CN111541274A - 一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，属于微电网控制领域，包括以下步骤，采集滤波器滤波电感处的电压、电流、与滤波后的电流；经过派克变换转换得到dq坐标系下电压和电流；经过功率模块得到平均有功功率与平均无功功率；再经过虚拟同步发电机控制模块得到虚拟发电机的输出电压与角频率；经过电压合成模块、通过dq坐标变换后得到电压合成输出的参考电压；经过虚拟阻抗控制模块得到虚拟阻抗控制输出的参考电压；经过电压电流双环控制模块，得到逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量，经过反派克变换、再通过PWM生成器得到可控正弦脉宽调制信号传送给分布式电源的逆变器，该控制方法具有良好的惯性特征，提高了微电网系统的稳定性。

Description

一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略

技术领域

本发明涉及微电网控制领域，尤其涉及一种基于虚拟同步发电机(VirtualSynchronous Generator，简称VSG)特性的孤岛微电网控制策略。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸现，分布式发电开始被广泛研究以解决大电网运行难度大、维护成本高等缺点。分布式发电是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，能够经济、高效、可靠地发电。分布式电源(DG)位置灵活、分散，能与大电网互为备用，在一定程度上分担了输电网从电厂向用户远距离和大功率输电的功能。为了解决分布式能源发电与传输问题，微电网(Microgrid)成为可选方案之一被提出。

同时，微电网的控制方法也随之得到了重视。下垂控制及其变形自从被应用于微电网中，已经被广泛的研究和讨论。相较于主从控制依赖高速通信技术，下垂控制即使是在无通信的情况下也能达到各单元之间分配的目的，它通过调节各个分布式电源输出端的电压幅值和频率，进而调节电源输出的有功功率与无功功率，从而满足负荷的有功功率和无功功率需求，使得各个分布式电源稳定于一个新的工作点，因此更适合于分布式的微电网系统。另外，应用下垂控制的微电网系统具备更高的可靠性和即插即用性能，更加便于系统的扩容。然而，与传统同步发电机主导的电力系统相比，这种控制方式采用的电力电子接口不具有传统同步发电机的机械旋转部件，而仅仅模仿了励磁和调速外特性，仍然具有惯量不足的缺点，会导致系统频率与电压在扰动过程中容易出现大的偏差，影响系统的稳定运行。因此，需要有改进的控制方法来弥补这一不足，进而使其获得与同步发电机机械转子和调速器相似的动态特性。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略,包括以下步骤：

S1:采集分布式电源的滤波器滤波电感处的电压v_a ^b _c、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc；

S2:将滤波电感处的电压v_abc、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc经过派克变换转换得到dq坐标系下输出的分布式电源的电压v_dq和电流i_0dq；

S3:分布式电源的电压v_dq和电流i_0dq经过功率模块得到平均有功功率P与平均无功功率Q；

S4:有功功率P与平均无功功率Q经过虚拟同步发电机控制模块得到虚拟发电机的输出电压U_VSG与角频率ω_VSG；

S5:输出电压U_VSG与角频率ω_VSG经过电压合成模块、通过dq坐标变换后得到第一参考电压

S6:第一参考电压

经过虚拟阻抗控制模块得到虚拟阻抗控制输出的第二参考电压

S7:第二参考电压

滤波电感处的电压v_abc、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc经过电压电流双环控制模块，得到逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量

S8:逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量

经过反派克变换、再通过PWM生成器得到可控正弦脉宽调制信号m^*传送给分布式电源的逆变器。

进一步地，平均有功功率P与平均无功功率Q通过如何公式获得：

式中，ω_c表示滤波器的转折频率；s表示拉普拉斯算子，p、q分别表示瞬时有功和无功功率。

进一步地，所述虚拟同步发电机模块的P-ω控制器的传递函数为：

其中：J为虚拟同步发电机转动惯量，ω_VSG为VSG虚拟转子转速，ω_grid为电网实际角频率，当微电网处于稳态时ω_VSG＝ω_grid；P_ref为VSG输出有功功率参考值；P为VSG输出有功功率；θ_VSG为VSG虚拟转角，P₀为输出有功功率额定值；D_p为有功功率—频率下垂系数；ω₀为角频率额定值。

进一步地，通过如下公式得到VSG输出电压值U_VSG：

其中，Q₀为输出无功功率额定值；D_q为无功功率—电压下垂系数；U_grid为电网实际电压；U₀为电压额定值，Q为VSG输出无功功率，k_v为惯性系数，U_VSG为VSG输出电压有效值。

进一步地，所述电压合成模块由VSG输出电压有效值U_VSG通过下式得到参考电压在abc坐标系下的表达式v_0a′、v_0b′、v_0c′：

将式(10)所得结果进行dq坐标变换便可得到参考电压dq轴分量

进一步地，所述虚拟阻抗控制模块的传递函数如下：

其中，R_v、X_v分别是虚拟电阻和虚拟电抗；

分别为虚拟阻抗控制模块的dq轴输入电压，i_0d、i_0q为逆变器输出电流i_0abc的dq轴分量，

为电压参考值。

进一步地，电压电流双环控制模块包括电压控制外环和所述电流内环控制，所述电压控制外环的数学模型表示为：

式中，

分别表示滤波电感电流的dq轴分量参考值，为电压控制外环输出结果，

为电压参考值；k_Pv、k_Iv分别为电压控制中PI控制的比例参数和积分参数；C_f表示滤波电容，

所述电流内环控制的数学模型表示为：

式中，

分别为逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量；i_d、i_q分别为i_abc的d轴和q轴分量；k_Pc、k_Iv分别为电流控制中PI控制的比例参数和积分参数；L_f表示滤波电感。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，通过测量滤波电容处的电压与滤波后的线路电流，转换为dq坐标系下的分量并计算出电源输出的瞬时功率，接着经过LPF得到相应的平均功率，进入VSG模块环节模仿同步机转子特性，分别从有功功率环、无功功率环输出VSG电压有效值和角频率，加入了功率计算与电压电流双环控制环节，将等效输出阻抗校正为近似纯感性，使VSG控制不再依赖于线路的纯感性，拓宽了此控制的应用范围，采用电压外环和电流内环的控制方法得到逆变器的控制信号系统的脉宽调制信号，弥补惯量不足的缺点，增强系统运行稳定性，仿真实验证明了该控制方法具有良好的惯性特征，提高了微电网系统的稳定性，对频率和电压变化也有更强的支撑作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于VSG控制的分布式电源整体拓扑及控制框图；

图2为VSG控制实现电压控制的有功功率环拓扑图；

图3为VSG控制实现频率控制的无功功率环拓扑图；

图4为功率计算控制模块结构图；

图5为虚拟阻抗控制模块框图；

图6为电压电流双环控制模块结构框图；

图7为VSG控制仿真验证原理图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：

图1为基于VSG控制的分布式电源整体拓扑及控制框图，本发明提供一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，能够优化微电网系统输出特性，该控制策略将虚拟同步发电机运用到分布式电源中，构建各个控制环节的总体布局；孤岛微电网有N(N≥2)个分布式电源、线路、负荷等结构组成，VSG控制模块利用储能系统模拟同步发电机惯量，进而获得与同步发电机机械转子和调速器相似的动态特性，虽然VSG并不包含真实的机械旋转部件，但是从微电网的角度看，VSG和同步发电机之间在电气上是等效的，VSG的接入提高了分布式电源提供的等效惯量，也改变了相应接口的特性，与采用下垂控制的分布式电源相比，不同接口之间的相互影响使系统响应特性得到优化，图1为基于VSG控制的分布式电源整体拓扑及控制框图，其线路部分包括基于全控型器件绝缘栅双极晶体管(IGBT)的三相电压源逆变器(VSI)及LC滤波器，C_f、L_f分别表示滤波电容和滤波电感，R_f为串联的阻尼电阻，可以有效地抑制LC滤波器的震荡，Load表示线路连接的负载，R_s、L_s模拟线路阻抗，微电网的VSG控制部分主要包括四个模块：功率控制模块、所述功率控制模块包括VSG控制模块、虚拟阻抗控制模块、电压电流双环控制模块。

一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略,包括以下步骤：

S1:利用测量模块采集分布式电源的滤波器滤波电感处的电压v_abc、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc；

S2:将滤波电感处的电压v_abc、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc经过派克变换转换得到dq坐标系下输出的分布式电源的电压v_dq和电流i_0dq；

S3:分布式电源的电压v_dq和电流i_0dq经过功率模块，经过派克变换转换从而计算出微电源输出的瞬时有功、无功功率，接着经过低通滤波器得到平均有功功率P与平均无功功率Q；

S4:构建VSG模块环节模仿同步机转子特性，分别由有功功率P与平均无功功率Q经过虚拟同步发电机控制模块得到虚拟发电机的输出电压U_VSG与角频率ω_VSG；

S5:输出电压U_VSG与角频率ω_VSG经过电压合成模块、通过dq坐标变换后得到第一参考电压

S6:引入虚拟阻抗控制来解决控制系统依赖于线路为感性的问题，建立控制环来实现将DG等效输出阻抗校正为近似纯感性并提高了系统的稳定性，第一参考电压

经过虚拟阻抗控制模块得到第二参考电压

S7:第二参考电压

滤波电感处的电压v_abc、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc经过电压电流双环控制模块，得到逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量

S8:逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量

经过反派克变换、再通过PWM生成器得到可控正弦脉宽调制信号m^*传送给分布式电源的逆变器，进而控制三相电压源逆变器以完成虚拟同步发电机控制的最终目标。

S9：对所提控制方式建立仿真实验模型，设置两种工况模拟系统电压及频率波动，验证方案的有效性。

进一步地：功率控制模块由功率计算模块、VSG控制模块、电压合成模块三个部分组成，采集滤波电容C_f处的电压v_abc与滤波后的线路电流i_0abc，经过派克变换转换为dq坐标系从而计算出微电源输出的瞬时有功、无功功率，接着经过低通滤波器LPF得到相应的平均功率P和Q，通过VSG控制环节得到VSG输出角频率ω_VSG和电压有效值U_VSG，这两个值作为电压合成环节的输入值被用来产生三相对称的参考电压，再通过dq坐标变换后输出参考电压

派克变换就是将a、b、c的量经过下列变换，转换成另外三个量，以第一次变换为例，将i_0abc转化为i_0dq0，因为零轴分量i₀恒等于0，所以将i_0dq0简写为i_dq0：

根据瞬时功率理论，VSI输出功率可用式(1)计算：

式(2)中，p、q分别表示瞬时有功和无功功率；u_d、u_q、i_0d、i_0q分别表示输出电压电流的dq轴分量，

再通过低通滤波器可以得出平均功率，可以表示为：

式中，ω_c表示滤波器的转折频率；s表示拉普拉斯算子。

进一步地，所述虚拟同步发电机控制模块包括有功功率环与无功功率环两个环节；

(1)有功功率环

因同步发电机转子具备一定惯性，其频率在较短时间内不会发生突变，根据其转子运动方程，将虚拟惯性控制引入到分布式逆变电源的控制算法中，从而模拟出同步发电机的转子运动特性，可得分布式逆变电源的有功频率控制方程为：

式中，J为虚拟同步发电机转动惯量，其单位是kg·m²；K_D为阻尼系数，代表同步发电机阻尼绕组的作用；ω_VSG为VSG虚拟转子转速，用于功率控制器、虚拟阻抗控制、电压电流双环控制；ω_grid为电网实际角频率，当微电网处于稳态时ω_VSG＝ω_grid；P_ref为VSG输出有功功率参考值；P为VSG输出有功功率；θ_VSG为VSG虚拟转角，用于提取相应电压和电流的d、q轴分量，实现静止坐标系与旋转坐标系之间的相互转换，虚拟转子运动方程描述了发电与负荷差值与频率偏差之间关系。

当分布式逆变电源工作在并网模式且电网为强电网时，其角频率ω_grid被钳位，无需分布式逆变电源进行调频，微电网的频率完全由大电网系统决定，但当分布式逆变电源工作在分布式电源渗透率较高的的弱电网系统中时，比如微电网系统，这时通常需要分布式逆变电源具备一定的调频能力，使得其能够在系统负荷变化的情况下给系统提供一定的频率支持，提高微电网系统的稳定性能。因此需要模拟同步发电机的下垂特性，利用下垂控制器调节VSG输出频率和电压幅值，P-ω下垂控制的数学方程可以表示为：

P₀-P_ref＝D_p(ω_VSG-ω₀) (5)

式中，P₀为输出有功功率额定值；D_p为有功功率—频率下垂系数；ω₀为角频率额定值。在上面的相关参数中，下垂系数D_p在选择时与传统控制算法相似，太小了会影响有功功率的调节精度，太大了会对系统的稳定性产生不利影响。因此在D_p的选择上既要考虑有功功率调节的精度，又要考虑微电网系统的稳定性。

联立式(1)和式(2)可得基于虚拟同步发电机的P-ω控制器的传递函数为：

根据式(3)可得P-ω控制的拓扑结构，图2为VSG控制实现电压控制的有功功率环拓扑图。

基于VSG控制的分布式电源并入微电网时，其频率通常会有一个较小的波动范围，这时在保证转子运动特性的情况下，还増添了下垂控制环节，可在微电网这样的弱系统的频率发生波动时提供附加的功率，以减小系统频率的波动，从而达到支持弱电网系统稳定性的作用，此外，阻尼控制模块K_D(ω_VSG-ω_grid)可以保证分布式逆变电源频率与微电网系统频率保持一致。

(2)无功功率环

无功功率控制环节作为虚拟同步发电机的重要组成部分，可维持发电机端电压的恒定，保证机组间无功功率的合理分配，同时提高微电网系统的稳定性，为了模拟同步发电机的励磁系统，虚拟同步发电机的无功功率环应至少具有电压控制和无功功率控制两个作用，其控制方程可表示为：

式中，Q_ref为VSG输出无功功率参考值；Q为VSG输出无功功率；k_v为惯性系数；U_VSG为VSG输出电压有效值，被用作虚拟阻抗控制和电压电流双环控制以产生三相电压源逆变器调制波的幅值。

为了实现有功和无功功率在分布式电源间的自动分配同时提高系统稳定性，模拟同步发电机的下垂特性：

Q₀-Q_ref＝D_q(U_grid-U₀) (8)

其中，Q₀为输出无功功率额定值；D_q为无功功率—电压下垂系数；U_grid为电网实际电压；U₀为电压额定值。

现有的虚拟同步发电机针对无功功率—电压控制器的设计往往沿用下垂控制的实现方式，仅利用比例环节完成Q-V的下垂控制，而在同步发电机中，其励磁调节的动态响应通常使用一阶惯性环节来描述，因此本文为了模拟同步发电机的机电暂态特性，改进了现有的励磁控制器拓扑结构，图3为VSG控制实现频率控制的无功功率环拓扑图，其表达式为：

无功功率控制通过改变电压幅值指令，使逆变器实现一次调压功能，通过Q-V控制器可得到指令电压的幅值信息，和前面得到的相位信息为下述控制模块提供输入值。

由以上分析可以看出，本专利VSG控制无需锁相环参与，各坐标变换均利用虚拟转角θ_VSG进行，微电网频率稳定基于有功功率平衡。因此，从控制的角度看，与传统下垂控制相比，除了增加虚拟转动惯量J对响应速度进行调节之外，VSG不需要其它附加信号测量及处理过程。此时，微电网频率动态由VSG控制特性和转动惯量共同决定，然而在系统稳态时频率值只取决于于下垂系数，而与J无关。

输出的有功和无功功率经过所述VSG控制，进入如下电压合成环节：

其中，v_0a′、v_0b′、v_0c′为参考电压

在abc坐标系下的电压表示；

将式(10)所得结果进行dq坐标变换便可得到参考电压dq轴分量

图4为功率计算控制模块结构图，当输电线路为高压线路时，线路为感性，虚拟同步发电机控制器可以取得较好的效果，但是当微电网为低压微电网时，VSG控制器的性能会受到很多的影响，具体如下：(1)在低压微电网中，线路阻抗比值较大，线路电阻R不能忽略，有功功率P和无功功率Q对电压和频率的控制存在耦合关系，(2)在微电网的孤岛运行模式下，由于电压不平衡的存在会影响无功功率的分配。

进一步地，存在依赖于线路纯感性的缺点，引入虚拟阻抗控制模块来解决这个问题，DG的等效输出阻抗影响着功率按比例分配精度，更重要的是，如果逆变器的闭环输出阻抗设计合理，它将可以减小线路阻抗不平衡的影响，虚拟阻抗控制使用反馈控制来实现而非在系统中实际串联阻抗，它通过在微电网中加入控制环，将DG等效输出阻抗校正为近似纯感性，从而满VSG控制应用条件。同时，由于两个逆变器之间存在的循环电流是由逆变器输出电压之间微小差异导致，而逆变器输出电压之间的微小差异又主要是由线路参数不匹配导致。当循环电流可以非常大时，它可能导致对逆变器的过电流损伤，甚至恶化逆变器的并联运行状态。因此，旨在改变等效输出阻抗的虚拟阻抗法也可以减小DG间的环流。虚拟阻抗法的原理为：从微电网系统中釆样输出电流I，将釆样到的电感电流乘以一个增益系数形成反馈回路(此处电感电流所乘的增益系数即为虚拟阻抗值Z_v)，然后根据VSG控制策略得到电压参考值E_ref，并从电压参考值中减去电流与虚拟阻抗的乘积以获得新的电压参考值E_ref′，下一步进行电压电流双环控制，最后得到控制调制信号进行PWM控制，虚拟阻抗控制的数学表达如下式所示：

E_ref′＝E_ref-Z_vI (11)

虚拟阻抗可以通过一个快速控制环来实现，其中虚拟电感通常可以通过将逆变器输出电压参数下垂正比于输出电流的导数而实现，虚拟电阻可以通过将逆变器输出电压参数减去正比于输出电流的一部分值而实现。图5为虚拟阻抗控制模块框图；其传递函数可表达为：

式中，R_v、X_v是虚拟电阻和虚拟电抗；

分别为虚拟阻抗控制的dq轴输入，可由电压合成得到，i_0d、i_0q为逆变器输出电流i_0abc的dq轴分量。

虚拟阻抗控制通过引入DG输出电流反馈改变了DG与负荷之间的等效电气距离，使DG输出阻抗不再依赖线路阻抗而成为灵活可控的变量。利用感性虚拟阻抗能够有效促进有功和无功功率控制环解耦，抑制输出功率振荡，提高系统运行的稳定性。

进一步：得到虚拟阻抗控制的输入后，在逆变器的控制信号系统设计中，采用双闭环比例积分(PI)控制器，即采用电压外环和电流内环的控制方法，它具有下优点：①可实现自动限流；②响应快；③并联时实现均流容易，在电流控制当中，为了消除d、q轴之间的相互影响，引入了滤波电感电流的交叉解耦项。同理，与电流控制环类似，电压控制中包含了电压源逆变器输出电流前馈项交叉解耦项以提高电压控制性能。

(1)电压外环主要是维持中间交流侧v^d _q的稳定，电压控制外环一般采用PI控制器，电压控制外环的数学模型可以表示为：

式中，

分别表示滤波电感电流的dq轴分量参考值，为电压控制环输出结果。

为步骤3得出的电压参考值；k_Pv、k_Iv分别为电压控制中PI控制的比例参数和积分参数；C_f表示滤波电容。

(2)电流控制内环主要是按照电压控制外环输出的电流指令进行电流控制，电流控制内环也采用PI控制器，电流控制内环的数学模型可以表示为：

式中，

分别为逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量；i_d、i_q分别为i_abc的d轴和q轴分量；k_Pc、k_Iv分别为电流控制中PI控制的比例参数和积分参数；L_f表示滤波电感。

由式(13)和式(14)可得，图6为电压电流双环控制模块结构框图，可以看出以电容电压瞬时反馈控制作为电压外环控制器，电感电流瞬时反馈控制作为电流内环控制器。输出电压和参考电压信号相比较，所得的误差信号经过瞬时电压外环控控制器作为电流内环的参考给定。三相电压源逆变器输出滤波电感电流i_d、i_q及电流给定参考信号

比较，得到的误差信号经过瞬时电流内环控制器作为脉宽调制(PWM)电压信号。滤波电感电流内环的引入，使滤波电感电流成为可控制的电流源，提高了微电网系统的稳定性。

对提出的基于VSG虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略进行分析验证在Matlab/Simulink平台中搭建，图7为VSG控制仿真验证原理图，其中，Load1和Load2为两个负载；C_f、L_f分别表示滤波电容和滤波电感；R_s、L_s模拟线路阻抗；DG1、DG2、DG3为分布式电源，DG1和DG2采用本专利所提VSG控制，而DG3采用传统下垂控制。通过模拟切断负载、投入负载、断开电源等情景，设置了两种工况：①0-1s时由三个电源同时为Load1和Load2供电，1s时断开DG2，2s时再次投入DG2。②0-1s时由DG1和DG3为Load1供电，1s时投入Load2，2s时切断Load。观察不同状态下输出电压与频率波形的变化情况，得出出所提方案的VSG控制能够有效提高系统的等效惯量，通过虚拟转子能量的吸收和释放抑制频率的快速波动，提高了系统频率稳定，比传统下垂控制具有更好的惯性特征，对频率和电压也有更强的支撑作用。

本发明提供的基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，通过测量滤波电容处的电压与滤波后的线路电流，转换为dq坐标系下的分量并计算出电源输出的瞬时功率，接着经过LPF得到相应的平均功率，进入VSG模块环节模仿同步机转子特性，分别从有功功率环、无功功率环输出VSG电压有效值和角频率，进而在系统中加入控制环，将等效输出阻抗校正为近似纯感性，使VSG控制不再依赖于线路的纯感性，拓宽了此控制的应用范围，采用电压外环和电流内环的控制方法得到逆变器的控制信号系统的脉宽调制信号。仿真实验证明了该控制方法具有良好的惯性特征，提高了微电网系统的稳定性，对频率和电压变化也有更强的支撑作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略,其特征在于：包括以下步骤：

S1:采集分布式电源的滤波器滤波电感处的电压v_abc、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc；

S2:将滤波电感处的电压v_abc、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc经过派克变换转换得到dq坐标系下输出的分布式电源的电压v_dq和电流i_0dq；

S3:分布式电源的电压v_dq和电流i_0dq经过功率模块得到平均有功功率P与平均无功功率Q；

S4:有功功率P与平均无功功率Q经过虚拟同步发电机控制模块得到虚拟发电机的输出电压U_VSG与角频率ω_VSG；

S5:输出电压U_VSG与角频率ω_VSG经过电压合成模块、通过dq坐标变换后得到第一参考电压

S6:第一参考电压

经过虚拟阻抗控制模块得到第二参考电压

S7:第二参考电压

滤波电感处的电压v_abc、电流i_abc、与滤波后的电流i_0abc经过电压电流双环控制模块，得到逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量

S8:逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量

经过反派克变换、再通过PWM生成器得到可控正弦脉宽调制信号m^*传送给分布式电源的逆变器。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，其特征还在于：平均有功功率P与平均无功功率Q通过如何公式获得：

式中，ω_c表示滤波器的转折频率；s表示拉普拉斯算子，p、q分别表示瞬时有功和无功功率。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，其特征还在于：所述虚拟同步发电机模块的P-ω控制器的传递函数为：

其中：J为虚拟同步发电机转动惯量，ω_VSG为VSG虚拟转子转速，ω_grid为电网实际角频率，当微电网处于稳态时ω_VSG＝ω_grid；P_ref为VSG输出有功功率参考值；P为VSG输出有功功率；θ_VSG为VSG虚拟转角，P₀为输出有功功率额定值；D_p为有功功率—频率下垂系数；ω₀为角频率额定值。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，其特征还在于：通过如下公式得到VSG输出电压值U_VSG：

其中，Q₀为输出无功功率额定值；D_q为无功功率—电压下垂系数；U_grid为电网实际电压；U₀为电压额定值，Q为VSG输出无功功率，k_v为惯性系数，U_VSG为VSG输出电压有效值。

5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，其特征还在于：所述电压合成模块由VSG输出电压有效值U_VSG通过下式得到参考电压在abc坐标系下的表达式v_0a′、v_0b′、v_0c′：

将式(10)所得结果进行dq坐标变换便可得到参考电压dq轴分量

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，其特征还在于：所述虚拟阻抗控制模块的传递函数如下：

其中，R_v、X_v分别是虚拟电阻和虚拟电抗；

分别为虚拟阻抗控制模块的dq轴输入电压，i_0d、i_0q为逆变器输出电流i_0abc的dq轴分量，

为电压参考值。

7.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电机特性的孤岛微电网控制策略，其特征还在于：电压电流双环控制模块包括电压控制外环和所述电流内环控制，所述电压控制外环的数学模型表示为：

式中，

分别表示滤波电感电流的dq轴分量参考值，为电压控制外环输出结果，

为电压参考值；k_Pv、k_Iv分别为电压控制中PI控制的比例参数和积分参数；C_f表示滤波电容，

所述电流内环控制的数学模型表示为：

式中，

分别为逆变桥调制电压信号的d轴和q轴分量；i_d、i_q分别为i_abc的d轴和q轴分量；k_Pc、k_Iv分别为电流控制中PI控制的比例参数和积分参数；L_f表示滤波电感。

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