CN109842157B - 一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，涉及微网逆变器控制技术领域。该方法首先采集微网逆变器输出参数，并将其转化为dq坐标系下对应值，得到微网逆变器在dq坐标系下的数学模型；然后计算微网逆变器输出的有功功率，无功功率；利用虚拟调速器和虚拟励磁调节器获得虚拟同步发电机的虚拟机械功率及其端电压；进而通过改进型VSG转动惯量控制算法获得参考电压；最后将获得的参考电压作为改进电压电流环的输入，输出脉宽调制信号，驱动微网逆变器的功率器件，实现对微网逆变器的控制；本发明提供的基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，使孤岛运行条件下的微网逆变器具有支撑电网电压稳定、频率快速响应能力。

Description

一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法

技术领域

本发明涉及微网逆变器控制技术领域，尤其涉及一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法。

背景技术

微网作为分布式电源与电网的缓冲环节，可以解决多种新能源高比例入网带来的预测性低、不稳定等问题，能够提高电网的电能质量及供电可靠性。电网发生线路故障时，微网逆变器可采用离网运行方式(孤岛运行)。孤岛运行状态下，采用虚拟同步发电机技术(Virtual synchronous generator，即VSG)对逆变器进行控制，虚拟同步发电机技术具有大惯性、大输出阻抗的优点。采用传统的虚拟同步发电机控制虽然能够使电力电子接口类逆变器具有发电机的特性，支撑微网电压频率稳定，为微电网提供惯性缓冲能量，提高逆变器供电可靠性，但无法兼顾功率调整、频率调整的动态调节性能，使逆变器输出频率的抗干扰性较差；且微网逆变器输出电流的畸变率大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，实现对微网逆变器的控制。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，包括以下步骤：

步骤1、采集微网逆变器输出的电压、电流及逆变器的滤波电感电流，并通过park变换获得以上参数在同步旋转dq坐标系下所对应的值，进而得到三相微网逆变器在dq坐标系下的数学模型；

采集微网逆变器的输出电压e_oa，e_ob，e_oc、微网逆变器的输出电流i_oa，i_ob，i_oc以及滤波电感电流i_la，i_ld，i_lc；利用锁相环获取微网逆变器输出电压的角频率ω；求各数据在同步旋转dq坐标系下的参数：微网母线电压dq轴分量e_d，e_q、微网逆变器输出电压dq轴分量e_od，e_oq、微网逆变器输出电流dq轴分量i_od，i_oq；滤波电感电流dq轴分量i_ld，i_lq；

进而得到三相微网逆变器在dq坐标系下的数学模型，如下公式所示：

其中，R、L分别为微网逆变器线路的等效电阻和等效电感；

步骤2、计算微网逆变器输出的有功功率P，无功功率Q；

所述微网逆变器输出的有功功率P和无功功率Q由以下功率计算公式获得：

其中，τ为一阶低通滤波器时间常数，s为传递函数复变量；

步骤3、利用虚拟调速器获得虚拟同步发电机的虚拟机械功率P_m，具体方法为：

将步骤1中获取的微网逆变器输出电压的角频率ω与其参考角频率ω_ref＝2πf₀，f₀＝50Hz之间的差值作为虚拟调速器的输入，虚拟调速器输出信号所引起的功率偏移值作为虚拟同步发电机有功功率的给定值P_ref的补偿，在满足有功负荷变化的同时，实现微网逆变器控制系统频率稳定的自调节；

虚拟同步发电机有功-频率特性关系，如下公式所示：

P₁＝P_ref+K_w(ω_ref-ω) (3)

其中，P₁为虚拟同步发电机的虚拟机械功率待整定值，K_w为虚拟同步发电机的频率调节系数；

将虚拟同步发电机的虚拟机械功率待整定值P₁经功率限幅方法计算得到虚拟同步发电机的虚拟输入机械功率P_m，如下公式所示：

其中，ω_n为需要滤除的谐波角频率，ζ为品质因数；

步骤4、利用VSG虚拟励磁调节器获取虚拟同步发电机的端电压E，具体方法为：

虚拟励磁调节器根据虚拟同步发电机实际输出电压与参考电压的偏差自动调节励磁感应电动势的大小，使微网系统在负荷发生变化时端电压能保持稳定，如下公式所示；

E＝E_a+E_Q＝E_a+n(Q_ref-Q) (5)

其中，E_a为虚拟同步发电机的空载电动势，E_Q为无功功率调节引起的补偿电动势，Q_ref为无功功率给定值，n为无功功率调节系数；

步骤5、将步骤3、步骤4获得的P_m、E经改进型VSG转动惯量控制算法进行计算，获得参考电压

所述改进型VSG转动惯量控制方法为：当频率偏移量大于频率变化量限定值K时，根据频率偏移量动态调节转动惯量J以减缓频率变化率；

所述根据频率偏移量调动态节转动惯量J的公式如下所示：

J＝J₀+ΔJ＝J₀+k_f|f-50| (6)

其中，k_f为频率跟踪系数，J₀为改进型VSG微网逆变器投入微网运行瞬间不产生功率震荡的转动惯量初始值，f为微网逆变器输出电压频率；

当同时满足(f-50)≥K、

或同时满足(f-50)≤-K、

的条件时，采用公式(6)调节转动惯量J，不满足以上条件时，采用公式(7)调节转动惯量J；

J＝J₀ (7)

将步骤3得到的P_m及转动惯量J带入转子运动方程求得目标角频率ω₀，由目标角频率与相角θ的关系获得参考电压

的相角θ；将步骤1采集滤波电感电流i_la，i_lb，i_lc与步骤4获得的虚拟同步发电机的端电压E带入定子电气方程，得到虚拟定子绕组感应电动势E₀，即参考电压

的幅值；

所述转子运动方程为：

其中，D为阻尼系数，P_e为定子电磁功率，考虑到逆变器主电路等效输出电阻很小及简化功率计算的因素，该值用步骤2获得的逆变器输出有功功率P代替，t为时间；

所述目标角频率ω₀与相角θ的关系为：

∫ω₀dt＝θ (9)

所述定子电气方程为：

其中，E₀为虚拟定子绕组感应电动势，I_l为虚拟定子电流，R_a为定子电枢电阻，X_t为同步电抗，j为虚数符号；

步骤6、将步骤5获得参考电压

作为改进电压电流环的输入，输出脉宽调制(Pulse Width Modulation，即PWM)信号u_a，u_b，u_c，驱动微网逆变器的功率器件，实现对微网逆变器的控制，具体方法为：

将步骤5得到的参考电压

作dq轴坐标变换得U_q，U_d，经过电压环节矫正，输出电流环参考电流i_Ldv ^*，i_Lqv ^*；电流环参考电流i_Ldv ^*，i_Lqv ^*与i_ld，i_lq的差值经改进重复控制电流环的调整，滤除电流信号的高次谐波，降低逆变器输出电流的畸变率，获得PWM生成器的参考信号e_d、e_q，控制功率器件，完成对微网逆变器的控制；

所述改进的重复控制在传统重复控制的基础上并联前馈宽频环节来优化电流环的控制；

所述传统重复控制包括内膜发生函数、补偿环节和相位调节环节三部分；

所述内膜发生函数，如下公式所示：

其中，e_o(z)为信号误差输出，e_i(z)为信号误差输入，Q(z)为低通滤波器离散型传递函数，N为一个周期基波采样系数，z为离散型传递函数中的自变量；

所述补偿环节，如下公式所示：

z^m·C(z)＝z^m·K_nF₁·F₂ (12)

其中，F₁为陷波器的离散型传递函数，F₂为二阶滤波器的离散型传递函数，z^m与z^-N组成相位调节环节，K_n为补偿系数，C(z)为幅值补偿环节；

所述相位调节环节，如下公式所示：

z^-N+m (13)

其中，N为一个周期基波采样系数，m为补偿环节的超前拍次；

所述前馈宽频环节，如下公式所示：

其中，S(s)为重复控制前馈环节，ω_c为截止角频率，ω_s为谐振角频率，K_r为宽频增益系数，ψ为积分增益系数；

将重复控制中的前馈宽频环节S(s)经零阶保持器离散化后获得对应的离散化传递函数S(z)，将其带入改进重复控制电流环的误差传递函数：

其中，为E(z)误差信号，R(z)为输入信号，P₁(z)为简化后电流环的被控制对象，k_r为补偿系数。

由小增益定理，根据式(15)可得改进重复控制电流环稳定的条件为：

|Q(z)·[1-k_rz^mS(z)P₁(z)]|＜1 (16)

根据式(16)整定相位调节环节中m的值。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，改进型VSG的转动惯量可以根据频率变化实时有效的调节，降低微电网负载变化所带来的功率波动和频率变化，兼顾功率平衡和频率稳定的动态调节性能与稳态性能；使孤岛运行条件下的微网逆变器具有支撑电网电压稳定、频率快速响应能力；提高微网逆变器的抗干扰性。电流环采用改进重复控制，引入本发明提出的前馈宽频调节环节，可有效抑制微网谐波，降低逆变器输出电流的畸变率，提高底层控制电压电流环的稳态性能和动态性能，显著改善了逆变器入网电压波形的质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法的系统结构图；

图3为本发明实施例提供的VSG调速器控制框图；

图4为本发明实施例提供的VSG励磁调节器控制框图；

图5为本发明实施例提供的改进的VSG转动惯量控制算法框图；

图6为本发明实施例提供的改进电流环化简等效图；

图7为本发明实施例提供的化简后的改进重复控制电流环结构框图；

图8为本发明实施例提供的改进重复控制前馈宽频环节的伯德图；

图9为本发明实施例提供的改进电压电流双环控制的结构框图；

图10为本发明实施例提供的采用传统VSG控制方法和改进型转动惯量控制算法得到的逆变器输出频率仿真结果对比图；

图11为本发明实施例提供的传统电流环逆变器和改进重复控制电流环逆变器输出电压的仿真结果对比果图，其中，(a)为采用传统电流环逆变器输出电压的波形图，(b)为采用改进重复控制电流环逆变器输出的电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以某微网为例，采用本发明的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，实现对该微网逆变器的控制。

一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

步骤1、采集微网逆变器输出的电压、电流及逆变器的滤波电感电流，并通过park变换获得以上参数在同步旋转dq坐标系下所对应的值，进而得到三相微网逆变器在dq坐标系下的数学模型；

采集微网逆变器的输出电压e_oa，e_ob，e_oc、微网逆变器的输出电流i_oa，i_ob，i_oc以及滤波电感电流i_la，i_ld，i_lc；利用锁相环获取微网逆变器输出电压的角频率ω；求各数据在同步旋转dq坐标系下的参数：微网母线电压dq轴分量e_d，e_q、微网逆变器输出电压dq轴分量e_od，e_oq、微网逆变器输出电流dq轴分量i_od，i_oq；滤波电感电流dq轴分量i_ld，i_lq；

进而得到三相微网逆变器在dq坐标系下的数学模型，如下公式所示：

其中，R、上分别为微网逆变器线路的等效电阻和等效电感；

步骤2、计算微网逆变器输出的有功功率P，无功功率Q；

所述微网逆变器输出的有功功率P和无功功率Q由以下功率计算公式获得：

其中，τ为一阶低通滤波器时间常数，s为传递函数复变量；

步骤3、利用虚拟调速器获得虚拟同步发电机的虚拟机械功率P_m，具体方法为：

将步骤1中获取的微网逆变器输出电压的角频率ω与其参考角频率ω_ref＝2πf₀，f₀＝50Hz之间的差值作为虚拟调速器的输入，虚拟调速器输出信号所引起的功率偏移值作为虚拟同步发电机有功功率的给定值P_ref的补偿，在满足有功负荷变化的同时，实现微网逆变器控制系统频率稳定的自调节，如图3所示；

虚拟同步发电机有功-频率特性关系，如下公式所示：

P₁＝P_ref+K_w(ω_ref-ω) (3)

其中，P₁为虚拟同步发电机的虚拟机械功率待整定值，K_w为虚拟同步发电机的频率调节系数；

将虚拟同步发电机的虚拟机械功率待整定值P₁经功率限幅方法计算得到虚拟同步发电机的虚拟输入机械功率P_m，如下公式所示：

其中，ω_n为需要滤除的谐波角频率，ζ为品质因数；

步骤4、利用VSG虚拟励磁调节器获取虚拟同步发电机的端电压E，如图4所示，具体方法为：

虚拟励磁调节器根据虚拟同步发电机实际输出电压与参考电压的偏差自动调节励磁感应电动势的大小，使微网系统在负荷发生变化时端电压能保持稳定，如下公式所示；

E＝E_a+E_Q＝E_a+n(Q_ref-Q) (5)

其中，E_a为虚拟同步发电机的空载电动势，E_Q为无功功率调节引起的补偿电动势，Q_ref为无功功率给定值，n为无功功率调节系数；

步骤5、将步骤3、步骤4获得的P_m、E经改进型VSG转动惯量控制算法进行计算，获得参考电压

所述改进型VSG转动惯量控制方法如图5所示，具体为：当频率偏移量大于频率变化量限定值K时，根据频率偏移量动态调节转动惯量J以减缓频率变化率。

所述根据频率偏移量调动态节转动惯量J的公式如下所示：

J＝J₀+ΔJ＝J₀+k_f|f-50| (6)

其中，k_f为频率跟踪系数，J₀为改进型VSG微网逆变器投入微网运行瞬间不产生功率震荡的转动惯量初始值，f为微网逆变器输出电压频率；

当同时满足(f-50)≥K、

或同时满足(f-50)≤-K、

的条件时，采用公式(6)调节转动惯量J，此过程为转动惯量动态调节模式，当不满足以上条件时，采用公式(7)调节转动惯量J，实现频率的快速恢复。

J＝J₀ (7)

将步骤3得到的P_m及转动惯量J带入转子运动方程求得目标角频率ω₀，由目标角频率与相角θ的关系获得参考电压

的相角θ；将步骤1采集滤波电感电流i_la，i_lb，i_lc与步骤4获得的虚拟同步发电机的端电压E带入定子电气方程，得到虚拟定子绕组感应电动势E₀，即参考电压

的幅值；

所述转子运动方程为：

其中，D为阻尼系数，P_e为定子电磁功率，考虑到逆变器主电路等效输出电阻很小及简化功率计算的因素，该值用步骤2获得的逆变器输出有功功率P代替，t为时间；

所述目标角频率ω₀与相角θ的关系为：

∫ω₀dt＝θ (9)

所述定子电气方程为：

其中，E₀为虚拟定子绕组感应电动势，I_l为虚拟定子电流，R_a为定子电枢电阻，X_t为同步电抗，j为虚数符号；

步骤6、将步骤5获得参考电压

作为改进电压电流环的输入，输出脉宽调制(Pulse Width Modulation，即PWM)信号u_a，u_b，u_c，驱动微网逆变器的功率器件，实现对微网逆变器的控制，具体方法为：

将步骤5得到的参考电压

作dq轴坐标变换得U_q，U_d，经过电压环节矫正，输出电流环参考电流i_Ldv ^*，i_Lqv ^*；电流环参考电流i_Ldv ^*，i_Lpv ^*与i_ld，i_lq的差值经改进重复控制电流环的调整，滤除电流信号的高次谐波，降低逆变器输出电流的畸变率，获得PWM生成器的参考信号e_d、e_q，控制功率器件，完成对微网逆变器的控制；

所述改进的重复控制在传统重复控制的基础上并联前馈宽频环节来优化电流环的控制；

由步骤1中的三相微网逆变器在dq坐标下的数学等效模型结合改进重复控制可得如图6所示的改进电流环的控制框图，图中H(z)为一拍延时，G_1s为电网电压传递函数，L₁＝0.5mH，L₂＝0.2mH，C＝20μF，R＝0.005Ω。为便于改进重复控制电流环参数整定对其结构框图进行化简。控制器采用滞后一拍的控制方式，可以减小采样和计算延时的误差，故采用电网电压前馈控制方法简化电网电压对电流环的扰动信号。最终化简后的改进重复控制电流环如图7所示。其中电流环闭环传递函数P₁(z)＝H(z)P(z)，P(z)为控制对象传递函数经过零阶保持器离散化后的模型，公式如下所示：

(1)利用化简后的改进重复控制电流环的控制框图对重复控制的参数进行整定，具体包括内膜发生函数、补偿环节和相位调节环节三部分；

A、重复控制内膜发生函数参数整定，如下公式所示：

其中，e_o(z)为信号误差输出，e_i(z)为信号误差输入，Q(z)为低通滤波器的离散化传递函数，N为一个周期基波采样系数，z为离散型传递函数中的自变量；

为避免闭内膜控制系统失去稳定，实际内模中低通滤波器Q(z)取小于1的常数，本实施方式中取0.95。N为一个周期基波采样系数。

B、重复控制的补偿环节，如下公式所示：

z^m·C(z)＝z^m·K_nF₁·F₂ (13)

其中，F₁为陷波器的离散化传递函数，F₂为二阶滤波器的离散化传递函数，z^m与z^-N组成相位调节环节，K_n为补偿系数，C(z)为幅值补偿环节；

补偿器z^m·C(z)是针对P₁(z)来设计的，根据P₁(z)的幅频特性选取F₁和F₂；根据P₁(z)·F₁·F₂的相频特性选取超前拍次m，使C(z)补偿之后的P₁(z)在低频段具有零增益、零相移，高频段有足够的幅值衰减。前向通道上的重复控制器对谐波信号提供高增益，确保整个系统在中低频段具有较大的开环增益，形成高稳态精度的电流环。

本实施例中，陷波器的离散化传递函数如下公式所示：

二阶滤波器的离散化传递函数如下公式所示：

C、重复控制的相位调节环节，如下公式所示：

z^-N+m (16)

改进重复控制电流环的误差传递函数为：

其中为E(z)误差信号，R(z)为输入信号，P₁(z)为简化后电流环的被控制对象。

由小增益定理，可推出控制系统稳定的条件为：

|Q(z)·[1-k_rz^mS(z)P₁(z)]|＜1 (18)

其中，T为系统的采样周期；k_r为补偿系数。

由稳定条件得P(z)F₁，F₂产生的滞后相位用利用超前5拍环节来抵消，即m＝5。由于假定指令和扰动都是周期重复性的，故“超前”控制可以延迟至下一周期的适当时刻来获得“超前”性。

(2)改进重复控制的前馈环节参数整定，如下公式所示：

其中，S(s)为重复控制前馈环节，ω_c为截止角频率，ω_s为谐振角频率，K_r为宽频增益系数，ψ为积分增益系数；

前馈传递函数增益与积分增益系数成正比，本实施例中，ψ＝100，ω_c/π为控制带宽，根据工程实际取值2.8，可求得ω_c＝10Hz。

本实施例中，改进重复控制前馈环节传递函数的伯德图如图8所示，随着K_r取值的增加，前馈宽频环节控带宽可得到改善，相角裕度为无穷大。此环节降低的电网电压频率波动对信号增益的影响，减弱控制器对电网频率的敏感度，实现对50Hz附近信号的放大，提高系统对基波信号的无静差跟踪。

将重复控制前馈环节的零阶保持器离散化后的传递函数如下：

通过参数整定，结合传统PI电压环获得本实施例的改进电压电流环的控制框图，如图9所示。

本实施例还提供了仿真分析：首先对微网逆变器的抗负载干扰性能力进行测试，本实施例中设定微网逆变器输出额定功率为10kW，在0.25s时加入6kW的负载，并在0.3s时将负载切除，微网逆变器输出电压频率的仿真结果图如图10所示。根据图10分析可知改进型VSG转动惯量调节算法降低了负载突变带来的频率偏移速率，在频率恢复过程中，自适降低虚拟转动惯量，频率更加平稳的恢复到设定值，逆变器输出电压频率的抗干扰性的到提高。传统电流环逆变器和改进重复控制电流环逆变器输出电压的仿真结果如图11所示，从中可以看出，利用重复控制技术改进电压电流双环结构环，改善了逆变器输出电压的波形，使逆变器输出电压的纹波更友好，提高逆变器输出电压的质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、采集微网逆变器输出的电压、电流及逆变器的滤波电感电流，并通过park变换获得以上参数在同步旋转dq坐标系下所对应的值，进而得到三相微网逆变器在dq坐标系下的数学模型；

步骤2、计算微网逆变器输出的有功功率P，无功功率Q；

步骤3、利用虚拟调速器获得虚拟同步发电机的虚拟机械功率P_m；

步骤4、利用VSG虚拟励磁调节器获取虚拟同步发电机的端电压E；

步骤5、将步骤3、步骤4获得的P_m、E经改进型VSG转动惯量控制方法进行计算，获得参考电压

所述改进型VSG转动惯量控制方法为：当频率偏移量大于频率变化量限定值K时，根据频率偏移量动态调节转动惯量J以减缓频率变化率；

所述根据频率偏移量动态调节转动惯量J的公式如下所示：

J＝J₀+ΔJ＝J₀+k_f|f-50| (1)

其中，k_f为频率跟踪系数，J₀为改进型VSG微网逆变器投入微网运行瞬间不产生功率震荡的转动惯量初始值，f为微网逆变器输出电压频率；

当同时满足(f-50)≥K、

或同时满足(f-50)≤-K、

的条件时，采用公式(1)调节转动惯量J，不满足以上条件时，采用公式(2)调节转动惯量J；

J＝J₀ (2)

步骤6、将步骤5获得参考电压

作为改进的重复控制电压电流环的输入，输出脉宽调制(Pulse Width Modulation，即PWM)信号u_a,u_b,u_c，生成PWM调制波，驱动微网逆变器的功率器件，实现对微网逆变器的控制；

所述改进的重复控制在传统重复控制的基础上并联前馈宽频环节来优化电流环的控制；

所述传统重复控制包括内膜发生函数、补偿环节和相位调节环节三部分；

所述内膜发生函数，如下公式所示：

其中，e_o(z)为信号误差输出，e_i(z)为信号误差输入，Q(z)为低通滤波器的离散化传递函数，N为一个周期基波采样系数，z为离散型传递函数中的自变量；

所述补偿环节，如下公式所示：

z^m·C(z)＝z^m·K_nF₁·F₂ (4)

其中，F₁为陷波器的离散化传递函数，F₂为二阶滤波器的离散化传递函数，z^m与z^-N共同组成相位调节环节，K_n为补偿系数，C(z)为幅值补偿环节；

所述相位调节环节，如下公式所示：

z^-N+m (5)

其中,N为一个周期基波采样系数,m为补偿环节的超前拍次；

所述前馈宽频环节，如下公式所示：

其中，S(s)为改进的重复控制前馈环节，ω_c为截止角频率，ω_s为谐振角频率，K_r为宽频增益系数，ψ为积分增益系数；

将改进的重复控制中的前馈宽频环节S(s)经零阶保持器离散化后获得对应的离散化传递函数S(z)，将其带入改进的重复控制电流环的误差传递函数：

其中，为E(z)误差信号，R(z)为输入信号，P₁(z)为简化后电流环的被控制对象，k_r为补偿系数；

由小增益定理，根据式(7)获得改进的重复控制电流环稳定的条件：

|Q(z)·[1-k_rz^mS(z)P₁(z)]|＜1 (8)

根据式(8)整定相位调节环节中m的值。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：

采集微网逆变器的输出电压e_oa,e_ob,e_oc、微网逆变器的输出电流i_oa,i_ob,i_oc以及滤波电感电流i_la,i_lb,i_lc；利用锁相环获取微网逆变器输出电压的角频率ω；求各数据在同步旋转dq坐标系下的参数：微网母线电压dq轴分量e_d,e_q、微网逆变器输出电压dq轴分量e_od,e_oq、微网逆变器输出电流dq轴分量i_od,i_oq；滤波电感电流dq轴分量i_ld,i_lq；

得到三相微网逆变器在dq坐标系下的数学模型，如下公式所示：

其中，R、L分别为微网逆变器线路的等效电阻和等效电感。

3.根据权利要求2所述的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，其特征在于：所述微网逆变器输出的有功功率P和无功功率Q由以下功率计算公式获得：

其中，τ为一阶低通滤波器时间常数，s为传递函数复变量。

4.根据权利要求3所述的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：

将步骤1中获取的微网逆变器输出电压的角频率ω与其参考角频率ω_ref＝2πf₀，f₀＝50Hz之间的差值作为虚拟调速器的输入，虚拟调速器输出信号所引起的功率偏移值作为虚拟同步发电机有功功率的给定值P_ref的补偿，在满足有功负荷变化的同时，实现微网逆变器控制系统频率稳定的自调节；

虚拟同步发电机有功-频率特性关系，如下公式所示：

P₁＝P_ref+K_w(ω_ref-ω) (11)

其中，P₁为虚拟同步发电机的虚拟机械功率待整定值，K_w为虚拟同步发电机的频率调节系数；

将虚拟同步发电机的虚拟机械功率待整定值P₁经功率限幅方法计算得到虚拟同步发电机的虚拟输入机械功率P_m，如下公式所示：

其中，ω_n为需要滤除的谐波角频率，ζ为品质因数。

5.根据权利要求4所述的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：

虚拟励磁调节器根据虚拟同步发电机实际输出电压与参考电压的偏差自动调节励磁感应电动势的大小，使微网系统在负荷发生变化时端电压E能保持稳定，如下公式所示；

E＝E_a+E_Q＝E_a+n(Q_ref-Q) (13)

其中，E_a为虚拟同步发电机的空载电动势，E_Q为无功功率调节引起的补偿电动势，Q_ref为无功功率给定值，n为无功功率调节系数。

6.根据权利要求5所述的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤5的具体方法为：

将步骤3得到的P_m和根据改进型VSG转动惯量控制方法得到的转动惯量J带入转子运动方程求得目标角频率ω₀，由目标角频率与相角θ的关系获得参考电压

的相角θ；将步骤1采集滤波电感电流i_la,i_lb,i_lc与步骤4获得的虚拟同步发电机的端电压E带入定子电气方程，得到虚拟定子绕组感应电动势E₀，即参考电压

的幅值；

所述转子运动方程为：

其中，D为阻尼系数，P_e为定子电磁功率，考虑到逆变器主电路等效输出电阻很小及简化功率计算的因素，该值用步骤2获得的逆变器输出有功功率P代替，t为时间；

所述目标角频率ω₀与相角θ的关系为：

∫ω₀dt＝θ (15)

所述定子电气方程为：

其中，E₀为虚拟定子绕组感应电动势，I_l为虚拟定子电流，R_a为定子电枢电阻，X_t为同步电抗，j为虚数符号。

7.根据权利要求6所述的一种基于改进型虚拟同步发电机的微网逆变器控制方法，其特征在于：所述步骤6的具体方法为：

将步骤5得到的参考电压

作dq轴坐标变换得U_q,U_d，经过电压环节矫正，输出电流环参考电流i_Ldv ^*,i_Lqv ^*；电流环参考电流i_Ldv ^*,i_Lqv ^*与i_ld,i_lq的差值经改进的重复控制电流环的调节，滤除电流信号的高次谐波，降低逆变器输出电流的畸变率，获得PWM生成器的参考信号e_d、e_q，产生所需要的PWM波，控制功率器件，完成对微网逆变器的控制。

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