟同步发电机输出电流始终保持平衡，避免逆变器的某一桥臂的电气应力过大。

Description

适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法

技术领域：

本发明属于虚拟同步电机控制领域，具体涉及一种适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法。

背景技术：

以风力、光伏为主的可再生新能源发电主要是以电力电子变流器作为并网接口，其具有控制灵活、响应迅速等优点，但也存在缺少惯性和阻尼等不足，尤其目前并网变流器往往是以电流源模式并网，这些与传统能源所采用的同步发电机在外特性上具有显著差别。现在随着分布式可再生能源渗透率的不断提高，电力系统中的旋转备用容量及转动惯量相对减少，使得系统频率波动性增加，电能质量变差，严重时危及系统的频率稳定性，对电网的安全稳定运行带来了严峻挑战，这严重限制了新能源的并网容量。为了充分发挥分布式能源的优势，减弱分布式电源对配电网和传输网的影响，让电网消纳更多的分布式能源，分布式电源必须参与配电网和传输网的调频和调压过程，分布式电源潜在辅助服务必须被充分挖掘，分布式电源必须向电网提供必要的辅助服务。

虚拟同步发电机是近年来提出的一种适合新能源广泛接入的并网控制策略，它通过模拟传统同步发电机的外特性，因此可以使并网变流器像传统同步发电机一样向电网提供惯性和一次调频调压功能。根据众多学者的共识，并网变流器模拟同步电机特性是未来并网变流器控制的趋势。

传统虚拟同步发电机控制策略多是以并网点电压三相平衡的假设条件为前提，而实际运行中，并网点电压总是因负载不平衡、电网不平衡故障以及非全相运行等原因不满足三相平衡的条件。在电网电压或负载不平衡时，虚拟同步发电机会出现输出功率波动以及输出电流不平衡等现象，这进而会引起虚拟同步发电机的一次调频调压效果以及会导致逆变器某一桥臂承受的电气应力过大而威胁系统的安全稳定运行。

发明内容：

本发明针对现有虚拟同步发电机技术的不平衡电网及负载条件下虚拟同步发电机存在的功率波动及电流不平衡的问题，提供了一种适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法，包括以下步骤：

1)有功控制环首先通过下垂控制模拟传统同步发电机的调速器，实现一次调频功能；即根据虚拟同步发电机的实际输出基波频率ω₊与频率参考指令ω_ref+作差乘以下垂系数加到有功功率的参考指令P_ref+上得到正序机械功率指令P_m+，然后有功控制环中通过虚拟惯量控制模拟传统同步发电机的转子机械特性，实现对电网的惯性支撑，即将P_m+与实际输出正序基波有功功率P_e+作差得到P_err+，其除以转动惯量M并对结果积分后得到虚拟同步电机的输出频率ω₊，进而得到虚拟同步发电机的输出电压的相位指令θ₊；

2)无功功率环通过无功下垂控制模拟传统发电机的励磁控制器，实现向电网提供一次调压的功能，即将无功功率指令Q_ref+与实际输出的无功功率Q₊作差，乘以无功下垂系数后加到电压指令上得到虚拟同步发电机的正序虚拟内电势e_d+；

3)电压控制与虚拟同步阻抗环模拟同步发电机定子绕组的电气特性；首先检测逆变器输出电压按照步骤1)中得到的相位指令θ₊定向进行Park变换得到正序输出电压dq分量v_d+和v_q+，再利用步骤2)中得到的正序虚拟内电势e_d+和e_q+分别与v_d+,v_q+作差后乘以虚拟同步导纳矩阵得到正序电流指令和

4)电流环实现正负序电流的精确跟踪以及过电流保护，分正序电流控制环和负序电流控制环两部分；其中，正序电流环首先检测逆变器输出电流按照步骤1)中得到的相位指令θ₊定向进行Park变换得到正序输出电流dq分量i_d+和i_q+；然后利用步骤3)得到的正序电流指令和分别与正序输出电流dq分量i_d+和i_q+作差后经过PI调节器得到正序调制波的dq分量和然后再将和按θ₊定向进行Park反变换，得到正序调制波负序电流环首先对逆变器输出电压中的负序分量进行提取并锁相，得到负序电压的相位θ_-；然后检测逆变器输出电流按照负序电压的相位θ_-定向进行Park变换得到负序输出电流dq分量i_d-和i_q-；然后利负序电流指令和均为0并分别与负序输出电流dq分量i_d-和i_q-作差后经过PI调节器得到负序调制波的dq分量和然后再将和按θ_-定向进行Park反变换，得到负序调制波

5)将步骤4)得到的正序调制波和负序调制波相加得到总的调制信号然后经过PWM后得到开关信号，进而用于驱动开关网络。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，有功控制环中通过有功下垂控制实现对传统发电机中调速器的模拟，根据虚拟同步电机的实际输出基波频率ω₊与频率参考指令ω_ref+作差乘以下垂系数k_p加到有功功率的参考指令P_ref+上得到正序机械功率指令P_m+，其具体公式如下：

P_m+＝P_ref+-k_p(ω₊-ω_ref+) (1)

然后，有功控制环中通过虚拟惯量控制实现对传统发电机中转子机械特性的模拟，根据正序机械功率指令P_m+与实际输出正序基波有功功率P_e+的差值P_err+计算得到虚拟同步电机的输出频率ω₊，进而得到虚拟同步发电机的输出电压的相位指令θ₊，具体公式如下：

${\mathrm{\ω}}_{+}=\frac{1}{Ms}(P_{m+}-P_{e+})---\left(2\right)$

${\mathrm{\θ}}_{+}=\frac{{\mathrm{\ω}}_{+}}{s}---\left(3\right)$

式中：M＝J·ω_ref+，J是转动惯量，s为积分算子；

其中，正序基波有功功率P_e+利用正序输出电压dq分量v_d+,v_q+和正序输出电流dq分量i_d+,i_q+计算而得，具体公式如下：

$P_{e+}=\frac{3}{2}(v_{d+}{i}_{d+}+v_{q+}{i}_{q+})---\left(4\right).$

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，无功功率环将无功功率指令Q_ref+与实际输出的无功功率Q₊作差，乘以无功下垂系数k_q后加到电压指令V_ref+上得到虚拟同步发电机的正序虚拟内电势e_d+，具体公式如下：

e_d+＝V_ref+-k_q(Q₊-Q_ref+) (5)

其中，正序基波无功功率Q₊利用正序输出电压dq分量v_d+,v_q+和正序输出电流dq分量i_d+,i_q+计算而得，具体公式如下：

$Q_{+}=\frac{3}{2}(v_{q+}{i}_{d+}-v_{d+}{i}_{q+})---\left(6\right).$

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，电压控制与虚拟同步阻抗环利用步骤2)中得到的正序虚拟内电势e_d+和e_q+分别与v_d+,v_q+作差后乘以虚拟同步导纳矩阵得到正序电流指令和具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{d+}^{*}\\ i_{q+}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{R_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}& \frac{{\mathrm{\ω}}_0{L}_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_{0}L\right)}^2+R_v^2}\\ -\frac{{\mathrm{\ωL}}_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}& \frac{R_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_{d+}-v_{d+}\\ e_{q+}-v_{q+}\end{array}\right]---\left(7\right)$

式中：R_v是虚拟同步电阻，L_v是虚拟同步电感，ω₀是同步旋转角频率。

本发明进一步的改进在于，步骤4)中，电流环用来实现正负序电流的精确跟踪以及过电流保护，共分正序电流环和负序电流环两部分；其中，

正序电流环将正序电流指令和分别与正序输出电流反馈的dq分量i_d+和i_q+作差后经过PI调节器得到正序调制波的dq分量和然后再将其进行Park反变换后得到正序调制波正序电流PI调节器的具体公式如下：

$u_{d+}^{*}=(k_{p+}+\frac{k_{i+}}{s})\·(i_{d+}^{*}-i_{d+})-{\mathrm{\ω}}_0{L}_f{i}_{q+}+v_{d+}---\left(8\right)$

$u_{q+}^{*}=(k_{p+}+\frac{k_{i+}}{s})\·(i_{q+}^{*}-i_{q+})+{\mathrm{\ω}}_0{L}_f{i}_{d+}+v_{q+}---\left(9\right)$

式中：k_p+是正序电流环PI调节器的比例系数，k_i+是正序电流环PI调节器的积分系数，L_f是滤波电感；

其中，i_d+和i_q+分别代表正序输出电流的dq分量，是通过检测逆变器输出电流后按步骤1)中得到的相位指令θ₊定向进行Park变换得到，和分别为正序电流d轴和q轴PI调节器的输出，代表正序调制波的dq分量，是调制波的正序部分，是将和按θ₊定向进行Park反变换得到；

负序电流环令负序电流指令和均为0，其分别与负序输出电流反馈的dq分量i_d-和i_q-作差后经过PI调节器得到负序调制波的dq分量和然后再将其进行Park反变换后得到负序调制波负序电流PI调节器的具体公式如下：

$u_{d-}^{*}=-(k_{p-}+\frac{k_{i-}}{s})\·i_{d-}---\left(10\right)$

$u_{q-}^{*}=-(k_{p-}+\frac{k_{i-}}{s})\·i_{q-}---\left(11\right)$

式中：k_p-是负序电流环PI调节器的比例系数，k_i-是负序电流环PI调节器的积分系数；

其中，i_d-和i_q-分别代表负序输出电流的dq分量，是首先通过对逆变器输出电压中的负序分量进行提取并锁相，得到负序电压的相位θ_-，然后检测逆变器输出电流后按照θ_-定向进行Park变换得到；和分别为负序电流d轴和q轴PI调节器的输出，代表负序调制波的dq分量；是调制波的正序部分，是将和按θ_-定向进行Park反变换得到；

然后，将得到的正序调制波和负序调制波相加得到总的调制信号然后经过PWM后得到开关信号，进而用于驱动开关网络。

与现有技术相比，本发明适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法的优点体现在：

本发明以消除虚拟同步发电机输出有功功率的二倍频波动和负序电流为控制目标，利用对称分量法对不平衡电网的电压的正负序分量进行分解，然后对其正负序分量进行分别控制。该发明可以消除由于电网不平衡引起的虚拟同步发电机输出有功功率波动的问题，进而使得虚拟同步发电机输出频率波动更小；而且该发明可以保证虚拟同步发电机输出电流始终保持平衡，避免了电网电压不平衡引起的输出电流不平衡使得逆变器的某一桥臂的电气应力过大。

附图说明：

图1为本发明适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法的总体控制框图；

图2为有功控制环部分；

图3为无功控制环部分；

图4为电压控制与虚拟同步阻抗环部分；

图5为正负序电流控制环；

图6为实施例在不平衡度为5％工况下的电网电压波形；

图7为有功功率响应波形对比图；其中，图7(a)是传统方案与本发明方案的有功功率响应波形整体对比，图7(b)是二者对比的放大图；

图8为频率响应波形对比图；其中，图8(a)分别是传统方案与本发明方案的频率响应波形整体对比，图8(b)是二者对比的放大图；

图9为输出电流响应的对比图；其中，图9(a)和(b)分别是传统方案与本发明方案的电流响应波形。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明提供的适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法，总体框图如图1所示。包括以下步骤：

1)有功控制环根据虚拟同步电机的实际输出基波频率ω₊与频率参考指令ω_ref+作差乘以下垂系数加到有功功率的参考指令P_ref+上得到正序机械功率指令P_m+。再将P_m+与实际输出正序基波有功功率P_e+作差得到P_err+，其除以转动惯量M并对结果积分后得到虚拟同步电机的输出频率ω₊，进而得到虚拟同步发电机的输出电压的相位指令θ₊。如图2所示。

其中，P_ref+为二次调频给出的虚拟同步电机并网运行的有功功率指令。P_m+与同步电机的机械转矩对应。P_e+与同步电机的电磁转矩对应，也是并网变流器注入电网的有功功率。M＝J·ω_ref+，J为虚拟同步电机的转动惯量。ω_ref+是电网额定频率，也即同步角速度。此部分为虚拟同电机控制提供端口电压的相位信息，并为上层调度指令留有接口。

该步骤中，根据虚拟同步电机的实际输出基波频率ω₊与频率参考指令作差乘以下垂系数k_p加到有功功率的参考指令P_ref+上得到正序机械功率指令P_m+。具体公式如下：

P_m+＝P_ref+-k_p(ω₊-ω_ref+) (1)

该步骤中，根据正序机械功率指令P_m+与实际输出正序基波有功功率P_e+的差值P_err+计算得到虚拟同步电机的输出频率ω₊，进而得到虚拟同步发电机的输出电压的相位指令θ₊，具体公式如下：

${\mathrm{\ω}}_{+}=\frac{1}{Ms}(P_{m+}-P_{e+})---\left(2\right)$

${\mathrm{\θ}}_{+}=\frac{{\mathrm{\ω}}_{+}}{s}---\left(3\right)$

式中：M＝J·ω_ref+，J是转动惯量，s为积分算子。

其中，正序基波有功功率P_e+利用正序输出电压dq分量v_d+,v_q+和正序输出电流dq分量i_d+,i_q+计算而得，具体公式如下：

$P_{e+}=\frac{3}{2}(v_{d+}{i}_{d+}+v_{q+}{i}_{q+})---\left(4\right).$

2)无功功率环通过无功下垂控制模拟传统发电机的励磁控制器，实现向电网提供一次调压的功能。无功下垂控制是将无功功率指令Q_ref+与实际输出的无功功率Q₊作差，乘以无功下垂系数后加到电压指令上得到虚拟同步发电机的正序虚拟内电势e_d+。如图3所示。

其中，Q_ref+为上层调度给定的虚拟同步电机无功功率指令。Q₊是虚拟同步发电机实际输出的无功功率。此部分模拟了传统同步发电机的励磁控制器部分，为虚拟同电机控制提供端口电压的幅值信息，为系统提供调压功能。

该步骤中，虚拟同步发电机的正序虚拟内电势e_d+计算的具体公式如下：

e_d+＝V_ref+-k_q(Q₊-Q_ref+) (5)

其中，正序基波无功功率Q₊利用正序输出电压dq分量v_d+,v_q+和正序输出电流dq分量i_d+,i_q+计算而得，具体公式如下：

$Q_{+}=\frac{3}{2}(v_{q+}{i}_{d+}-v_{d+}{i}_{q+})---\left(6\right).$

3)电压控制与虚拟同步阻抗环首先检测逆变器输出电压按照步骤1)中得到的相位指令θ₊定向进行Park变换得到正序输出电压dq分量v_d+和v_q+，再利用步骤2)中得到的正序虚拟内电势e_d+和e_q+分别与v_d+,v_q+作差后乘以虚拟同步导纳矩阵得到正序电流指令和如图4所示。

其中，v_d+,v_q+分别为输出电压正序电压在正序同步旋转坐标系中的dq分量。此部分模拟同步发电机定子绕组的电气特性。

该步骤中，正序虚拟内电势e_d+,e_q+分别与v_d+,v_q+作差后乘以虚拟同步导纳矩阵得到正序电流指令和具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{d+}^{*}\\ i_{q+}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{R_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}& \frac{{\mathrm{\ω}}_0{L}_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_{0}L\right)}^2+R_v^2}\\ -\frac{{\mathrm{\ωL}}_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}& \frac{R_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_{d+}-v_{d+}\\ e_{q+}-v_{q+}\end{array}\right]---\left(7\right)$

式中：R_v是虚拟同步电阻，L_v是虚拟同步电感，ω₀是同步旋转角频率。

4)电流环用来实现正负序电流的精确跟踪以及过电流保护，如图5所示。共分正序电流环和负序电流环两部分。

正序电流环将正序电流指令和分别与正序输出电流反馈的dq分量i_d+和i_q+作差后经过PI调节器得到正序调制波的dq分量和然后再将其进行Park反变换后得到正序调制波正序电流PI调节器的具体公式如下：

$u_{d+}^{*}=(k_{p+}+\frac{k_{i+}}{s})\·(i_{d+}^{*}-i_{d+})-{\mathrm{\ω}}_0{L}_f{i}_{q+}+v_{d+}---\left(8\right)$

$u_{q+}^{*}=(k_{p+}+\frac{k_{i+}}{s})\·(i_{q+}^{*}-i_{q+})+{\mathrm{\ω}}_0{L}_f{i}_{d+}+v_{q+}---\left(9\right)$

其中，i_d+和i_q+分别代表正序输出电流的dq分量，是通过检测逆变器输出电流后按步骤1)中得到的相位指令θ₊定向进行Park变换得到。和分别为正序电流d轴和q轴PI调节器的输出，代表正序调制波的dq分量。是调制波的正序部分，是将和按θ₊定向进行Park反变换得到。

负序电流环令负序电流指令和均为0，其分别与负序输出电流反馈的dq分量i_d-和i_q-作差后经过PI调节器得到负序调制波的dq分量和然后再将其进行Park反变换后得到负序调制波负序电流PI调节器的具体公式如下：

$u_{d-}^{*}=-(k_{p-}+\frac{k_{i-}}{s})\·i_{d-}---\left(10\right)$

$u_{q-}^{*}=-(k_{p-}+\frac{k_{i-}}{s})\·i_{q-}---\left(11\right)$

其中，i_d-和i_q-分别代表负序输出电流的dq分量，是首先通过对逆变器输出电压中的负序分量进行提取并锁相，得到负序电压的相位θ_-，然后检测逆变器输出电流后按照θ_{_}定向进行Park变换得到。和分别为负序电流d轴和q轴PI调节器的输出，代表负序调制波的dq分量。是调制波的正序部分，是将和按θ_{_}定向进行Park反变换得到。

然后，将得到的正序调制波和负序调制波相加得到总的调制信号然后经过PWM后得到开关信号，进而用于驱动开关网络。

实施例：

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

电网频率发生阶跃时虚拟同步发电机的响应过程，对比加入本发明所提方法与不加本发明所提方法的虚拟同步发电机控制效果。实施例的具体参数设置参见表1：

表1实施例参数

实施工况为虚拟同步发电机运行在并网模式下，电网电压不平衡度为5％。电网电压波形如图6所示。

起始稳态时，电网频率为50Hz，虚拟同步发电机输出有功功率稳态值为5000W。在t＝3s时刻，电网频率阶跃至50.1Hz。虚拟同步发电机的有功功率响应波形如图7(a)所示，其中浅色线是传统虚拟同步发电机算法对应的有功功率响应波形，深色实线是本发明提出的适应不平衡并网及负载条件的虚拟同步发电机算法对应的有功功率响应波形，该波形在2.5s-2.6s的特写如图7(b)所示。从图中可以看出，本发明提出的适应不平衡并网及负载条件的虚拟同步发电机算法可以明显抑制由于不平衡电网条件引起的有功功率的波动。虚拟同步发电机的频率响应波形如图8(a)所示，其中浅色线是传统虚拟同步发电机算法对应的频率响应波形，深色线是本发明提出的虚拟同步发电机算法对应的频率响应波形，该波形在2.5s-2.7s的特写如图8(b)所示。从图中可以看出，本发明提出的适应不平衡并网及负载条件的虚拟同步发电机算法可以明显抑制由于不平衡电网条件引起的虚拟同步发电机输出电压频率波动。传统虚拟同步发电机方案与本发明提出的虚拟同步发电机方案的输出电流波形如图9(a)和(b)所示。从图中可以看出，本发明提出的虚拟同步发电机方案可以明显消除由于电网电压不平衡引起的输出电流不平衡，因而避免了因逆变器的某一桥臂的电气应力过大而对系统的安全稳定运行带来的威胁。

综上，该实施例证明了本发明可以有效解决由于虚拟同步发电机并网交流母线电压不平衡引起的有功功率波动、频率波动以及输出电流不平衡的问题，使虚拟同步发电机在不平衡电网或负载条件下仍能有效正常工作。

Claims (5)

1.适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)有功控制环首先通过下垂控制模拟传统同步发电机的调速器，实现一次调频功能；即根据虚拟同步发电机的实际输出基波频率ω₊与频率参考指令ω_ref+作差乘以下垂系数加到有功功率的参考指令P_ref+上得到正序机械功率指令P_m+，然后有功控制环中通过虚拟惯量控制模拟传统同步发电机的转子机械特性，实现对电网的惯性支撑，即将P_m+与实际输出正序基波有功功率P_e+作差得到P_err+，其除以转动惯量M并对结果积分后得到虚拟同步电机的输出频率ω₊，进而得到虚拟同步发电机的输出电压的相位指令θ₊；

2)无功功率环通过无功下垂控制模拟传统发电机的励磁控制器，实现向电网提供一次调压的功能，即将无功功率指令Q_ref+与实际输出的无功功率Q₊作差，乘以无功下垂系数后加到电压指令上得到虚拟同步发电机的正序虚拟内电势e_d+；

3)电压控制与虚拟同步阻抗环模拟同步发电机定子绕组的电气特性；首先检测逆变器输出电压按照步骤1)中得到的相位指令θ₊定向进行Park变换得到正序输出电压dq分量v_d+和v_q+，再利用步骤2)中得到的正序虚拟内电势e_d+和e_q+分别与v_d+，v_q+作差后乘以虚拟同步导纳矩阵得到正序电流指令和

4)电流环实现正负序电流的精确跟踪以及过电流保护，分正序电流控制环和负序电流控制环两部分；其中，正序电流环首先检测逆变器输出电流按照步骤1)中得到的相位指令θ₊定向进行Park变换得到正序输出电流dq分量i_d+和i_q+；然后利用步骤3)得到的正序电流指令和分别与正序输出电流dq分量i_d+和i_q+作差后经过PI调节器得到正序调制波的dq分量和然后再将和按θ₊定向进行Park反变换，得到正序调制波负序电流环首先对逆变器输出电压中的负序分量进行提取并锁相，得到负序电压的相位θ_{_}；然后检测逆变器输出电流按照负序电压的相位θ_{_}定向进行Park变换得到负序输出电流dq分量i_d-和i_q-；然后利负序电流指令和均为0并分别与负序输出电流dq分量i_d-和i_q-作差后经过PI调节器得到负序调制波的dq分量和然后再将和按θ_{_}定向进行Park反变换，得到负序调制波

5)将步骤4)得到的正序调制波和负序调制波相加得到总的调制信号然后经过PWM后得到开关信号，进而用于驱动开关网络。

2.根据权利要求1所述的适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤1)中，有功控制环中通过有功下垂控制实现对传统发电机中调速器的模拟，根据虚拟同步电机的实际输出基波频率ω₊与频率参考指令ω_ref+作差乘以下垂系数k_p加到有功功率的参考指令P_ref+上得到正序机械功率指令P_m+，其具体公式如下：

P_m+＝P_ref+-k_p(ω₊-ω_ref+) (1)

然后，有功控制环中通过虚拟惯量控制实现对传统发电机中转子机械特性的模拟，根据正序机械功率指令P_m+与实际输出正序基波有功功率P_e+的差值P_err+计算得到虚拟同步电机的输出频率ω₊，进而得到虚拟同步发电机的输出电压的相位指令θ₊，具体公式如下：

${\mathrm{\ω}}_{+}=\frac{1}{Ms}(P_{m+}-P_{e+})---\left(2\right)$

${\mathrm{\θ}}_{+}=\frac{{\mathrm{\ω}}_{+}}{s}---\left(3\right)$

式中：M＝J·ω_ref+，J是转动惯量，s为积分算子；

其中，正序基波有功功率P_e+利用正序输出电压dq分量v_d+,v_q+和正序输出电流dq分量i_d+,i_q+计算而得，具体公式如下：

$P_{e+}=\frac{3}{2}(v_{d+}{i}_{d+}+v_{q+}{i}_{q+})---\left(4\right).$

3.根据权利要求1所述的适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤2)中，无功功率环将无功功率指令Q_ref+与实际输出的无功功率Q₊作差，乘以无功下垂系数k_q后加到电压指令V_ref+上得到虚拟同步发电机的正序虚拟内电势e_d+，具体公式如下：

e_d+＝V_ref+-k_q(Q₊-Q_ref+) (5)

其中，正序基波无功功率Q₊利用正序输出电压dq分量v_d+,v_q+和正序输出电流dq分量i_d+,i_q+计算而得，具体公式如下：

$Q_{+}=\frac{3}{2}(v_{q+}{i}_{d+}-v_{d+}{i}_{q+})---\left(6\right).$

4.根据权利要求3所述的适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤3)中，电压控制与虚拟同步阻抗环利用步骤2)中得到的正序虚拟内电势e_d+和e_q+分别与v_d+,v_q+作差后乘以虚拟同步导纳矩阵得到正序电流指令和具体公式如下：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{d+}^{*}\\ i_{q+}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{R_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}& \frac{{\mathrm{\ω}}_0{L}_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_{0}L\right)}^2+R_v^2}\\ -\frac{{\mathrm{\ωL}}_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}& \frac{R_v}{{\left({\mathrm{\ω}}_0{L}_v\right)}^2+R_v^2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_{d+}-v_{d+}\\ e_{q+}-v_{q+}\end{array}\right]---\left(7\right)$

式中：R_v是虚拟同步电阻，L_v是虚拟同步电感，ω₀是同步旋转角频率。

5.根据权利要求4所述的适应不平衡电网及负载条件的虚拟同步发电机控制方法，其特征在于，步骤4)中，电流环用来实现正负序电流的精确跟踪以及过电流保护，共分正序电流环和负序电流环两部分；其中，

正序电流环将正序电流指令和分别与正序输出电流反馈的dq分量i_d+和i_q+作差后经过PI调节器得到正序调制波的dq分量和然后再将其进行Park反变换后得到正序调制波正序电流PI调节器的具体公式如下：

$u_{d+}^{*}=(k_{p+}+\frac{k_{i+}}{s})\·(i_{d+}^{*}-i_{d+})-{\mathrm{\ω}}_0{L}_f{i}_{q+}+v_{d+}---\left(8\right)$

$u_{q+}^{*}=(k_{p+}+\frac{k_{i+}}{s})\·(i_{q+}^{*}-i_{q+})+{\mathrm{\ω}}_0{L}_f{i}_{d+}+v_{q+}---\left(9\right)$

式中：k_p+是正序电流环PI调节器的比例系数，k_i+是正序电流环PI调节器的积分系数，L_f是滤波电感；

其中，i_d+和i_q+分别代表正序输出电流的dq分量，是通过检测逆变器输出电流后按步骤1)中得到的相位指令θ₊定向进行Park变换得到，和分别为正序电流d轴和q轴PI调节器的输出，代表正序调制波的dq分量，是调制波的正序部分，是将和按θ₊定向进行Park反变换得到；

负序电流环令负序电流指令和均为0，其分别与负序输出电流反馈的dq分量i_d-和i_q-作差后经过PI调节器得到负序调制波的dq分量和然后再将其进行Park反变换后得到负序调制波负序电流PI调节器的具体公式如下：

$u_{d-}^{*}=-(k_{p-}+\frac{k_{i-}}{s})\·i_{d-}---\left(10\right)$

$u_{q-}^{*}=-(k_{p-}+\frac{k_{i-}}{s})\·i_{q-}---\left(11\right)$

式中：k_p-是负序电流环PI调节器的比例系数，k_i-是负序电流环PI调节器的积分系数；

其中，i_d-和i_q-分别代表负序输出电流的dq分量，是首先通过对逆变器输出电压中的负序分量进行提取并锁相，得到负序电压的相位θ_{_}，然后检测逆变器输出电流后按照θ_{_}定向进行Park变换得到；和分别为负序电流d轴和q轴PI调节器的输出，代表负序调制波的dq分量；是调制波的正序部分，是将和按θ_{_}定向进行Park反变换得到；

然后，将得到的正序调制波和负序调制波相加得到总的调制信号然后经过PWM后得到开关信号，进而用于驱动开关网络。