CN108923468A - 一种虚拟同步电机无缝平滑切换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种虚拟同步电机无缝平滑切换方法及系统，计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值；将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作。本发明将PQ控制与VSG控制运用于并网双模式换流站控制系统，通过所设计的模拟器模型以及相关操作，消除两种控制模式切换时输出电压幅值和相位之间的偏差，实现控制模式的平滑切换。

Description

一种虚拟同步电机无缝平滑切换方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统的输配电领域，具体涉及一种虚拟同步电机无缝平滑切换方法及系统。

背景技术

随着传统能源的快速消耗、环境污染的日趋严峻，以及风能、太阳能等新能源的快速发展，新能源的开发和利用得到了越来越多的关注。与此同时，基于电压源型换流站的柔性直流输电技术很好的解决了新能源并网的问题，而电力电子器件的快速发展为柔性直流输电技术奠定了良好的基础，所以柔性直流输电技术得到越来越广泛的应用。

基于柔性直流输电的电网系统主要有两种运行模式：并网运行和孤岛运行。现有研究主要集中在针对单模式换流站工作在并网或者孤岛状态下的控制方法，对于能够在并网条件下工作的双模式换流站以及相应的控制切换方法研究不多，且所提出的控制方法多是基于PQ控制、下垂控制以及V/f控制模式的切换。虚拟同步机技术(VSG)，可使逆变系统模拟同步发电机的外特性，为电网提供电压和频率支撑，在柔性直流输电换流站中的应用日益广泛。换流站运行方式的切换过程中能否平滑过渡，是电网能否保证系统安全稳定运行以及负荷供电可靠性的关键所在。

换流站工作于PQ控制模式时，跟踪功率调度指令向电网输送所需功率；换流站工作于VSG控制时，可模拟同步电机的外特性，为电网提供电压和频率支撑，实现与电网的同步运行。在进行PQ与VSG控制的模式切换时，因两种控制模式的输出电压幅值和相位之间可能存在一定的偏差，如果对其输出电压，尤其是相位不加以控制，则在模式切换时电网会产生过大的电流冲击，影响系统的安全稳定运行。可见，现有的方法主要是针对传统控制方式(如PQ控制、V/f控制等)之间的并离网切换，或是单独针对虚拟同步机控制的并离网切换。

发明内容

为解决上述现有技术中没有提及将传统PQ控制与VSG控制相结合进行并网时的切换，尤其是两种控制方式之间的平滑切换，本发明的目的是提供一种虚拟同步电机无缝平滑切换方法及系统，本发明将PQ控制与VSG控制运用于并网双模式换流站控制系统，通过所设计的模拟器模型以及相关操作，消除两种控制模式切换时输出电压幅值和相位之间的偏差，实现控制模式的平滑切换。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种虚拟同步电机无缝平滑切换方法，其改进之处在于：

计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值；

将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；

基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作。

进一步地：所述计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值，包括：

从换流站中获取给定的有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量；

根据所述有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值。

进一步地：所述根据所述功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值的表达式如下：

式中：i_d1 ^*、i_q1 ^*分别为PQ控制的d、q轴的输入电流参考值；u_d、u_q是网侧电压经坐标变化后得到的旋转坐标系下d、q轴的分量；P_ref为有功功率参考值；Q_ref为无功功率参考值。

进一步地：所述预先建立的电路模拟器模型包括如下目标函数：

i_dq2 ^*＝Δi+i_dq1 ^*≈i_dq1 ^*

式中：i_dq2 ^*为虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；Δi为切换完成后VSG控制的电流环输入参考值的积分项；i_dq1 ^*为PQ控制的电流环输入参考值，是i_d1 ^*和i_q1 ^*的总称。

进一步地：所述基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作，包括：

所述预先设定的控制切换指令包括：由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令和由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令；

当接收到由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令时，将切换后一时刻虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值的初值设置成切换前一时刻PQ控制的电流环输入参考值，同时在模式切换前将虚拟同步机技术VSG控制的输出相位初始值切换为通过锁相环得到的电网电压相位；

当接收到由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令时，将切换前一时刻虚拟同步机技术VSG控制中通过功率计算得到的实际输出有功、无功功率数值设置成PQ控制的有功、无功参考指令。

进一步地：所述将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值的表达式如下：

式中：ε为耦合分量，包括代表d轴分量ωLi_Ld，q轴分量-ωLi_Lq；ω为系统角速度，i₀为虚拟同步机技术VSG控制的电流初始值；i_L为切换完成后VSG控制的电流环输入参考值，并且i_L＝i_dq2 ^*；L为虚拟同步发电机的同步电感，R为虚拟同步发电机的同步电阻，u为虚拟同步电机的机端电压，E为虚拟同步发电机的电动势；

在由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制时上式的积分项满足下式：

式中：i_dq2 ^*为虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；i_dq1 ^*为PQ控制的电流环输入参考值。

进一步地：当接收到由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令时和虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令时，在模式切换前将虚拟同步机技术VSG控制的输出相位初始值切换为通过锁相环得到的电网电压相位的表达式为：θ₀＝θ_g；其中：θ₀为VSG控制输出相位的初始值，θ_g切换前PQ控制锁相得到的电网相位。

本发明还提供一种柔性直流换流站虚拟同步电机无缝平滑切换系统，其改进之处在于：

第一计算模块，用于计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值；

第二计算模块，用于将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；

执行模块，用于基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作。

进一步地：所述第一计算模块，包括：

获取单元，用于从换流站中获取给定的有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量；

算术单元，用于根据所述有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值。

进一步地：所述执行模块，包括：

所述预先设定的控制切换指令包括：由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令和由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令；

第一切换单元，用于当接收到由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令时，将切换后一时刻虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值的初值设置成切换前一时刻PQ控制电流参考值，同时在模式切换前将虚拟同步机技术VSG控制的输出相位初始值切换为通过锁相环得到的电网电压相位；

第二切换单元，用于当接收到由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令时，将切换前一时刻虚拟同步机技术VSG控制中通过功率计算得到的实际输出有功、无功功率数值设置成PQ控制的有功、无功参考指令。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果是：

本发明的技术方案中，计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值；将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作。本发明引入虚拟同步电机技术VSG，与传统PQ控制构成双模式换流站并网控制系统，并在传统虚拟同步电机技术VSG控制的基础上构造电路模拟器模型，通过对VSG控制中初始相位和模型中初始电流值的操作，保证切换时输出电压幅值和相位的相等，实现了系统并网运行条件下PQ控制到虚拟同步电机技术VSG控制模式的平滑切换。

本发明进行虚拟同步电机技术VSG到PQ的切换时，直接将VSG控制中计算得到的输出功率作为PQ控制的有功、无功参考指令，完成模式的平滑切换，从而保证了系统的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明提供的虚拟同步电机无缝平滑切换方法的流程图；

图2是本发明提供的换流站基本结构框图；

图3是本发明提供的PQ控制结构框图；

图4是本发明提供的VSG控制结构框图；

图5是本发明提供的传统VSG机械控制部分示意图；

图6是本发明提供的电路模拟器模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

实施例一、

本发明将虚拟同步电机技术引入到换流站的控制应用中，与PQ控制组成双模式控制，通过相应的操作实现PQ控制与VSG控制的平滑切换，提高系统运行的稳定性和可靠性。

本发明中，基于PQ控制和VSG控制平滑切换的换流站系统包括：双模式换流站电路系统、换流站控制系统和三相电网。所述的双模式换流站电路主要包括直流电源U_DC、MMC(模块化多电平换流器)模块、三相滤波器等。换流站控制电路系统主要包括采样单元(滤波电感L₁上的电流i_Labc、电容电压u_oabc)、控制单元、PWM调制及驱动单元。采样单元的采样信号首先进行从三相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换，输出值经功率计算后输送给控制单元；控制单元中的模式切换模块决定是选择PQ控制还是VSG控制以及实现两种控制模式的平滑切换，输出的电流指令值和相位经电流环控制器处理后得到相应的调制信号，输送给PWM调制及驱动单元，从而获得驱动信号，最终完成对三相逆变桥的控制。除此之外，控制单元还包括功率计算单元、坐标转换单元、PQ控制、VSG控制、电流环控制器和锁相环。

在本发明中，PQ控制的电流环输入参考值为i_dq1 ^*，可根据有功、无功参考指令(P_ref、Q_ref)和网侧电压在dq坐标下的等效分量(u_d、u_q)由电流指令计算公式得到。又知传统VSG控制输出为电压值，为保证双模式的平滑切换，首先要令两种控制模式的输出变量相同，所以通过对换流站输出侧等效电路的分析，在传统VSG控制后增设电路模拟器模型，模拟同步发电机定子电磁特性，其输出值即为VSG控制的电流环输入参考值i_dq2 ^*，接着就是通过相应操作使得两种控制模式输出变量相等，保证模式的平滑切换。

本发明解决其技术问题所采用的控制方案是：基于换流站输出侧等效电路的分析，在传统VSG控制的基础上增设电路模拟器模型，构成VSG平衡电流控制。当进行PQ到VSG的控制切换时，将切换前PQ控制的输入电流参考值作为初始值代入所设计的电路模拟器模型，令切换后一时刻VSG控制的电流环输入参考值等于切换前一时刻PQ控制的电流参考值，同时在模式切换前将传统VSG控制的输出相位的初始值切换为通过锁相环得到的电网电压相位，避免模式切换造成的暂态电流冲击，从而保证PQ到VSG控制的平滑切换；而当进行VSG到PQ的控制切换时，直接将切换前一时刻VSG控制中通过功率计算得到的实际输出功率作为PQ控制的有功、无功参考指令，从而保证了VSG控制到PQ控制的平滑切换。

如图2所示，换流站的基本结构框图，主要包括双模式换流站电路系统和换流站的控制电路。其中双模式换流站电路主要包括：直流电源U_DC，MMC(模块化多电平换流器)模块，三相滤波器。换流站的控制电路包括：采样单元，坐标系的转换单元，功率计算单元，PQ与VSG控制单元，模式切换控制单元，PWM调制及驱动电路，电流环控制器，锁相环等。其中采样单元中，采样滤波电感L₁上的输出电流i_Labc、换流站输出电压(电容电压)u_oabc，采样值经三相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换或经功率计算后输入给PQ/VSG控制电路。图中：P_ref、Q_ref分别为输入控制电路的有功、无功功率参考值；P_e、Q_e分别为功率计算所得换流站输出有功、无功实际值；θg是通过锁相环测得的电网电压相位；θ'是VSG计算得到的电压相位。

图1是本发明提供的虚拟同步电机无缝平滑切换方法的流程图，包括下述步骤：

计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值；

将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；

基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作。

具体的：

计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值，如图3所示，PQ控制结构框图。其中i_d1 ^*、i_q1 ^*分别为PQ控制的d、q轴的输入电流参考值，可由有功、无功功率参考值经计算得到，如公式(1)所示：

式中，u_d、u_q是网侧电压经坐标变化后得到的旋转坐标系下d、q轴的分量。

如图4所示，VSG控制结构框图。传统VSG控制中，由牛顿第二定律可知，虚拟同步发电机机械部分可由公式表达为：

其中：

θ＝∫ωdt+θ₀ (3)

由公式可画结构框图如图5所示，其中ω₀为电网同步角速度参考值；ω为计算得到的系统角速度；θ为计算得到的电压相位，θ₀为设置的电压相位初始值；J为虚拟转动惯量，D是阻尼系数，由于J和D的引入，使得采用VSG控制的电网换流站具备惯性和阻尼电网功率震荡的能力。由其结构可知，VSG具备同步电机的运行特性，能够为电网提供惯性和阻尼支持。

将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值：为了实现PQ控制到VSG控制的平滑切换，首先要保证VSG控制的输出变量也为电流值，所以需要在传统VSG控制后增设电路模拟器模型，控制框图如图6所示。根据换流站输出侧的等效电路，在三相静止坐标系下，由基尔霍夫电压定律可列公式(虚拟同步发电机的定子电磁方程)为：

式中：L为虚拟同步发电机的同步电感，R为其同步电阻，u为同步电机的机端电压，E为虚拟同步发电机的电动势。

从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系，输出的d、q轴电流分量之间存在耦合，满足：

式中：p为微分算子。

展开可得：

简写为：

式中：ε为耦合分量(包括代表d轴分量ωLi_Ld，q轴分量-ωLi_Lq)，i₀为VSG控制的电流初始值。当系统需要完成PQ控制切换到VSG控制时，对于该公式来说，初始值i₀对应于切换前PQ控制的电流环输入参考值i_dq1 ^*，i_L对应于切换完成后VSG控制的电流环输入参考值i_dq2 ^*，其中积分项：

因切换时间很短，使得Δi数值很小，可忽略不计，则在进行PQ到VSG的切换时满足：

i_dq2 ^*＝Δi+i_dq1 ^*≈i_dq1 ^* (10)

即可保证在切换瞬间实现电流环输入参考值的平滑切换，不会产生暂态冲击。

除了要满足幅值的同步外，还要满足相位的同步。同理，在进行PQ到VSG的控制切换时，将切换前PQ控制锁相得到的电网相位θ_g作为VSG控制输出相位的初始值，即：θ₀＝θ_g，保证切换瞬间相位值相等。

基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作：为了实现VSG控制到PQ控制的平滑切换，本发明选择在切换前，将VSG控制中通过功率计算得到的实际输出有功、无功功率数值作为PQ控制的有功、无功参考指令，直接保证了幅值和相位的同步，实现控制模式的平滑切换。

系统处于并网运行状态，进行PQ到VSG的控制模式切换：当接收到切换指令时，首先将切换前PQ控制的输入电流参考值作为初始值带入所设计的电路模拟器模型，令VSG控制的电流环输入参考值等于PQ控制的电流参考值，同时将切换前PQ控制锁相得到的电网相位作为VSG控制输出相位的初始值，保证切换时两种控制模式幅值和相位的同步。进行VSG到PQ的控制切换：进行控制模式的切换时，把双向开关由S₁切换至S₂，将VSG控制中通过功率计算得到的实际输出功率值给PQ控制作为其有功、无功参考指令，即可完成平滑切换。

实施例二、

基于同样的发明构思，本发明还提供一种柔性直流换流站虚拟同步电机无缝平滑切换系统，包括：

本发明还提供一种柔性直流换流站虚拟同步电机无缝平滑切换系统，包括：

第一计算模块，用于计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值；

第二计算模块，用于将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；

执行模块，用于基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作。

进一步地：所述第一计算模块，包括：

获取单元，用于从换流站中获取给定的有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量；

算术单元，用于根据所述有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值。

进一步地：所述执行模块，包括：

所述预先设定的控制切换指令包括：由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令和由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令；

第一切换单元，用于当接收到由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令时，将切换后一时刻虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值的初值设置成切换前一时刻PQ控制电流参考值，同时在模式切换前将虚拟同步机技术VSG控制的输出相位初始值切换为通过锁相环得到的电网电压相位；

第二切换单元，用于当接收到由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令时，将切换前一时刻虚拟同步机技术VSG控制中通过功率计算得到的实际输出有功、无功功率数值设置成PQ控制的有功、无功参考指令。

本发明就是将PQ控制与虚拟同步技术VSG控制运用于并网双模式换流站控制系统，通过所设计的模拟器模型以及相关操作，消除两种控制模式切换时输出电压幅值和相位之间的偏差，实现控制模式的平滑切换。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟同步电机无缝平滑切换方法，其特征在于：

计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值；

将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；

基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作。

2.如权利要求1所述的无缝平滑切换方法，其特征在于：所述计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值，包括：

从换流站中获取给定的有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量；

根据所述有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值。

3.如权利要求2所述的无缝平滑切换方法，其特征在于：所述根据所述功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值的表达式如下：

式中：i_d1 ^*、i_q1 ^*分别为PQ控制的d、q轴的输入电流参考值；u_d、u_q是网侧电压经坐标变化后得到的旋转坐标系下d、q轴的分量；P_ref为有功功率参考值；Q_ref为无功功率参考值。

4.如权利要求3所述的无缝平滑切换方法，其特征在于：所述预先建立的电路模拟器模型包括如下目标函数：

i_dq2 ^*＝Δi+i_dq1 ^*≈i_dq1 ^*

式中：i_dq2 ^*为虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；Δi为切换完成后VSG控制的电流环输入参考值的积分项；i_dq1 ^*为PQ控制的电流环输入参考值，是i_d1 ^*和i_q1 ^*的总称。

5.如权利要求2所述的无缝平滑切换方法，其特征在于：所述基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作，包括：

所述预先设定的控制切换指令包括：由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令和由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令；

当接收到由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令时，将切换后一时刻虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值的初值设置成切换前一时刻PQ控制的电流环输入参考值，同时在模式切换前将虚拟同步机技术VSG控制的输出相位初始值切换为通过锁相环得到的电网电压相位；

当接收到由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令时，将切换前一时刻虚拟同步机技术VSG控制中通过功率计算得到的实际输出有功、无功功率数值设置成PQ控制的有功、无功参考指令。

6.如权利要求1所述的无缝平滑切换方法，其特征在于：所述将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值的表达式如下：

式中：ε为耦合分量，包括代表d轴分量ωLi_Ld，q轴分量-ωLi_Lq；ω为系统角速度，i₀为虚拟同步机技术VSG控制的电流初始值；i_L为切换完成后VSG控制的电流环输入参考值，并且i_L＝i_dq2 ^*；L为虚拟同步发电机的同步电感，R为虚拟同步发电机的同步电阻，u为虚拟同步电机的机端电压，E为虚拟同步发电机的电动势；

在由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制时上式的积分项满足下式：

式中：i_dq2 ^*为虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；i_dq1 ^*为PQ控制的电流环输入参考值。

7.如权利要求5所述的无缝平滑切换方法，其特征在于：当接收到由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令时和虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令时，在模式切换前将虚拟同步机技术VSG控制的输出相位初始值切换为通过锁相环得到的电网电压相位的表达式为：θ₀＝θ_g；其中：θ₀为VSG控制输出相位的初始值，θ_g切换前PQ控制锁相得到的电网相位。

8.一种柔性直流换流站虚拟同步电机无缝平滑切换系统，其特征在于：

第一计算模块，用于计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值；

第二计算模块，用于将所述PQ控制的电流环输入参考值作为初始值代入预先建立的电路模拟器模型中，计算虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值；

执行模块，用于基于所述PQ控制的电流环输入参考值和虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值，根据预先设定的控制切换指令，执行相应的切换动作。

9.如权利要求8所述的无缝平滑切换系统，其特征在于：所述第一计算模块，包括：

获取单元，用于从换流站中获取给定的有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量；

算术单元，用于根据所述有功功率参考值、无功功率参考值和网侧电压在dq坐标下的等效分量计算换流站输出侧切换前PQ控制的电流环输入参考值。

10.如权利要求9所述的无缝平滑切换系统，其特征在于：所述执行模块，包括：

所述预先设定的控制切换指令包括：由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令和由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令；

第一切换单元，用于当接收到由PQ控制切换到虚拟同步机技术VSG控制指令时，将切换后一时刻虚拟同步机技术VSG控制的电流环输入参考值的初值设置成切换前一时刻PQ控制电流参考值，同时在模式切换前将虚拟同步机技术VSG控制的输出相位初始值切换为通过锁相环得到的电网电压相位；

第二切换单元，用于当接收到由虚拟同步机技术VSG控制切换到PQ控制指令时，将切换前一时刻虚拟同步机技术VSG控制中通过功率计算得到的实际输出有功、无功功率数值设置成PQ控制的有功、无功参考指令。