CN109378832A - 一种储能变流器的虚拟同步控制方法、装置及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储能变流器的虚拟同步控制方法、装置及控制器，所述方法包括：利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势；利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角；根据所述PWM信号的幅值和相角生成控制所述储能变流器PWM信号，并利用该PWM信号控制所述储能变流器，本发明提供的技术方案，有效的抑制了有功功率振荡，实现了有功功率和无功功率解耦，并保证无功功率按比例分配，消除了无功功率分配偏差。

Description

一种储能变流器的虚拟同步控制方法、装置及控制器

技术领域

本发明涉及微网运行领域，具体涉及一种储能变流器的虚拟同步控制方法、装置及控制器。

背景技术

随着科技的发展和社会的进步，人们对能源的需求急速增长，对能源的质量要求也越来越高。为了应对能源危机，各个国家都开始大力发展可再生能源，随着可再生能源规模的不断扩大，分布式发电技术和微电网技术的发展得到了越来越多的关注。但是，微电网运行时波动大的缺点能源的质量造成了巨大影响。

近年来，基于虚拟同步发电机的微电网储能变流器控制策略成为研究热点，通过模拟同步发电机特性对储能变流器进行控制，使其具备虚拟惯性和阻尼特性，可以抑制系统的波动。

但是，基于虚拟同步发电机控制应用在微电网时仍有明显的缺陷，根据转子运动方程，虚拟同步发电机存在有功功率振动的问题，储能变流器不具有抑制有功功率振动的能力，目前抑制有功功率振荡的方法主要用过增加虚拟同步发电机的阻尼系数来增加系统的阻尼系数，但针对虚拟同步发电机有功分配瞬态失衡，无功分配不均的问题尚无较为完备的方法。

发明内容

本发明提供一种家用电器的控制方法及装置，其目的是有效抑制有功功率振荡，实现有功功率和无功功率解耦，并保证无功功率按比例分配，消除无功功率分配偏差。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种储能变流器的虚拟同步控制方法，其改进之处在于，包括：

利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势；

利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角；

根据所述PWM信号的幅值和相角生成控制所述储能变流器PWM信号，并利用该PWM信号控制所述储能变流器。

优选的，利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率和输出电动势的相角的过程包括：

对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

对所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流进行功率计算，获取虚拟同步发电机输出的有功功率和无功功率；

将所述虚拟同步发电机输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述虚拟同步发电机的输出角频率的反馈值作为P-f调速控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出角频率；

对虚拟同步发电机的输出角频率进行积分控制，获取所述虚拟同步发电机的输出电动势的相角。

优选的，利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出电动势的过程包括：

对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流获取交流母线电压估计值；

将所述交流母线电压估计值、虚拟同步发电机输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值作为Q-E励磁控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出电动势。

优选的，所述利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角，包括：

对所述输出电动势的相角和输出电动势进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势；

根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势按下式确定α、β坐标下PWM信号的电压值：

其中，u_{pwm_α}为α坐标下PWM信号的电压值，u_{pwm_β}为β坐标下PWM信号的电压值，e_α为α坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，e_β为β坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，ω为虚拟同步发电机的输出角频率，L_ls为虚拟电感，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流；

对所述α、β坐标下PWM信号的电压值进行Clarke变换，获取PWM信号的幅值和相角。

进一步的，所述根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流确定交流母线电压估计值，包括：

按下式确定α、β坐标系下交流母线电压估计值：

其中，为α坐标下交流母线电压估计值，为β坐标下交流母线电压估计值，u_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电压，u_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电压，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流，R_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻，ω为虚拟同步发电机的输出角频率反馈值，L_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电感；

对所述α、β坐标系下交流母线电压估计值进行Clarke变换，获取交流母线电压估计值。

一种储能变流器的虚拟同步控制装置，其改进之处在于，包括：

获取单元，用于利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势；

确定单元，用于利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角；

控制单元，用于根据PWM信号的幅值和相角生成控制所述储能变流器PWM信号，并利用该PWM信号控制所述储能变流器。

优选的，所述获取单元，包括：

第一获取模块，用于对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

第二获取模块，用于对所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流进行功率计算，获取虚拟同步发电机输出的有功功率和无功功率；

第三获取模块，用于将所述虚拟同步发电机输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述虚拟同步发电机的输出角频率的反馈值作为P-f调速控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出角频率；

第四获取模块，用于对虚拟同步发电机的输出角频率进行积分控制，获取所述虚拟同步发电机的输出电动势的相角。

优选的，所述获取单元，还包括：

第五获取模块，用于对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

第六获取模块，用于根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流获取交流母线电压估计值；

第七获取模块，用于将所述交流母线电压估计值、虚拟同步发电机输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值作为Q-E励磁控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出电动势。

优选的，所述确定单元，包括：

第八获取模块，用于对所述输出电动势的相角和输出电动势进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势；

第一确定模块，用于根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势按下式确定α、β坐标下PWM信号的电压值：

其中，u_{pwm_α}为α坐标下PWM信号的电压值，u_{pwm_β}为β坐标下PWM信号的电压值，e_α为α坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，e_β为β坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，ω为虚拟同步发电机的输出角频率，L_ls为虚拟电感，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流；

第九获取模块，用于对所述α、β坐标下PWM信号的电压值进行Clarke变换，获取PWM信号的幅值和相角。

进一步的，所述第六获取模块，包括：

第一确定子模块，用于按下式确定α、β坐标系下交流母线电压估计值：

其中，为α坐标下交流母线电压估计值，为β坐标下交流母线电压估计值，u_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电压，u_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电压，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流，R_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻，ω为虚拟同步发电机的输出角频率反馈值，L_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电感；

第一获取子模块，用于对所述α、β坐标系下交流母线电压估计值进行Clarke变换，获取交流母线电压估计值。

一种储能变流器的虚拟同步控制器，其改进之处在于，包括：

第一Clarke变换器、功率计算器、P-f调速控制器、积分控制器、虚拟电抗控制器、交流母线电压估计模块和Q-E励磁控制器；

所述第一Clarke变换器的输入为储能变流器的输出电压和输出电流；

所述功率计算器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

所述P-f调速控制器的输入为所述功率计算器输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述P-f调速控制器反馈的输出角频率；

所述积分控制器的输入为所述P-f调速控制器输出的角频率；

所述虚拟电抗控制器的输入为所述积分控制器输出的电动势的相角、所述P-f调速控制器输出的角频率、所述Q-E励磁控制器输出的电动势、所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下的输出电流；

所述交流母线电压估计模块的输入为所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下的输出电压、输出电流和所述P-f调速控制器输出的角频率；

所述Q-E励磁控制器的输入为所述交流母线电压估计模块输出的母线电压估计值、所述功率计算器输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值。

优选的，所述虚拟电抗控制器，包括：

第二Clarke变换器、第一加法器、第三Clarke变换器、第二加法器、第一乘法器和第二乘法器；

所述第二Clarke变换器的输入为所述Q-E励磁控制器输出的电动势和所述积分控制器输出的电动势的相角；

所述第一加法器的输入为所述第二Clarke变换器输出的α坐标系下PWM信号的电压值和所述第二乘法器输出的α坐标系下虚拟电抗电压；

所述第三Clarke变换器的输入为所述第一加法器输出的α坐标下PWM信号的电压值和所述第二加法器输出的β坐标下PWM信号的电压值；

所述第二加法器的输入为所述第二Clarke变换器输出的β坐标系下PWM信号的电压值和所述第一乘法器输出的β坐标系下虚拟电抗电压；

所述第一乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流、所述P-f调速控制器输出的角频率与虚拟电感的乘积；

所述第二乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流、所述P-f调速控制器输出的角频率和虚拟电感。

优选的，所述交流母线电压估计模块，包括：

第三乘法器、第四乘法器、第三加法器、第四加法器、第五加法器、第六加法器和第四Clarke变换器；

所述第三乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流、虚拟同步发电机与母线之间线路的电感与输出角频率的乘积；

所述第四乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流、虚拟同步发电机与母线之间线路的电感与输出角频率的乘积；

所述第三加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电压、所述第五加法器输出的α坐标系下虚拟同步发电机与母线之间线路的电压差；

所述第四加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电压、所述第六加法器输出的β坐标系下虚拟同步发电机与母线之间线路的电压差；

所述第五加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流与虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻的乘积、所述第四乘法器输出的β坐标下的输出电流、输出角频率以及虚拟同步发电机与母线之间线路的电感的乘积；

所述第六加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流与虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻的乘积、所述第三乘法器输出的α坐标下的输出电流、输出角频率以及虚拟同步发电机与母线之间线路的电感的乘积；

所述第四Clarke变换器的输入为所述第三加法器输出的α坐标下交流母线电压估计值和所述第四加法器输出的β坐标下交流母线电压估计值。

本发明的有益效果：

本发明提供的技术方案，首先，通过在传统的虚拟同步电机控制中加入虚拟电抗控制模块来调节虚拟同步电机对外所表现的输出电抗，增加了系统的阻尼系数，减小了系统的振荡；其次，选用稳定性较强、受电压下降影响小的母线电压作为电压基准值，减小了有功功率调整和无功功率调整质检的影响，实现了有功功率和无功功率解耦，并保证无功功率按比例分配，消除了无功功率分配偏差。

附图说明

图1是本发明提供的一种储能变流器的虚拟同步控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种储能变流器的虚拟同步控制住电路拓扑图；

图3是本发明实施例提供的储能部分拓扑图；

图4是本发明提供的一种储能变流器的虚拟同步控制装置的结构示意图；

图5是本发明提供的一种储能变流器的虚拟同步控制器示意图；

图6是本发明提供的虚拟电抗控制器示意图；

图7是本发明提供的交流母线电压估计模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种储能变流器的虚拟同步控制方法，如图1所示，包括：

101.利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势；

102.利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角；

103.根据所述PWM信号的幅值和相角生成控制所述储能变流器PWM信号，并利用该PWM信号控制所述储能变流器。

例如：如图2所示为一种储能变流器的虚拟同步控制住电路拓扑，图中，R_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻，L_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电感，L_f为滤波电感，R_f为滤波电阻，C_f为滤波电容，P_e为虚拟同步发电机的输出有功功率，Q_e为虚拟同步发电机的输出无功功率，P_ref为上层控制中心预设的有功功率参考值，Q_ref为上层控制中心预设的无功功率参考值，e为控制器预设的参考电动势，e_i为虚拟同步发电机输出的电动势，i_c为电容电流，u_oi为第i个储能变流器的输出电压，i_oi为第i个储能变流器的输出电流。

如图3所示，储能部分采用蓄电池和超级电容的复合型储能，利用双向BUCK-BOOST电路实现储能系统和直流母线能量的双向流动，旨在利用蓄电池容量大和超级电容动态响应快的特性构成混合储能并利用虚拟同步发电机控制来维持微电网的稳定，提高电能质量。

利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率和输出电动势的相角的过程包括：

对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

对所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流进行功率计算，获取虚拟同步发电机输出的有功功率和无功功率；

将所述虚拟同步发电机输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述虚拟同步发电机的输出角频率的反馈值作为P-f调速控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出角频率；

对虚拟同步发电机的输出角频率进行积分控制，获取所述虚拟同步发电机的输出电动势的相角。

获取了虚拟同步发电机的输出角频率和输出电动势的相角之后，需要利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出电动势，因此，所述步骤101中：

利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出电动势的过程包括：

对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流获取交流母线电压估计值；

将所述交流母线电压估计值、虚拟同步发电机输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值作为Q-E励磁控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出电动势。

其中，所述根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流确定交流母线电压估计值，包括：

按下式确定α、β坐标系下交流母线电压估计值：

其中，为α坐标下交流母线电压估计值，为β坐标下交流母线电压估计值，u_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电压，u_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电压，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流，R_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻，ω为虚拟同步发电机的输出角频率反馈值，L_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电感；

对所述α、β坐标系下交流母线电压估计值进行Clarke变换，获取交流母线电压估计值。

例如，当交流母线电压的估算结果不同时，会导致无功功率分配不平衡，即：

其中，为第一根母线电压估计标幺值，为第二根母线电压估计标幺值，为第一根母线电压估计与实际偏差的标幺值，为第二根母线电压估计与实际偏差的标幺值，为母线电压实际标幺值，为第一台虚拟同步发电机分配的无功功率标幺值，为第二台虚拟同步发电机分配的无功功率标幺值，为Q-U下垂系数。

其中，无功功率的分配不平衡还受Q-U下垂系数的影响，它的大小影响着电压稳态偏差和无功功率分配的准确度，因此为使无功功率分配接近平衡，通过无功功率控制环伯德图比较，将Q-U下垂系数取为5pu。

获取了虚拟同步发电机的输出电动势之后，需利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角，因此，所述步骤102，包括：

对所述输出电动势的相角和输出电动势进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势；

根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势按下式确定α、β坐标下PWM信号的电压值：

其中，u_{pwm_α}为α坐标下PWM信号的电压值，u_{pwm_β}为β坐标下PWM信号的电压值，e_α为α坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，e_β为β坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，ω为虚拟同步发电机的输出角频率，L_ls为虚拟电感，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流。

对所述α、β坐标下PWM信号的电压值进行Clarke变换，获取PWM信号的幅值和相角。

例如：将虚拟同步发电机对外表现电抗的目标值取为实际同步发电机的典型直轴暂态电抗0.7pu，则：

其中，为虚拟同步发电机对外表现电抗的目标值，S_i为第i台虚拟同步发电机的容量，L_lsi为第i台虚拟同步发电机的虚拟电感，L_fi为第i台虚拟同步发电机的滤波电感，L_gi为第i台虚拟同步发电机的线路电感，E₀为空载电动势，ω_i为第i台虚拟同步发电机的角频率。

基于同一构思，本发明还提供一种储能变流器的虚拟同步控制装置，如图4所示包括：

获取单元，用于利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势；

确定单元，用于利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角；

控制单元，用于根据PWM信号的幅值和相角生成控制所述储能变流器PWM信号，并利用该PWM信号控制所述储能变流器。

所述获取单元，包括：

第一获取模块(即第一Clarke变换器)，用于对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

第二获取模块(即功率计算器)，用于对所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流进行功率计算，获取虚拟同步发电机输出的有功功率和无功功率；

第三获取模块(即P-f调速控制器)，用于将所述虚拟同步发电机输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述虚拟同步发电机的输出角频率的反馈值作为P-f调速控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出角频率；

第四获取模块(即积分控制器)，用于对虚拟同步发电机的输出角频率进行积分控制，获取所述虚拟同步发电机的输出电动势的相角。

所述获取单元，还包括：

第五获取模块(即第一Clarke变换器)，用于对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

第六获取模块(即交流母线电压估计模块)，用于根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流获取交流母线电压估计值；

第七获取模块(即Q-E励磁控制器)，用于将所述交流母线电压估计值、虚拟同步发电机输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值作为Q-E励磁控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出电动势。

所述确定单元，包括：

第八获取模块(即交流母线电压估计模块)，用于对所述输出电动势的相角和输出电动势进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势；

第一确定模块(即虚拟电抗控制器)，用于根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势按下式确定α、β坐标下PWM信号的电压值：

其中，u_{pwm_α}为α坐标下PWM信号的电压值，u_{pwm_β}为β坐标下PWM信号的电压值，e_α为α坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，e_β为β坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，ω为虚拟同步发电机的输出角频率，L_ls为虚拟电感，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流；

第九获取模块(即虚拟电抗控制器)，用于对所述α、β坐标下PWM信号的电压值进行Clarke变换，获取PWM信号的幅值和相角。

所述第六获取模块，包括：

第一确定子模块(即交流母线电压估计模块)，用于按下式确定α、β坐标系下交流母线电压估计值：

其中，为α坐标下交流母线电压估计值，为β坐标下交流母线电压估计值，u_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电压，u_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电压，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流，R_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻，ω为虚拟同步发电机的输出角频率反馈值，L_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电感；

第一获取子模块(即交流母线电压估计模块)，用于对所述α、β坐标系下交流母线电压估计值进行Clarke变换，获取交流母线电压估计值。

本发明还提供一种储能变流器的虚拟同步控制器，如图5所示，包括：

第一Clarke变换器、功率计算器、P-f调速控制器、积分控制器、虚拟电抗控制器、交流母线电压估计模块和Q-E励磁控制器；

所述第一Clarke变换器的输入为储能变流器的输出电压和输出电流；

所述功率计算器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

所述P-f调速控制器的输入为所述功率计算器输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述P-f调速控制器反馈的输出角频率；

所述积分控制器的输入为所述P-f调速控制器输出的角频率；

所述虚拟电抗控制器的输入为所述积分控制器输出的电动势的相角、所述P-f调速控制器输出的角频率、所述Q-E励磁控制器输出的电动势、所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下的输出电流；

所述交流母线电压估计模块的输入为所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下的输出电压、输出电流和所述P-f调速控制器输出的角频率；

所述Q-E励磁控制器的输入为所述交流母线电压估计模块输出的母线电压估计值、所述功率计算器输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值。

所述虚拟电抗控制器，如图6所示，包括：

第二Clarke变换器、第一加法器、第三Clarke变换器、第二加法器、第一乘法器和第二乘法器；

所述第二Clarke变换器的输入为所述Q-E励磁控制器输出的电动势和所述积分控制器输出的电动势的相角；

所述第一加法器的输入为所述第二Clarke变换器输出的α坐标系下PWM信号的电压值和所述第二乘法器输出的α坐标系下虚拟电抗电压；

所述第三Clarke变换器的输入为所述第一加法器输出的α坐标下PWM信号的电压值和所述第二加法器输出的β坐标下PWM信号的电压值；

所述第二加法器的输入为所述第二Clarke变换器输出的β坐标系下PWM信号的电压值和所述第一乘法器输出的β坐标系下虚拟电抗电压；

所述第一乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流、所述P-f调速控制器输出的角频率与虚拟电感的乘积；

所述第二乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流、所述P-f调速控制器输出的角频率和虚拟电感。

所述交流母线电压估计模块，如图7所示，包括：

第三乘法器、第四乘法器、第三加法器、第四加法器、第五加法器、第六加法器和第四Clarke变换器；

所述第三乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流、虚拟同步发电机与母线之间线路的电感与输出角频率的乘积；

所述第四乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流、虚拟同步发电机与母线之间线路的电感与输出角频率的乘积；

所述第三加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电压、所述第五加法器输出的α坐标系下虚拟同步发电机与母线之间线路的电压差；

所述第四加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电压、所述第六加法器输出的β坐标系下虚拟同步发电机与母线之间线路的电压差；

所述第五加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流与虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻的乘积、所述第四乘法器输出的β坐标下的输出电流、输出角频率以及虚拟同步发电机与母线之间线路的电感的乘积；

所述第六加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流与虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻的乘积、所述第三乘法器输出的α坐标下的输出电流、输出角频率以及虚拟同步发电机与母线之间线路的电感的乘积；

所述第四Clarke变换器的输入为所述第三加法器输出的α坐标下交流母线电压估计值和所述第四加法器输出的β坐标下交流母线电压估计值。

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。

最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种储能变流器的虚拟同步控制方法，其特征在于，所述方法包括：

利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势；

利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角；

根据所述PWM信号的幅值和相角生成控制所述储能变流器PWM信号，并利用该PWM信号控制所述储能变流器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率和输出电动势的相角的过程包括：

对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

对所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流进行功率计算，获取虚拟同步发电机输出的有功功率和无功功率；

将所述虚拟同步发电机输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述虚拟同步发电机的输出角频率的反馈值作为P-f调速控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出角频率；

对虚拟同步发电机的输出角频率进行积分控制，获取所述虚拟同步发电机的输出电动势的相角。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出电动势的过程包括：

对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流获取交流母线电压估计值；

将所述交流母线电压估计值、虚拟同步发电机输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值作为Q-E励磁控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出电动势。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角，包括：

对所述输出电动势的相角和输出电动势进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势；

根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势按下式确定α、β坐标下PWM信号的电压值：

其中，u_{pwm_α}为α坐标下PWM信号的电压值，u_{pwm_β}为β坐标下PWM信号的电压值，e_α为α坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，e_β为β坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，ω为虚拟同步发电机的输出角频率，L_ls为虚拟电感，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流；

对所述α、β坐标下PWM信号的电压值进行Clarke变换，获取PWM信号的幅值和相角。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流确定交流母线电压估计值，包括：

按下式确定α、β坐标系下交流母线电压估计值：

其中，为α坐标下交流母线电压估计值，为β坐标下交流母线电压估计值，u_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电压，u_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电压，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流，R_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻，ω为虚拟同步发电机的输出角频率反馈值，L_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电感；

对所述α、β坐标系下交流母线电压估计值进行Clarke变换，获取交流母线电压估计值。

6.一种储能变流器的虚拟同步控制装置，其特征在于，所述装置包括：

获取单元，用于利用储能变流器的输出电压和输出电流获取虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势；

确定单元，用于利用所述虚拟同步发电机的输出角频率、输出电动势的相角和输出电动势确定PWM信号的幅值和相角；

控制单元，用于根据PWM信号的幅值和相角生成控制所述储能变流器PWM信号，并利用该PWM信号控制所述储能变流器。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元，包括：

第一获取模块，用于对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

第二获取模块，用于对所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流进行功率计算，获取虚拟同步发电机输出的有功功率和无功功率；

第三获取模块，用于将所述虚拟同步发电机输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述虚拟同步发电机的输出角频率的反馈值作为P-f调速控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出角频率；

第四获取模块，用于对虚拟同步发电机的输出角频率进行积分控制，获取所述虚拟同步发电机的输出电动势的相角。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元，还包括：

第五获取模块，用于对储能变流器的输出电压和输出电流分别进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

第六获取模块，用于根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流获取交流母线电压估计值；

第七获取模块，用于将所述交流母线电压估计值、虚拟同步发电机输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值作为Q-E励磁控制器的输入，获取虚拟同步发电机的输出电动势。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定单元，包括：

第八获取模块，用于对所述输出电动势的相角和输出电动势进行Clarke变换，获取α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势；

第一确定模块，用于根据所述α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电动势按下式确定α、β坐标下PWM信号的电压值：

其中，u_{pwm_α}为α坐标下PWM信号的电压值，u_{pwm_β}为β坐标下PWM信号的电压值，e_α为α坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，e_β为β坐标下虚拟同步发电机的输出电动势，ω为虚拟同步发电机的输出角频率，L_ls为虚拟电感，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流；

第九获取模块，用于对所述α、β坐标下PWM信号的电压值进行Clarke变换，获取PWM信号的幅值和相角。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第六获取模块，包括：

第一确定子模块，用于按下式确定α、β坐标系下交流母线电压估计值：

其中，为α坐标下交流母线电压估计值，为β坐标下交流母线电压估计值，u_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电压，u_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电压，i_{o_α}为α坐标下虚拟同步发电机的输出电流，i_{o_β}为β坐标下虚拟同步发电机的输出电流，R_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻，ω为虚拟同步发电机的输出角频率反馈值，L_g为虚拟同步发电机与母线之间线路的电感；

第一获取子模块，用于对所述α、β坐标系下交流母线电压估计值进行Clarke变换，获取交流母线电压估计值。

11.一种储能变流器的虚拟同步控制器，其特征在于，所述控制器包括：

第一Clarke变换器、功率计算器、P-f调速控制器、积分控制器、虚拟电抗控制器、交流母线电压估计模块和Q-E励磁控制器；

所述第一Clarke变换器的输入为储能变流器的输出电压和输出电流；

所述功率计算器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下虚拟同步发电机的输出电压和输出电流；

所述P-f调速控制器的输入为所述功率计算器输出的有功功率、上层控制中心预设的有功功率参考值、系统的额定角频率和所述P-f调速控制器反馈的输出角频率；

所述积分控制器的输入为所述P-f调速控制器输出的角频率；

所述虚拟电抗控制器的输入为所述积分控制器输出的电动势的相角、所述P-f调速控制器输出的角频率、所述Q-E励磁控制器输出的电动势、所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下的输出电流；

所述交流母线电压估计模块的输入为所述第一Clarke变换器输出的α、β坐标系下的输出电压、输出电流和所述P-f调速控制器输出的角频率；

所述Q-E励磁控制器的输入为所述交流母线电压估计模块输出的母线电压估计值、所述功率计算器输出的无功功率和上层控制中心预设的无功功率参考值。

12.如权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述虚拟电抗控制器，包括：

第二Clarke变换器、第一加法器、第三Clarke变换器、第二加法器、第一乘法器和第二乘法器；

所述第二Clarke变换器的输入为所述Q-E励磁控制器输出的电动势和所述积分控制器输出的电动势的相角；

所述第一加法器的输入为所述第二Clarke变换器输出的α坐标系下PWM信号的电压值和所述第二乘法器输出的α坐标系下虚拟电抗电压；

所述第三Clarke变换器的输入为所述第一加法器输出的α坐标下PWM信号的电压值和所述第二加法器输出的β坐标下PWM信号的电压值；

所述第二加法器的输入为所述第二Clarke变换器输出的β坐标系下PWM信号的电压值和所述第一乘法器输出的β坐标系下虚拟电抗电压；

所述第一乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流、所述P-f调速控制器输出的角频率与虚拟电感的乘积；

所述第二乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流、所述P-f调速控制器输出的角频率和虚拟电感。

13.如权利要求11所述的控制器，其特征在于，所述交流母线电压估计模块，包括：

第三乘法器、第四乘法器、第三加法器、第四加法器、第五加法器、第六加法器和第四Clarke变换器；

所述第三乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流、虚拟同步发电机与母线之间线路的电感与输出角频率的乘积；

所述第四乘法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流、虚拟同步发电机与母线之间线路的电感与输出角频率的乘积；

所述第三加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电压、所述第五加法器输出的α坐标系下虚拟同步发电机与母线之间线路的电压差；

所述第四加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电压、所述第六加法器输出的β坐标系下虚拟同步发电机与母线之间线路的电压差；

所述第五加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的α坐标下的输出电流与虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻的乘积、所述第四乘法器输出的β坐标下的输出电流、输出角频率以及虚拟同步发电机与母线之间线路的电感的乘积；

所述第六加法器的输入为所述第一Clarke变换器输出的β坐标下的输出电流与虚拟同步发电机与母线之间线路的电阻的乘积、所述第三乘法器输出的α坐标下的输出电流、输出角频率以及虚拟同步发电机与母线之间线路的电感的乘积；

所述第四Clarke变换器的输入为所述第三加法器输出的α坐标下交流母线电压估计值和所述第四加法器输出的β坐标下交流母线电压估计值。