CN107863786A - 基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法 - Google Patents
基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107863786A CN107863786A CN201711180071.4A CN201711180071A CN107863786A CN 107863786 A CN107863786 A CN 107863786A CN 201711180071 A CN201711180071 A CN 201711180071A CN 107863786 A CN107863786 A CN 107863786A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mrow
- msub
- virtual
- power converter
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
- H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
- H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法，涉及交直流混合微电网中的双向功率控制领域。本发明的双向功率变换器是由开关管构成的三相三桥臂结构，具有直流侧电容和交流侧滤波电感，双向功率变换器的交流侧输出电压等效于同步电机的激磁电动势，交流侧电网电压等效于同步电机的端电压，滤波电感等效于同步电机的电枢绕组，等效后，双向功率变换器即可作为虚拟同步电机，其惯量模拟单元为直流侧电容；分别通过虚拟频率控制器、虚拟励磁调节器和虚拟电机控制单元，实现了能量的双向传输，直流电压变化量和交流频率波动都变小，具有了一定的惯性，改善了系统的动态响应，提高了系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及交直流混合微电网双向控制领域，具体是一种基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法，适用于实现交、直流微电网之间能量的双向流动。
背景技术
随着分布式电源渗透率的提高，微电网这一综合不同能源优势、可控性好的技术日趋成熟。微电网根据源-荷性质不同分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网。交直流混合微电网可将交、直流微电网有序、独立地接在同一网络中，简化微电网结构，节省功率变换装置，减小系统损耗，使得控制更加灵活，提高了整个系统的经济性和可靠性，具有显著优点。
双向功率变换器能够实现能量的双向流动，连接交、直流母线，是交直流混合微电网中的核心元件，但是变换器控制的响应速度十分迅速，使得系统基本不具备惯量。通过在双向功率变换器中加入虚拟电机控制策略，能够模拟传统同步电机的转动惯量，改善系统的响应特性。有学者提出了同步逆变器模拟同步发电机转子运动方程与电磁方程，但是仅考虑能量由直流侧流向交流侧，且直流侧用恒压源代替；有学者研究了交直流混合微电网在交流电网电压不平衡情况下的控制策略，但是没有研究系统的频率稳定性；有学者研究了双向功率变换器的功率平衡控制，但是未考虑系统的惯性问题；有学者采用虚拟同步发电机控制策略，但是仅研究对于逆变器的控制，未考虑能量的双向流动；对直流侧储能参数的设计是依据功率波动和能量需求，未考虑直流电压波动的影响。因此，在交直流混合微电网中，现有的双向功率变换器的相关控制技术仍有诸多缺陷，双向功率变换器需要一种考虑转动惯量的控制方法。
发明内容
本发明为了解决交直流混合微电网缺乏转动惯量，电力电子变换器响应迅速，频率稳定性低，限制可再生能源渗透率提高等问题，以及现有双向功率变换器控制中不考虑惯性的问题，提供了一种基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法。
本发明所提控制策略主要用于交直流混合微电网中的双向功率变换器，交直流混合微电网由交流微电网和直流微电网组成，交流微电网中包含了交流性质的分布式电源和负荷，直流微电网中包含了直流性质的分布式电源和负荷，交流微电网的交流母线与直流微电网的直流母线通过双向功率变换器连接，交流微电网通过变压器与公共电网连接。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法，所述双向功率变换器包括开关管构成的三相三桥臂结构、直流侧电容和交流侧滤波电感，使双向功率变换器的交流侧输出电压等效为同步电机的激磁电动势，交流侧电网电压等效为同步电机的端电压，交流侧滤波电感等效为同步电机的电枢绕组，等效后，双向功率变换器即可作为虚拟同步电机、其惯量模拟单元为直流侧电容；所述双向功率变换器由控制单元所控制；
当虚拟同步电机的功角δ＞0时，双向功率变换器运行于同步发电机模式，由控制单元输出开关信号，能量从直流侧流入交流侧，使电路工作于逆变状态；
当虚拟同步电机的功角δ＜0时，双向功率变换器运行于同步电动机模式，由控制单元输出开关信号，能量从交流侧流入直流侧，使电路工作于整流状态。
根据虚拟功角δ的正负可以改变变换器的功率传输方向，实现能量的双向传输。
所述双向功率变换器的控制单元包括虚拟频率控制器、虚拟励磁调节器和虚拟电机控制单元，各部分控制方法如下：
a.虚拟频率控制器，包括虚拟调速器、直流电压控制部分和机电能量转换部分；
①虚拟调速器：模拟传统同步发电机的调速器，实现一次调频；采集双向功率变换器交流侧频率ω，与额定频率ωN比较作差，经过虚拟调速器的下垂控制环节后得到功率的增量ΔP，数学模型如下：
ΔP＝-kω(ω-ωN)
式中，kω为单位调节功率，即下垂系数；
式中，ω0为交流侧空载时的角频率，PN为额定功率，P0为交流侧空载时的功率；
②直流电压控制部分：采集直流电压信号Udc，与直流参考电压Udc *进行比较，将比较结果作为PI控制器的输入，PI控制器的输出值为双向功率变换器交直流侧功率平衡时流过变换器的电流值，与直流参考电压Udc *相乘即可得到直流微电网功率参考值Pdc，该直流电压控制的数学模型为：
式中，KP、KI为PI调节器的比例系数与积分系数；1/s为积分算子；其取值根据对整个系统控制的稳定性与精度要求进行选取；
③机电能量转换部分：虚拟调速器与直流电压控制部分的输出值经过叠加后产生参考功率，作为功率参考信号输入到转子运动方程中；模拟传统电机机电能量转化的本体模型，即模拟同步电机机械能与电磁能的转换，并作为虚拟机电功率即参考功率与实测功率的平衡模块，平抑系统功率波动，转子运动方程为：
式中，J为虚拟惯量，Pe为负荷功率，D为阻尼系数；阻尼系数D依据对系统动态响应的要求进行选择，阻尼系数大时，系统的动态响应超调量小，振荡次数少；阻尼系数小时，系统动态响应超调量大，振荡次数多；双向功率变换器运行在整流状态或逆变状态，由阻尼系数影响的阻尼功率只在频率变化时产生，用于抵消交直流侧功率的不平衡，维持频率的稳定；
式中虚拟惯量J的确定：同步电机当中的惯量来源于机械系统，表征转子对转动的惯性；模拟同步电机的惯性特征，利用双向功率变换器直流侧储能电容Cdc，模拟存储在同步电机转子中的动能，参与交流频率的调节；电容作为提供虚拟惯量的元件的等效虚拟惯量为：
式中，ΔUdc表示直流母线电压波动值，Δω表示交流微电网频率的波动值；Udc0表示直流母线电压的稳态运行值或者额定值；
最后得出：
J＝JVSG
经过转子运动方程后，可以得到系统角频率ω，积分后可得交流侧相角δ，即功角：
δ＝∫ωdt
b.虚拟励磁调节器：不计磁饱和时，励磁电压与电机的激磁电动势成正比，双向功率变换器输出的无功功率与激磁电动势成正比，因此无功功率的变化与激磁电动势近似成正比，为下垂控制；虚拟励磁调节器的控制模型为：
E＝E0-KE(Q-Qref)
式中，–KE为虚拟励磁调节器的下垂系数，E为虚拟励磁调节器产生的双向功率变换器输出电压参考值，E0为虚拟的空载激磁电动势，Q为负荷无功功率，Qref为无功功率参考值；
c.虚拟电机控制单元：虚拟频率控制器和虚拟励磁调节器产生了控制回路的电压参考值E和交流侧相角δ，交流侧相角经过正弦函数后，生成相位相差120°的三相正弦波，与电压参考值E相乘后，得到三相正弦的参考电压eabc，参考电压eabc减去交流侧并网点实际电压uabc和电阻压降RSIabc可得滤波电感压降uL，根据电感电压最终得到电感电流参考值irefabc＝iL；
电感电流参考值irefabc与实测的电感电流iabc进行比较后，输入到电流内环进行控制，在经过限幅环节后，进行PWM调制，最终产生的调制波对双向功率变换器进行控制，使其工作于逆变状态或者是整流状态。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果如下：
(1)同时考虑了交流微电网电压和频率、直流微电网电压稳定性要求，在控制中能够同时实现对交直流母线电压、频率的控制；
(2)模拟传统同步电机的双向功率传输特性，实现了交直流混合微电网双向功率变换器中能量的双向流动；
(3)模拟同步电机频率调节与励磁调节外特性，完整地模拟了传统同步电机的性能，去掉了变换器控制的锁相环，使得控制简化且能够实现自同步；
(4)在考虑直流电压波动要求的限制条件下，将直流侧电容作为双向功率变换器的虚拟惯量单元，在一定程度上提高了交直流混合微电网的惯性，改善了系统的动态响应特性，有利于提高系统的稳定性，从而有利于提高分布式电源渗透率。
附图说明
图1为交直流混合微电网典型拓扑结构图。
图2为交直流混合微电网中的双向功率变换器拓扑结构图。
图3为基于虚拟同步电机控制的双向功率变换器的控制框图。
图4为双向功率变换器逆变模式响应对比图。
图5为双向功率变换器整流模式响应对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行说明。
本实施例主要用于交直流混合微电网中的双向功率变换器，如图1所示，交直流混合微电网由交流微电网和直流微电网组成，交流微电网中包含了交流性质的分布式电源和负荷，直流微电网中包含了直流性质的分布式电源和负荷，交流微电网的交流母线与直流微电网的直流母线通过双向功率变换器连接，交流微电网通过变压器与公共电网连接。
一种基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法，双向功率变换器拓扑结构图如图2所示，所述双向功率变换器包括开关管构成的三相三桥臂结构、直流侧电容和交流侧滤波电感，使双向功率变换器的交流侧输出电压等效为同步电机的激磁电动势，交流侧电网电压等效为同步电机的端电压，交流侧滤波电感等效为同步电机的电枢绕组，等效后，双向功率变换器即可作为虚拟同步电机、其惯量模拟单元为直流侧电容；所述双向功率变换器由控制单元所控制；
当虚拟同步电机的功角δ＞0时，双向功率变换器运行于同步发电机模式，由控制单元输出开关信号，能量从直流侧流入交流侧，使电路工作于逆变状态；当虚拟同步电机的功角δ＜0时，双向功率变换器运行于同步电动机模式，由控制单元输出开关信号，能量从交流侧流入直流侧，使电路工作于整流状态。根据虚拟功角δ的正负可以改变变换器的功率传输方向，实现能量的双向传输。
控制单元输出开关信号的过程如下：
双向功率变换器的控制单元包括虚拟频率控制器、虚拟励磁调节器和虚拟电机控制单元，控制框图如图3所示，本实施例中，虚拟频率控制器及机电能量转换部分产生双向功率变换器的频率参考值，虚拟励磁调节器产生双向功率变换器电压幅值参考值，二者合成三相正弦电压参考值，减去外电路电阻压降后，根据电感压降得到电流内环的参考电流，最终经过电流内环生产PWM控制双向功率变换器的开关。各部分控制方法具体如下：
a.虚拟频率控制器，包括虚拟调速器、直流电压控制部分和机电能量转换部分；
①虚拟调速器：模拟传统同步发电机的调速器，实现一次调频；采集双向功率变换器交流侧频率ω，与额定频率ωN比较作差，经过虚拟调速器的下垂控制环节后得到功率的增量ΔP，数学模型如下：
ΔP＝-kω(ω-ωN)
式中，kω为单位调节功率，即下垂系数；
式中，ω0为交流侧空载时的角频率，PN为额定功率，P0为交流侧空载时的功率；
②直流电压控制部分：采集直流电压信号Udc，与直流参考电压Udc *进行比较，将比较结果作为PI控制器的输入，PI控制器的输出值为双向功率变换器交直流侧功率平衡时流过变换器的电流值，与直流参考电压Udc *相乘即可得到直流微电网功率参考值Pdc，该直流电压控制的数学模型为：
式中，KP、KI为PI调节器的比例系数与积分系数；1/s为积分算子，其取值根据对整个系统控制的稳定性与精度要求进行选取；
③机电能量转换部分：虚拟调速器与直流电压控制部分的输出值经过叠加后产生参考功率，作为功率参考信号输入到转子运动方程中；模拟传统电机机电能量转化的本体模型，即模拟同步电机机械能与电磁能的转换，并作为虚拟机电功率即参考功率与实测功率的平衡模块，平抑系统功率波动，转子运动方程为：
式中，J为虚拟惯量，Pe为负荷功率，D为阻尼系数；阻尼系数D依据对系统动态响应的要求进行选择，阻尼系数大时，系统的动态响应超调量小，振荡次数少；阻尼系数小时，系统动态响应超调量大，振荡次数多；双向功率变换器运行在整流状态或逆变状态，由阻尼系数影响的阻尼功率只在频率变化时产生，用于抵消交直流侧功率的不平衡，维持频率的稳定；
式中虚拟惯量J的确定：同步电机当中的惯量来源于机械系统，表征转子对转动的惯性；模拟同步电机的惯性特征，利用双向功率变换器直流侧储能电容Cdc，模拟存储在同步电机转子中的动能，参与交流频率的调节；电容作为提供虚拟惯量的元件的等效虚拟惯量为：
式中，ΔUdc表示直流母线电压波动值，Δω表示交流微电网频率的波动值；Udc0表示直流母线电压的稳态运行值或者额定值；
最后得出：
J＝JVSG
经过转子运动方程后，可以得到系统角频率ω，积分后可得交流侧相角δ，即功角：
δ＝∫ωdt
b.虚拟励磁调节器：不计磁饱和时，励磁电压与电机的激磁电动势成正比，双向功率变换器输出的无功功率与激磁电动势成正比，因此无功功率的变化与激磁电动势近似成正比，为下垂控制；虚拟励磁调节器的控制模型为：
E＝E0-KE(Q-Qref)
式中，–KE为虚拟励磁调节器的下垂系数，E为虚拟励磁调节器产生的双向功率变换器输出电压参考值，E0为虚拟的空载激磁电动势，Q为负荷无功功率，Qref为无功功率参考值；
c.虚拟电机控制单元：虚拟频率控制器和虚拟励磁调节器产生了控制回路的电压参考值E和交流侧相角δ，交流侧相角经过正弦函数后，生成相位相差120°的三相正弦波，与电压参考值E相乘后，得到三相正弦的参考电压eabc，参考电压eabc减去交流侧并网点实际电压uabc和电阻压降RSIabc可得滤波电感压降uL，根据电感电压最终得到电感电流参考值irefabc＝iL；
电感电流参考值irefabc与实测的电感电流iabc进行比较后，输入到电流内环进行控制，在经过限幅环节后，进行PWM调制，最终产生的调制波对双向功率变换器进行控制，使其工作于逆变状态或者是整流状态。
本实施例经过实验后，得出了图4和图5的响应特性图。
图4为双向功率变换器逆变模式响应对比图，图中对比了传统控制方法(即基于下垂控制的双向功率变换器控制方法)与本实施例所涉及的基于虚拟同步电机的控制方法。仿真时间0.1s时，在双向功率变换器中分别加入两种控制，经过暂态过程，直流电压稳定在700V，交流频率稳定在49.99Hz，变换器交流侧功率为4800W；仿真时间0.5s时交流负荷减小1500W，系统出现波动，重新稳定后，直流电压和交流频率的稳定值不变，变换器交流侧功率稳定在3300W，相比之前减少了1500W。在启动过程和负荷变化过程中，相比于传统控制，采用本实施例所设计的控制方法时，直流电压变化量更小，交流频率波动也相对较小，且频率在变化过程中相对缓慢，具有了一定的惯性。
图5：双向功率变换器整流模式响应对比图，图中对比了传统控制方法与本实施例所涉及的基于虚拟同步电机的控制方法。仿真时间0.1s时，在双向功率变换器中分别加入两种控制，系统达到稳定后，直流电压稳定在700V，交流频率稳定在49.99Hz，变换器交流侧功率为5000W；仿真时间0.5s时，交流负荷增大为6000W，系统出现波动，重新稳定后，直流电压和交流频率的稳定值不变，变换器交流侧功率稳定在3300W，相比之前减少了1500W。在启动过程和负荷变化过程中，相比于传统控制，采用本实施例所设计的控制方法时，直流电压变化量更小，交流频率波动也相对较小，且频率在变化过程中相对缓慢，具有了一定的惯性。
Claims (2)
1.一种基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法，所述双向功率变换器包括开关管构成的三相三桥臂结构、直流侧电容和交流侧滤波电感，其特征在于：使双向功率变换器的交流侧输出电压等效为同步电机的激磁电动势，交流侧电网电压等效为同步电机的端电压，交流侧滤波电感等效为同步电机的电枢绕组，等效后，双向功率变换器即可作为虚拟同步电机、其惯量模拟单元为直流侧电容；所述双向功率变换器由控制单元所控制；
当虚拟同步电机的功角δ＞0时，双向功率变换器运行于同步发电机模式，由控制单元输出开关信号，能量从直流侧流入交流侧，使电路工作于逆变状态；
当虚拟同步电机的功角δ＜0时，双向功率变换器运行于同步电动机模式，由控制单元输出开关信号，能量从交流侧流入直流侧，使电路工作于整流状态。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法，其特征在于：所述双向功率变换器的控制单元包括虚拟频率控制器、虚拟励磁调节器和虚拟电机控制单元，各部分控制方法如下：
a.虚拟频率控制器，包括虚拟调速器、直流电压控制部分和机电能量转换部分；
①虚拟调速器：采集双向功率变换器交流侧频率ω，与额定频率ωN比较作差，经过虚拟调速器的下垂控制环节后得到功率的增量ΔP，数学模型如下：
ΔP＝-kω(ω-ωN)
式中，kω为单位调节功率，即下垂系数；
<mrow>
<msub>
<mi>k</mi>
<mi>&omega;</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>N</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mi>N</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中，ω0为交流侧空载时的角频率，PN为额定功率，P0为交流侧空载时的功率；
②直流电压控制部分：采集直流电压信号Udc，与直流参考电压Udc *进行比较，将比较结果作为PI控制器的输入，PI控制器的输出值为双向功率变换器交直流侧功率平衡时流过变换器的电流值，与直流参考电压Udc *相乘即可得到直流微电网功率参考值Pdc，该直流电压控制的数学模型为：
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>P</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>K</mi>
<mi>I</mi>
</msub>
<mi>s</mi>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msup>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>*</mo>
</msup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&CenterDot;</mo>
<msup>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>*</mo>
</msup>
</mrow>
式中，KP、KI为PI调节器的比例系数与积分系数；1/s为积分算子；
③机电能量转换部分：虚拟调速器与直流电压控制部分的输出值经过叠加后产生参考功率，作为功率参考信号输入到转子运动方程中；模拟传统电机机电能量转化的本体模型，即模拟同步电机机械能与电磁能的转换，并作为虚拟机电功率即参考功率与实测功率的平衡模块，平抑系统功率波动，转子运动方程为：
<mrow>
<msub>
<mi>J&omega;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mfrac>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>&omega;</mi>
</mrow>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>P</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>e</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<mi>D</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>&omega;</mi>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，J为虚拟惯量，Pe为负荷功率，D为阻尼系数；
式中虚拟惯量J的确定：同步电机当中的惯量来源于机械系统，表征转子对转动的惯性；模拟同步电机的惯性特征，利用双向功率变换器直流侧储能电容Cdc，模拟存储在同步电机转子中的动能，参与交流频率的调节；电容作为提供虚拟惯量的元件的等效虚拟惯量为：
<mrow>
<msub>
<mi>J</mi>
<mrow>
<mi>V</mi>
<mi>S</mi>
<mi>G</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>C</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
<msubsup>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
<mn>0</mn>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>&lsqb;</mo>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
<mi>d</mi>
<mi>c</mi>
<mn>0</mn>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>J&omega;</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>&omega;</mi>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中，ΔUdc表示直流母线电压波动值，Δω表示交流微电网频率的波动值；Udc0表示直流母线电压的稳态运行值或者额定值；
最后得出：
J＝JVSG
经过转子运动方程后，可以得到系统角频率ω，积分后可得交流侧相角δ，即功角：
δ＝∫ωdt
b.虚拟励磁调节器：虚拟励磁调节器的控制模型为：
E＝E0-KE(Q-Qref)
式中，–KE为虚拟励磁调节器的下垂系数，E为虚拟励磁调节器产生的双向功率变换器输出电压参考值，E0为虚拟的空载激磁电动势，Q为负荷无功功率，Qref为无功功率参考值；
c.虚拟电机控制单元：虚拟频率控制器和虚拟励磁调节器产生了控制回路的电压参考值E和交流侧相角δ，交流侧相角经过正弦函数后，生成相位相差120°的三相正弦波，与电压参考值E相乘后，得到三相正弦的参考电压eabc，参考电压eabc减去交流侧并网点实际电压uabc和电阻压降RSIabc可得滤波电感压降uL，根据电感电压最终得到电感电流参考值irefabc＝iL；
电感电流参考值irefabc与实测的电感电流iabc进行比较后，输入到电流内环进行控制，在经过限幅环节后，进行PWM调制，最终产生的调制波对双向功率变换器进行控制，使其工作于逆变状态或者是整流状态。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711180071.4A CN107863786B (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711180071.4A CN107863786B (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107863786A true CN107863786A (zh) | 2018-03-30 |
| CN107863786B CN107863786B (zh) | 2021-03-26 |
Family
ID=61703381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711180071.4A Active CN107863786B (zh) | 2017-11-22 | 2017-11-22 | 基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107863786B (zh) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108832657A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-16 | 太原理工大学 | 交直流混合微电网双向功率变换器虚拟同步电机控制方法 |
| CN108879726A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-11-23 | 湖南大学 | 应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统及方法 |
| CN109066788A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-21 | 华北电力大学（保定） | 一种无需配置储能的负荷虚拟同步机控制装置及方法 |
| CN109301867A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-02-01 | 北京机械设备研究所 | 一种模拟柴油发电机组的虚拟同步电机控制方法 |
| CN109378832A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-02-22 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种储能变流器的虚拟同步控制方法、装置及控制器 |
| CN109672207A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-04-23 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于虚拟同步机的背靠背系统控制方法及系统 |
| CN110198055A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-03 | 华北电力大学（保定） | 基于虚拟同步机的微网双向换流器控制方法及稳定性分析 |
| CN110535147A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-12-03 | 华北电力大学（保定） | 一种交直流混合微网h∞频率控制方法 |
| CN110661281A (zh) * | 2018-06-29 | 2020-01-07 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种光储一体虚拟同步发电机协调控制方法及系统 |
| CN110797873A (zh) * | 2019-07-31 | 2020-02-14 | 国网冀北电力有限公司经济技术研究院 | 一种可实现功率平滑功能的混合微电网系统 |
| CN110962666A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-07 | 中国电力科学研究院有限公司 | 基于负荷虚拟同步机技术的电动汽车充电装备及控制方法 |
| CN111049177A (zh) * | 2018-10-15 | 2020-04-21 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种直驱风机虚拟同步发电系统 |
| CN111628506A (zh) * | 2019-02-28 | 2020-09-04 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种负荷虚拟同步机控制方法及系统 |
| CN111654018A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-09-11 | 许继电气股份有限公司 | 一种多端口直流配电系统的直流母线电压控制方法 |
| CN112234643A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-15 | 天津大学 | 一种基于柔性直流输电互联两区域电网的控制系统及方法 |
| CN112260330A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-22 | 西安热工研究院有限公司 | 一种用于混合微电网mmc互联变换器的虚拟同步机控制方法 |
| CN112467789A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-09 | 西安热工研究院有限公司 | 一种基于功率传输原则的混合微网虚拟同步机控制方法 |
| CN113507143A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-10-15 | 东北电力大学 | 基于改进vsg技术的混合微电网ic自适应控制策略 |
| CN113964876A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-01-21 | 南通大学 | 一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及其控制方法 |
| CN110797873B (zh) * | 2019-07-31 | 2024-06-04 | 国网冀北电力有限公司经济技术研究院 | 一种可实现功率平滑功能的混合微电网系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104953686A (zh) * | 2014-03-24 | 2015-09-30 | 国家电网公司 | 一种电动汽车储能充放电虚拟同步电机控制方法 |
| CN105897013A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-24 | 湖南大学 | 一种双向ac/dc变换器的虚拟惯性控制方法 |
| CN105932719A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-09-07 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种级联式高压大容量储能虚拟同步机系统 |
| CN106026208A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-10-12 | 许继集团有限公司 | 一种交直流混合微电网接口变换器的控制方法及系统 |
| CN106099974A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-09 | 上海交通大学 | 用于实现风场频率响应的hvdc惯性同步控制方法 |
| CN106451536A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-22 | 中国电力科学研究院 | 一种虚拟同步机的一体化系统及其控制方法 |
-
2017
- 2017-11-22 CN CN201711180071.4A patent/CN107863786B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104953686A (zh) * | 2014-03-24 | 2015-09-30 | 国家电网公司 | 一种电动汽车储能充放电虚拟同步电机控制方法 |
| CN105932719A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-09-07 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种级联式高压大容量储能虚拟同步机系统 |
| CN105897013A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-24 | 湖南大学 | 一种双向ac/dc变换器的虚拟惯性控制方法 |
| CN106099974A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-09 | 上海交通大学 | 用于实现风场频率响应的hvdc惯性同步控制方法 |
| CN106026208A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-10-12 | 许继集团有限公司 | 一种交直流混合微电网接口变换器的控制方法及系统 |
| CN106451536A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-02-22 | 中国电力科学研究院 | 一种虚拟同步机的一体化系统及其控制方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| DONGXU WANG等: "Application of virtual synchronous generator technology in microgrid", 《 2016 IEEE 8TH INTERNATIONAL POWER ELECTRONICS AND MOTION CONTROL CONFERENCE (IPEMC-ECCE ASIA)》 * |
| HASAN ALRAJHI ALSIRAJI等: "A novel control strategy for the interlinking converter in hybrid microgrid", 《 2017 IEEE POWER & ENERGY SOCIETY GENERAL MEETING》 * |
| 刘佳易，等: "交直流双向功率变换器的改进下垂控制策略", 《电网技术》 * |
| 林子杰，等: "基于虚拟同步电机的交直流混合微电网控制策略", 《中国电机工程学报》 * |
Cited By (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108832657A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-16 | 太原理工大学 | 交直流混合微电网双向功率变换器虚拟同步电机控制方法 |
| CN108832657B (zh) * | 2018-06-22 | 2021-03-02 | 太原理工大学 | 交直流混合微电网双向功率变换器虚拟同步电机控制方法 |
| CN110661281A (zh) * | 2018-06-29 | 2020-01-07 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种光储一体虚拟同步发电机协调控制方法及系统 |
| CN108879726B (zh) * | 2018-07-13 | 2021-11-09 | 湖南大学 | 应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统及方法 |
| CN108879726A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-11-23 | 湖南大学 | 应用于直流输电系统的自适应虚拟同步控制系统及方法 |
| CN109066788A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-21 | 华北电力大学（保定） | 一种无需配置储能的负荷虚拟同步机控制装置及方法 |
| CN109066788B (zh) * | 2018-08-28 | 2023-06-23 | 华北电力大学（保定） | 一种无需配置储能的负荷虚拟同步机控制装置及方法 |
| CN111049177A (zh) * | 2018-10-15 | 2020-04-21 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种直驱风机虚拟同步发电系统 |
| CN111049177B (zh) * | 2018-10-15 | 2022-10-25 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种直驱风机虚拟同步发电系统 |
| CN109301867A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-02-01 | 北京机械设备研究所 | 一种模拟柴油发电机组的虚拟同步电机控制方法 |
| CN109378832A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-02-22 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种储能变流器的虚拟同步控制方法、装置及控制器 |
| CN109672207A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-04-23 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于虚拟同步机的背靠背系统控制方法及系统 |
| CN109672207B (zh) * | 2018-12-04 | 2022-06-14 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于虚拟同步机的背靠背系统控制方法及系统 |
| CN111628506A (zh) * | 2019-02-28 | 2020-09-04 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种负荷虚拟同步机控制方法及系统 |
| CN110198055A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-03 | 华北电力大学（保定） | 基于虚拟同步机的微网双向换流器控制方法及稳定性分析 |
| CN110797873B (zh) * | 2019-07-31 | 2024-06-04 | 国网冀北电力有限公司经济技术研究院 | 一种可实现功率平滑功能的混合微电网系统 |
| CN110535147B (zh) * | 2019-07-31 | 2023-10-10 | 华北电力大学（保定） | 一种交直流混合微网h∞频率控制方法 |
| CN110797873A (zh) * | 2019-07-31 | 2020-02-14 | 国网冀北电力有限公司经济技术研究院 | 一种可实现功率平滑功能的混合微电网系统 |
| CN110535147A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-12-03 | 华北电力大学（保定） | 一种交直流混合微网h∞频率控制方法 |
| CN110962666A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-07 | 中国电力科学研究院有限公司 | 基于负荷虚拟同步机技术的电动汽车充电装备及控制方法 |
| CN111654018A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-09-11 | 许继电气股份有限公司 | 一种多端口直流配电系统的直流母线电压控制方法 |
| CN112234643A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-15 | 天津大学 | 一种基于柔性直流输电互联两区域电网的控制系统及方法 |
| CN112234643B (zh) * | 2020-09-30 | 2022-03-25 | 天津大学 | 一种基于柔性直流输电互联两区域电网的控制系统及方法 |
| CN112260330A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-22 | 西安热工研究院有限公司 | 一种用于混合微电网mmc互联变换器的虚拟同步机控制方法 |
| CN112467789B (zh) * | 2020-11-18 | 2023-02-28 | 西安热工研究院有限公司 | 一种基于功率传输原则的混合微网虚拟同步机控制方法 |
| CN112467789A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-09 | 西安热工研究院有限公司 | 一种基于功率传输原则的混合微网虚拟同步机控制方法 |
| CN113507143B (zh) * | 2021-07-08 | 2022-09-20 | 东北电力大学 | 基于改进vsg技术的混合微电网ic自适应控制策略 |
| CN113507143A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-10-15 | 东北电力大学 | 基于改进vsg技术的混合微电网ic自适应控制策略 |
| CN113964876B (zh) * | 2021-11-29 | 2022-07-22 | 南通大学 | 一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及其控制方法 |
| CN113964876A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-01-21 | 南通大学 | 一种含储能的全功率变换风电机组控制系统及其控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107863786B (zh) | 2021-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107863786A (zh) | 基于虚拟同步电机的双向功率变换器控制方法 | |
| CN106849186B (zh) | 一种基于虚拟同步发电机的储能逆变器主从控制方法 | |
| WO2022077847A1 (zh) | 一种用于混合微电网mmc互联变换器的虚拟同步机控制方法 | |
| CN108832657A (zh) | 交直流混合微电网双向功率变换器虚拟同步电机控制方法 | |
| CN107465189A (zh) | 基于自适应旋转惯量的虚拟同步发电机控制方法 | |
| CN106410849A (zh) | 基于虚拟同步发电机的微网逆变器均衡控制方法 | |
| CN105914778A (zh) | 基于虚拟同步发电机的微网逆变器多环路控制方法 | |
| CN107968591A (zh) | 基于预测公共点电压的并网逆变器虚拟惯性功率解耦控制方法 | |
| CN106356884A (zh) | 一种基于虚拟同步机的光伏并网控制方法、装置及系统 | |
| Chen et al. | STATCOM controls for a self-excited induction generator feeding random loads | |
| CN107994620A (zh) | 柔性环网控制器双端虚拟电机控制方法 | |
| CN108281970A (zh) | 一种交流励磁同步调相机及其控制方法 | |
| CN107846029A (zh) | 一种虚拟同步发电机的自适应惯量阻尼综合控制方法 | |
| CN105897028A (zh) | 一种具备中线的电压型同步逆变器及其控制方法 | |
| CN104167941B (zh) | 一种三相pwm整流器的控制方法 | |
| CN110198055A (zh) | 基于虚拟同步机的微网双向换流器控制方法及稳定性分析 | |
| CN108347058A (zh) | 双馈风电机组的并网次同步振荡的稳定性判断方法和装置 | |
| CN104064083B (zh) | 一种电网模拟控制系统 | |
| CN103414209B (zh) | 一种基于rmc的dfig直流并网发电系统及其转矩控制方法 | |
| CN107919681A (zh) | 一种准虚拟同步机控制方法 | |
| CN104377697B (zh) | 模拟同步发电机动态特性的电压源换流站的控制方法 | |
| CN104993494B (zh) | 一种基于四象限电力电子变流器的电机模拟装置及方法 | |
| CN106533289B (zh) | 一种非线性电压控制方法及系统 | |
| CN105610180B (zh) | 一种直流电流反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法 | |
| CN105591548A (zh) | 基于多端口高频变压器的自平衡式电力电子变压器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |