CN114204860A - 基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开提供了一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，将逆变器等效为VSG，通过VSG算法控制逆变器；所述VSG算法通过增益为KP的比例控制和时间常数为TP的一阶滞后元件表示调速器和转子惯性的组合。本发明实施例提供的基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，在负载转换和故障事件中都可以实现较低的频率偏差，从而提高了电网的功率质量。本发明实施例还提出了一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制系统。

Description

基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源及储能技术领域，特别是基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
近几十年来，利用太阳能电池板和风力涡轮机等可再生能源的分布式发电系统已经被开发起来。由于逆变器通常安装在输出端子上，因此这些系统被称为逆变器接口的分布式发电机(DGs)。其中一些分布式发电(DG)技术，如光伏或燃料电池产生直流电，必须通过逆变器连接到电网。风力涡轮机可以提供交流电，但由于风速的变化，逆变器必须处理发电机和电网的频率差距。
使用逆变器连接到电网的分布式发电机(DGs)已经向低碳社会发展。传统的分布式发电机通常配备了电流控制装置，并被假定连接到一个稳定的系统总线，如一个无限总线。在常规电厂中，同步电机在维持电网稳定中起着重要的作用。在分布式发电中，发电机的阻尼和旋转质量特性与实际同步发电机不同。在分布式发电中，负荷不是恒定的，负荷的变化对电网产生影响。因此，与分布式发电相比，同步发电机对系统稳定性的影响最小。通过增加虚拟惯性，可以解决并网分布式发电的稳定性问题。利用电力电子逆变器的控制算法和短期储能，可以增加这种虚拟惯性。
在大型集中电站存在的情况下，少数小型DG机组一般不会影响电网的安全运行，可以忽略。但随着DG机组数量的增加和容量的增加，电力系统的整体动态受到了较大的影响。对可变DG技术的研究表明，当DG单元输出功率提高时，最大频率偏差增大。此外，同步发电机具有无功供应能力，对电压稳定性的影响较大。同步发电机运行自组织，高度并行，可靠稳定。
现有技术中存在以下技术问题：
传统逆变器概念的设计是在不考虑电能质量的情况下，将最大的能量收获送入电网。这可能会导致电压廓线的扰动，由于双向潮流和控制不足，整个电网的电压可能会波动。
可再生清洁能源渗透率不断的加大会降低电网的稳定性，由于静态逆变器没有同步发电机(SG)自然所拥有的惯性，如果DG的百分比很高，那么在电网中结合DG和基于化石燃料的电源是困难的，仅使用DG构建系统是困难的。换句话说，DG的引入并不一定会导致电网中基于化石燃料的电力供应速度的下降。
因此，传统的控制策略并不能模拟出旋转惯量，也不能提供必要的阻尼作用来提高电力系统稳定性。
发明内容
本公开实施例提供了一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法及系统，以解决传统控制策略不能模拟出旋转惯量的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本公开实施例的第一方面，提供了一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法。
在一个实施例中，所述方法将逆变器等效为虚拟同步发电机(VSG，virtualsynchronous generator)，通过VSG算法控制逆变器，所述逆变器包括：桥架、储能系统和滤波器；
所述VSG算法通过增益为KP的比例控制和时间常数为TP的一阶滞后元件表示调速器和转子惯性的组合，增益KP和时间常数TP如下式所示：
Figure BDA0003402034740000031
其中，K为有功功率和虚拟转子角速度的下垂常数的倒数，M用于模拟虚拟同步发电机的虚拟惯性。
可选地，所述逆变器为电流控制的电压输出型逆变器。
可选地，所述逆变器的脉冲宽度调制命令由VSG算法确定，VSG算法输出脉冲宽度调制命令到电流控制环节。
可选地，所述VSG算法通过如下步骤获得虚拟同步发电机功角δ：
根据增益KP的比例控制和时间常数TP的一阶滞后元件，计算虚拟转子角速度ωr的变化量；
将该变化量与参考值ωn相叠加获得虚拟转子角速度ωr；
根据虚拟转子角速度ωr与电网角速度ωg之差的积分获得虚拟同步发电机功角δ。
可选地，所述VSG算法通过如下步骤获得虚拟感应电动势Ef：
根据系统输出有功功率得到电磁功率，将其输入转子方程中计算虚拟转子角速度ωr，根据虚拟转子角速度ωr得到虚拟同步发电机功角δ；
根据系统输出无功功率和电压的下垂系数KQ和PI补偿器，即励磁关系式得到虚拟感应电动势的幅值|Ef|。
可选地，所述虚拟同步发电机的阻抗模型的向量图中，旋转坐标系d-轴沿逆变器电压Vg的方向，旋转坐标系q-轴超前d-轴90°；
将锁相环转换到该旋转坐标系，通过同步旋转坐标系跟踪实现虚拟同步发电机输出电压的相位锁定。
可选地，所述VSG算法采用有功和无功功率控制策略控制所述逆变器，在有功和无功功率控制的外环设计加入惯性响应控制。
可选地，所述VSG算法采用有功和无功功率控制策略控制所述逆变器的步骤，具体包括：
在增加负载或干扰发生后，惯性响应作为系统频率响应的首级响应，虚拟同步发电机转矩的惯性响应通过如下公式(2)表示：
Figure BDA0003402034740000041
H是虚拟同步发电机的惯性常数，Pm和Pe分别是虚拟同步发电机的机械功率和电磁功率；ω为虚拟同步发电机角速度。
可选地，所述VSG算法采用频率和电压控制策略控制所述三相逆变器，在有功-频率控制和无功-电压控制的外环设计中加入虚拟惯性环节，利用模拟惯性抑制电网频率的快速波动，所述调速器采用带速度的下垂控制。
可选地，所述VSG算法采用逆变器耦合负载的控制策略控制所述逆变器，具体为：
将逆变器直流侧电压视为储能系统，提供电压出力，将实际输出有功功率和参考有功功率比较从而进行反馈控制。
根据本公开实施例的第二方面，提供了一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制系统。
在一个实施例中，所述系统用于控制三相并网逆变器，所述逆变器包括：桥架、储能元件和滤波器；
所述控制系统包括VSG控制模块，VSG控制模块通过增益为KP的比例控制和时间常数为TP的一阶滞后元件表示调速器和转子惯性的组合，增益KP和时间常数TP如公式(1)所示：
Figure BDA0003402034740000051
其中，K为有功功率和虚拟转子角速度的下垂常数的倒数，M用于模拟虚拟同步发电机的虚拟惯性。
可选地，所述VSG控制模块通过如下步骤获得虚拟转子相位角δ：
根据增益KP的比例控制和时间常数TP的一阶滞后元件，计算虚拟转子角速度ωr的变化量；
将该变化量与参考值ωn相叠加获得虚拟转子角速度ωr；
根据虚拟转子角速度ωr与电网角速度ωg之差的积分获得虚拟同步发电机功角δ。
可选地，所述VSG控制模块还用于：确定逆变器的脉冲宽度调制命令，输出脉冲宽度调制命令到电流控制环节。
可选地，所述VSG控制模块通过如下步骤获得虚拟感应电动势Ef：
根据系统输出有功功率得到电磁功率，将其输入转子方程中计算虚拟转子角速度ωr，进而积分得到虚拟同步发电机功角δ；
根据系统输出无功功率和电压的下垂系数KQ和PI补偿器，即励磁关系式得到虚拟感应电动势的幅值|Ef|。
可选地，所述虚拟同步发电机的阻抗模型的向量图中，旋转坐标系d-轴沿逆变器电压Vg的方向，旋转坐标系q-轴超前d-轴90°；
将锁相环转换到该旋转坐标系，通过同步旋转坐标系跟踪实现虚拟同步发电机输出电压的相位锁定。
根据本公开实施例的第三方面，提供了一种计算机设备。
在一些实施例中，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1.由于虚拟惯性，本公开实施例所提出的VSG算法控制在负载转换和故障事件中都可以实现较低的频率偏差，从而提高了电网的功率质量。
2.本公开实施例中VSG算法的调速器和转子惯性的组合用比例控制和一阶滞后元件表示，可以抑制电网中的频率波动。
3.可以提高可再生能源的引入率，从而可以结合各种类型的电源。
4.在储能系统中，虚拟同步发电机技术运用在逆变器中，利用VSG算法和调频调压控制策略，对并网逆变器进行控制。大功率、大容量、长寿命等特性的电池组成的大容量储能系统，能使系统具有大转动惯量。
5.本公开实施例应用在微网中，提高微电网的稳定可靠性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的VSG算法控制的虚拟同步发电机总体框图；
图2是根据一示例性实施例示出的VSG算法原理图；
图3是根据一示例性实施例示出的在两个不同惯性值下一次频率或下垂控制的同步发电机的一般响应下导致的负荷需求ΔPL突然增加响应曲线图；
图4a是根据一示例性实施例示出的电流控制环原理图；
图4b是根据一示例性实施例示出的有功无功控制环原理图；
图4c是根据一示例性实施例示出的下垂控制原理图；
图5是根据一示例性实施例示出的基于虚拟阻抗的功频调节原理图；
图6是根据一示例性实施例示出的逆变器耦合负载控制原理框图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例提供了一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法。
如图1所示，本实施例所提出的逆变器是一个电流控制的电压输出型三相逆变器，包括：桥架、储能系统和滤波器，该逆变器由VSG算法控制，该逆变器等效为VSG(虚拟同步发电机)，逆变器的脉冲宽度调制命令由VSG算法确定并输出至电流控制环节。逆变器通过变压器与负载母线相连，逆变器具有与同步发电机同样的(虚拟)惯性，进而可以精确控制瞬态期间的负载(功率)分布。
作为一个或多个实施例，在变压器的源侧，使用交流电压传感器(VS)测量系统电压。另一方面，为了防止过流，使用交流电流传感器(CS)测量交流输出滤波器的电感器电流，并用于电流控制。
诸如光伏发电系统等可再生能源可以通过斩波器与电池斩波器并联地连接到直流总线上。
作为进一步的约束，直流电节点(DC)的电压是使用直流电流的电压传感器(VS)进行测量，为直流电容器电压。
小型直流电容器只减少了由固态开关引起的电流波动。在这里，电池斩波器的响应速度足够快，可以忽略不计。因此，由于储能系统的自身出力特性，故其发挥着实现逆变器虚拟惯性的作用。
作为一个或多个实施例，本实施例考虑的所有负载波动(高达10Hz的功率分量)都由电池提供/吸收，因此，实现虚拟惯性所需的功率可以忽略不计。然而，由于逆变器必须输出额定容量，蓄电池容量可以根据逆变器的条件而不是实际惯性条件来确定。
用于控制逆变器的VSG算法中，有功功率与虚拟转子(即虚拟同步发电机的转子)的转矩和虚拟转子的角速度ωr有关。如图2所示，所述VSG算法通过增益为KP的比例控制和时间常数为TP的一阶滞后元件表示调速器和转子惯性的组合，增益KP和时间常数TP如公式(1)所示：
Figure BDA0003402034740000081
其中，K为有功功率和虚拟转子角速度的下垂常数的倒数，M模拟VSG(虚拟同步发电机)的虚拟惯性，M根据电网参数以及逆变器参数设定。
本实施例的VSG算法使用比例控制和一阶滞后元件表示调速器和转子惯性的组合。时间常数TP模拟了实际同步发电机系统中发动机的响应延迟和电气系统的控制延迟。在VSG(虚拟同步发电机)中，由于调速器在软件控制系统中表示，因此可以将此延迟设置为零。
作为一个或多个实施例，所述VSG算法通过如下步骤获得虚拟同步发电机功角δ：
根据增益KP的比例控制和时间常数TP的一阶滞后元件，计算虚拟转子角速度ωr的变化量；
将该变化量与参考值ωn相叠加获得虚拟转子角速度ωr；
根据虚拟转子角速度ωr与电网角速度ωg之差的积分获得虚拟同步发电机功角δ(即虚拟转子相位角)。
作为一个或多个实施例，所述VSG算法通过如下步骤获得虚拟感应电动势Ef：
根据系统输出有功功率得到电磁功率，将其输入转子方程中计算虚拟转子角速度ωr，进而积分得到虚拟同步发电机功角δ；
根据系统输出无功功率和电压的下垂系数KQ和PI补偿器，即励磁关系式得到虚拟感应电动势的幅值|Ef|。
补偿器是一种自动电压调整器，用于无功励磁控制器中。
作为一个或多个实施例，如图2所示，从δ到Ef，逆变器电流命令id*和iq*使用阻抗模型计算，并馈给电流反馈环节。逆变器输出电流id和iq被认为是VSG(虚拟同步发电机)的电枢电流。在这里，本实施例假设逆变器为一个圆柱形发电机，VSG的阻抗模型中，电枢电阻r和同步电抗x在直轴(d轴)和交轴(q轴)上相同。实际同步发电机的电阻非常小，其大部分阻抗是同步电抗。然而，在VSG(虚拟同步发电机)中，可以设置r和x，使逆变器作为所需的同步发电机(例如柴油发动机发电机、燃气发动机发电机等)运行，而不考虑实际的物理阻抗(实际的物理阻抗大部分是交流输出滤波器的电抗)。因此，可以将r和x设置为通过将软件配置的虚拟阻抗添加到实际的物理阻抗中而获得实际值。
所述VSG的阻抗模型的向量图中，旋转坐标系d-轴沿逆变器电压Vg的方向，旋转坐标系q-轴超前d-轴90°；将锁相环(PLL)转换到该旋转坐标系，通过同步旋转坐标系跟踪实现虚拟同步发电机输出电压的相位锁定。
图3表示了在两个不同惯性值下(J1>J2)一次频率或下垂控制的同步发电机的一般响应下(稳态频率误差Δwe)导致的负荷需求ΔPL突然增加的情况。
从图3中可以推导出，由于增加了模拟惯性，在负荷扰动后的瞬时时刻，系统的频率变化减缓。惯性的降低会导致频率变化率dω/dt的增加，且频率偏差Δω也增大。
一旦发生功率不平衡现象，同步发电机就会吸收或输送储存在转子中的电能，所以频率变化率(RoCoF)由功率不平衡的大小ΔPL和等效系统惯性Heq决定：
Figure BDA0003402034740000103
上式中，f0是参考频率，Pni是发电机的输出功率，则∑Pni表示所有发电机的输出功率之和。由上式可得，电力系统需要一个最小的惯性来实现一个可行的RoCoF，否则会降低发电和需求频率稳定性之间的平衡。如果RoCoF增加超过允许阈值，则可能触发保护继电器和发电机跳闸。在干扰期间，可能会发生具有大瞬变的严重频率振荡，导致不稳定、级联故障和部分或完全停电。
最大频率偏差如下式所示：
Figure BDA0003402034740000101
在控制最大频率偏差过程中，不仅惯性起重大作用，速度调节器的响应也非常重要，因为二者共同决定了总斜坡率
Figure BDA0003402034740000102
因此，为了给电网提供惯性和提高频率稳定性，本公开实施例对同步发电机的逆变器进行仿真，提供了如下控制策略。
本实施例中，假设转换器耦合单元使用三相电压源逆变器拓扑连接到电网公共连接点PCC，直流侧电压Vdc是保持不变的。
常规的电压源逆变器控制策略都在dq坐标系中运用了传统控制方法，其主要分为两部分，第一部分为电流控制内环，如图4a所示，PWM是最常见的电力电子开关技术，备选方案有迟滞控制、空间向量等。图4b表示采用有功和无功功率控制策略，增加了一个额外的下垂控制。图4c表示采用频率和电压控制策略。
采用有功和无功功率控制的外环设计可以加入惯性响应，进而实现频率变化率或最大频率偏差等参数下频率稳定性的改进。
增加负载或干扰发生后，系统的频率响应分为三个阶段：(1)惯性(首级)响应，(2)初级响应和(3)次级响应。在惯性响应阶段，同步电机或发电机中积累的旋转动能立即释放，以调节发电和需求之间的不匹配功率，有效降低系统的频率变化率(RoCoF)。如果RoCoF高于允许限值，则可启动甩负荷或跳闸保护继电器和发电机。因此，惯性响应是对系统有贡献的旋转动能的指示器。关于同步发电机机械/电气转矩的惯性响应可根据摆动方程关系表示为：
Figure BDA0003402034740000111
H是发电机的惯性常数，Pm和Pe是机械功率和电磁功率；ω为虚拟转子角速度。本实施例中的同步发电机模型由定子电感L和电阻R给出，控制策略中只提出了频率回路的一个小的变化。然而，这一微小的差异对单元的动态响应有重大影响，主要的区别在于参考电流是存在惯性的。
旋转动能通常归一化为惯性常数(W·s)，该惯性常数表示在额定转速下累积动能与同步发电机额定容量的比率。在实际应用中，惯性常数表示为需求提供能量的时间间隔，等于发电机的额定容量，无需任何额外的机械输入。动力学方程或惯性常数(H)的设置可计算如下：
Figure BDA0003402034740000121
式中，S是发电机的额定容量，E是发电机的累积动能，H是发电机的惯性常数，J是转动惯量，ωr是虚拟转子角频率。
如图5所示，dq坐标轴中功角θ由摆动方程确定。参考坐标系不与电网同步旋转，而是与摆动方程中建立的坐标系同步旋转。在dq-abc转换过程中，θ所需的角度来自于一个特定的同步单元：锁相环(PLL)，在本实施例控制方案中，由摆动方程可以得出这个所需的角度，转换器耦合单元不再需要专用的同步单元。虚拟同步发电机功角由虚拟转子角速度的积分给出，该角位置对应于VSG模型感应电压的相位角。VSG(虚拟同步发电机)电压的幅值可以通过虚拟同步发电机电气模型或直接通过单独的无功功率控制回路给出。由于有功功率流与虚拟惯性相对于电网电压的速度和角度位置相关。
如图4c所示，本实施例中虚拟同步发电机控制策略采用频率和电压控制，所述VSG算法采用频率和电压控制策略控制所述三相逆变器，在有功-频率控制和无功-电压控制的外环设计中加入虚拟惯性环节，利用模拟惯性抑制电网频率的快速波动，所述调速器采用带速度的下垂控制，以确定图5控制回路中有功和无功功率的参考值。电压幅值由无功功率控制回路产生，而VSG频率和相位角由摆动方程的惯性模拟产生。
频率稳定问题的特点是发电和需求之间的功率不平衡。同步电机在扰动后的有功功率和频率之间的动态行为可用摆动方程有效地建模，如下所示：
Figure BDA0003402034740000131
式中，f为发电机的转子频率，D为发电机的阻尼系数。在初始工作时，同步发电机的机械输入扭矩(或功率)假定为恒定的，并等于电气负载功率。因此，机械功率输入偏差ΔPm为零，电磁功率扰动ΔPe产生后，可通过调速器对其进行调整，将频率偏差Δf调至最低。
调速器采用带速度的下垂控制，且由于原动机调节汽门到输出功率变化到指定值有一个动态响应过程，需要在下垂控制中体现，综上所述可以写出如下方程：
Figure BDA0003402034740000132
其中TG为发电机时间常数，P0为负载功率指令值，Pm为发电机出力，m为下垂系数，ω0为参考额定角速度。而对于逆变器来说，由于不存在旋转部件和汽门开闭环节，因此上述动态响应过程可以忽略不计。
通过将图4c中的控制方法替换为图6中所示控制方法，则可以实现扩展到逆变器耦合负载控制策略。也就是说，将逆变器直流侧电压视为储能系统，提供足够大的电压出力，将实际输出有功功率和参考有功功率比较从而进行反馈控制。Pref表示从电网消耗的功率。在逆变器耦合负载上应用所需的控制方法需要有源逆变器。
当原动机的输入功率和负载功率不平衡时，频率会波动。频率波动取决于发电机调速器和转子的惯性特性。在微电网中，由于发电机的惯性较小，该系统当负载变化发生时，频率波动很大。由于VSG(虚拟同步发电机)和SG(同步发电机)都具有惯性力，因此它可以抑制微电网中的频率波动。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (16)

1.一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，将逆变器等效为虚拟同步发电机，通过VSG算法控制逆变器；
所述VSG算法通过增益为KP的比例控制和时间常数为TP的一阶滞后元件表示调速器和转子惯性的组合，增益KP和时间常数TP如下式所示：
Figure FDA0003402034730000011
其中，K为有功功率和虚拟转子角速度的下垂常数的倒数，M用于模拟虚拟同步发电机的虚拟惯性。
2.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述逆变器为电流控制的电压输出型逆变器。
3.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述逆变器的脉冲宽度调制命令由VSG算法确定，VSG算法输出脉冲宽度调制命令到电流控制环节。
4.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述VSG算法通过如下步骤获得虚拟同步发电机功角δ：
根据增益KP的比例控制和时间常数TP的一阶滞后元件，计算虚拟转子角速度ωr的变化量；
将该变化量与参考值ωn相叠加获得虚拟转子角速度ωr；
根据虚拟转子角速度ωr与电网角速度ωg之差的积分获得虚拟同步发电机功角δ。
5.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述VSG算法通过如下步骤获得虚拟感应电动势Ef：
根据系统输出有功功率得到电磁功率，将其输入转子方程中计算虚拟转子角速度ωr，根据虚拟转子角速度ωr得到虚拟同步发电机功角δ；
根据系统输出无功功率和电压的下垂系数KQ和PI补偿器，获得虚拟感应电动势的幅值|Ef|。
6.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述虚拟同步发电机的阻抗模型的向量图中，旋转坐标系d-轴沿逆变器电压Vg的方向，旋转坐标系q-轴超前d-轴90°；
将锁相环转换到该旋转坐标系，通过同步旋转坐标系跟踪实现虚拟同步发电机输出电压的相位锁定。
7.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述VSG算法采用有功和无功功率控制策略控制所述逆变器，在有功和无功功率控制的外环设计加入惯性响应控制。
8.如权利要求7所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述VSG算法采用有功和无功功率控制策略控制所述逆变器的步骤，具体包括：
在增加负载或干扰发生后，惯性响应作为系统频率响应的首级响应，虚拟同步发电机转矩的惯性响应通过如下公式(2)表示：
Figure FDA0003402034730000031
H是虚拟同步发电机的惯性常数，Pm和Pe分别是虚拟同步发电机的机械功率和电磁功率；ω为虚拟同步发电机角速度。
9.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述VSG算法采用频率和电压控制策略控制所述三相逆变器，在有功-频率控制和无功-电压控制的外环设计中加入虚拟惯性环节，利用模拟惯性抑制电网频率的快速波动，所述调速器采用带速度的下垂控制。
10.如权利要求1所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制方法，其特征在于，
所述VSG算法采用逆变器耦合负载的控制策略控制所述逆变器，具体为：
将逆变器直流侧电压视为储能系统，提供电压出力，将实际输出有功功率和参考有功功率比较从而进行反馈控制。
11.一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制系统，其特征在于，将逆变器等效为虚拟同步发电机，通过VSG算法控制逆变器；
所述控制系统包括VSG控制模块，VSG控制模块通过增益为KP的比例控制和时间常数为TP的一阶滞后元件表示调速器和转子惯性的组合，增益KP和时间常数Tp如公式(1)所示：
Figure FDA0003402034730000032
其中，K为有功功率和虚拟转子角速度的下垂常数的倒数，M用于模拟虚拟同步发电机的虚拟惯性。
12.如权利要求11所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制系统，其特征在于，
所述VSG控制模块通过如下步骤获得虚拟转子相位角δ：
根据增益Kp的比例控制和时间常数TP的一阶滞后元件，计算虚拟转子角速度ωr的变化量；
将该变化量与参考值ωn相叠加获得虚拟转子角速度ωr；
根据虚拟转子角速度ωr与电网角速度ωg之差的积分获得虚拟同步发电机功角δ。
13.如权利要求11所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制系统，其特征在于，
所述VSG控制模块还用于：确定逆变器的脉冲宽度调制命令，输出脉冲宽度调制命令到电流控制环节。
14.如权利要求11所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制系统，其特征在于，
所述VSG控制模块通过如下步骤获得虚拟感应电动势Ef：
根据系统输出有功功率得到电磁功率，将其输入转子方程中计算虚拟转子角速度ωr，进而积分得到虚拟同步发电机功角δ；
根据系统输出无功功率和电压的下垂系数KQ和PI补偿器，获得虚拟感应电动势的幅值|Ef|。
15.如权利要求11所述的一种基于虚拟同步发电技术的三相逆变器控制系统，其特征在于，
所述虚拟同步发电机的阻抗模型的向量图中，旋转坐标系d-轴沿逆变器电压Vg的方向，旋转坐标系q-轴超前d-轴90°；
将锁相环转换到该旋转坐标系，通过同步旋转坐标系跟踪实现虚拟同步发电机输出电压的相位锁定。
16.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。
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