基于虛擬同步機的自適應輸出阻抗控制方法技術

本發明專利技術公開了一種基于虛擬同步機的自適應輸出阻抗控制方法。它首先提出了一種穩態輸出阻抗控制器來增大穩態輸出阻抗，以保證并聯穩定運行時的并聯均流度，然后給出了一種電容電壓復合微分控制器來增大系統的阻尼，增強系統穩定性，最后，采用一種動態輸出阻抗控制器，減小動態過程的輸出阻抗，減小電壓跳變，從而提高了輸出電壓的動態響應。它可廣泛地應用于不同負載條件下的微網逆變器控制，以同時既滿足微網逆變器離網運行時的動穩態性能，又能多臺并聯運行。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種。它首先提出了一種穩態輸出阻抗控制器來增大穩態輸出阻抗，以保證并聯穩定運行時的并聯均流度，然后給出了一種電容電壓復合微分控制器來增大系統的阻尼，增強系統穩定性，最后，采用一種動態輸出阻抗控制器，減小動態過程的輸出阻抗，減小電壓跳變，從而提高了輸出電壓的動態響應。它可廣泛地應用于不同負載條件下的微網逆變器控制，以同時既滿足微網逆變器離網運行時的動穩態性能，又能多臺并聯運行。【專利說明】
本專利技術涉及一種自適應輸出阻抗控制方法，尤其是一種基于虛擬同步機的自適應 輸出阻抗控制方法。
技術介紹
近年來，虛擬同步機技術作為微網逆變器的一種新型的發電模式，受到了學者們 的大量關注。采用虛擬同步機技術的微網逆變器叫做虛擬同步機。虛擬同步機（Virtual Synchronous Generator,VSG)需要運行在兩種模式下，并網和孤島并聯運行。VSG在離網運 行時需要帶不同的負載，如，阻感容負載、電機馬達負載、整流橋負載，以及各種有源負載。 在不同的負載情況下，其動態響應和穩態性能各不相同。為了達到良好的動穩態性能，特別 是較快的動態響應，要求盡量減小VSG的輸出阻抗。然而，VSG又需要并聯運行，并聯穩定 運行的前提條件是多臺機器之間能夠按照功率等級進行功率分配，這就需要VSG增大輸出 阻抗以滿足功率分配的需求。總之，輸出阻抗是決定VSG動穩態輸出誤差、功率均分精度的 重要因素。如何既能保持良好的動穩態性能，又能提高功率均分精度，合理的設計輸出阻抗 成為VSG亟待解決的關鍵問題之一。 針對輸出阻抗設計問題，國內外的專家學者們提出了一些方法，主要有： 題為 "Output Impedance Design of Parallel-Connected UPS Inverters With Wireless Load-Sharing Control "，J. M. Guerrero,《Industrial Electronics, IEEE Transactions on》，vol.52，pp. 1126-1135,2005( "基于無互聯線負載均流控制的并聯UPS 輸出阻抗設計"，《IEEE學報-工業電子期刊》，2005年第52卷1126?1135頁）的文章。 該文提出了將輸出阻抗設計成阻感性，低頻呈感性、高頻呈阻性；然而所提出的控制方法 中，輸出阻抗并沒有減小控制系統高頻處所固有的輸出阻抗，在負載動態變化時，輸出電壓 將劇烈變化，同時也沒有考慮大功率應用場合。 題為"Analysis, Design, and Implementation of Virtual Impedance for Power Electronics Interfaced Distributed Generation，'，H. Jinwei and L. Yun Wei, 《Industry Applications，IEEE Transactions on》，vol.47，pp. 2525_2538,2011 ("基于電 力電子裝置接口的分布式發電虛擬阻抗分析，設計及實現"，《IEEE學報-工業應用期刊》， 2011年第47卷2525?2538頁）的文章。該文提出了將輸出阻抗設計成阻感性，并提出了 根據無功功率來自適應變化輸出阻抗大小，根據有功和無功自適應變化輸出電壓幅值的方 法；然而所提控制方法中，有功和無功功率的計算中存在低通濾波器，且需要通過內環控制 才能實現，響應速度仍然不夠快速，無法達到負載突變時的輸出電壓動態響應要求。且此控 制方法也沒有考慮大功率應用場合。 題為"Control of Inverters Via a Virtual Capacitor to Achieve Capacitive Output Impedance，'，Q. C. Zhong and Y. Zeng, ((Power Electronics, IEEE Transactions on》，vol. 29, pp. 5568-5578,2014( "基于虛擬電容的逆變器容性輸出阻抗控制"，《IEEE學 報-電力電子期刊》，2014年第29卷5568?5578頁）的文章。該文提出了將輸出阻抗控 制為容性，可以濾除直流分量，并減小低次諧波；這些方法雖在小功率單相系統中得到了很 好的驗證，但將其應用到三相大功率場合時卻存在困難，且也未闡述其動態響應問題。 題為 "A Simple Control Method for High-Performance UPS Inverters Through Output-Impedance Reduction，'，Heng Deng and Ramesh Oruganti,〈〈Industrial Electronics，IEEE Transactions on》55(2)，888-898,2008( "一種基于減小輸出阻抗的 高性能UPS控制方法"，《IEEE學報-工業電子期刊》，2008年第55卷第2期888?898頁） 的文章。該文提出了一種減小UPS輸出阻抗的控制方法，該方法提出的數字反饋控制器可 以極大地減小UPS的輸出阻抗，具有良好的動穩態性能；然而，當UPS并聯運行時過小的輸 出阻抗將不利于負載均流，給UPS并聯運行帶來困難。 總之，現有技術未提及輸出動態響應和并聯均流對輸出阻抗要求的矛盾問題。并 且，在大功率三相VSG應用場合，其輸出阻抗特性又有不同。首先三相系統的abc坐標系變 量向dq坐標系轉換時存在著兩個分量，一個是靜態分量，一個是動態分量，其輸出阻抗與 單相系統的等效電路并不相同；另外，大功率VSG的開關頻率較低，控制延時較大，給系統 增加了不穩定的極點，尤其是多機并聯運行時，其穩定性進一步降低，這使得系統必須降低 帶寬以維持系統穩定性，帶寬的降低使得系統的動態性能進一步下降，這極大的限制了控 制器和VSG無源參數的設計準則，使得大功率VSG的整體控制性能下降。目前，對于這兩個 問題，現有技術也鮮有論述和解決的方案。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題為克服上述各種技術方案的局限性，針對基于虛擬同步 機的微網逆變器、UPS等裝置離網并聯運行時，同一輸出阻抗難以同時滿足輸出電壓波形動 靜態性能和功率均分問題，提供一種。 為解決本專利技術的技術問題，所采用的技術方案為：基于虛擬同步機的自適應輸出 阻抗控制方法包括微網逆變器輸出電容電壓的采集，特別是， 步驟1，先采集微網逆變器的輸出電容電壓m、橋臂側電感電流Ila，Ilb，Ι 1ε 和輸出電流ΙΜ，1&，I。。，再經過單同步旋轉坐標變換得到輸出電容電壓dq的分量U& U。,、橋 臂側電感電流dq的分量Ild，Ilq和輸出電流dq的分量U I。，； 步驟2,根據步驟1中得到的輸出電流dq的分量I。,，I。,，經過穩態輸出阻抗控制方 程得到電容電壓dq的分量指令信號增量AU dMf，AU_f ; 步驟3,根據步驟1中得到的輸出電容電壓dq的分量Ued, Ueq和輸出電流dq的分 量U，I。,，經過有功功率計算方程和無功功率本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于虛擬同步機的自適應輸出阻抗控制方法，包括微網逆變器輸出電容電壓的采集，其特征在于主要步驟如下：步驟1，先采集微網逆變器的輸出電容電壓Uca,Ucb,Ucc、橋臂側電感電流Ila,Ilb,Ilc和輸出電流Ioa,Iob,Ioc，再經過單同步旋轉坐標變換得到輸出電容電壓dq的分量Ucd,Ucq、橋臂側電感電流dq的分量Ild,Ilq和輸出電流dq的分量Iod,Ioq；步驟2，根據步驟1中得到的輸出電流dq的分量Iod,Ioq，經過穩態輸出阻抗控制方程得到電容電壓dq的分量指令信號增量ΔUdref,ΔUqref；步驟3，根據步驟1中得到的輸出電容電壓dq的分量Ucd,Ucq和輸出電流dq的分量Iod,Ioq，經過有功功率計算方程和無功功率計算方程得到平均有功功率和平均無功功率步驟4，根據步驟3中得到的平均無功功率和微網逆變器給定的無功功率指令Qref、電壓指令Uref，經過無功控制方程得到微網逆變器電容電壓dq的分量基準信號Udref,Uqref；步驟5，根據步驟2得到的電容電壓dq的分量指令信號增量ΔUdref,ΔUqref和步驟4中得到的電容電壓dq的分量基準信號Udref,Uqref，將兩者分別相加，得到電容電壓dq的分量指令信號步驟6，先根據步驟5得到的電容電壓dq的分量指令信號以及步驟1中的輸出電容電壓dq的分量Ucd,Ucq，通過電壓控制方程得到電容電流dq的分量指令信號再根據電容電流dq的分量指令信號和步驟1中的橋臂側電感電流dq的分量Ild,Ilq和輸出電流dq的分量Iod,Ioq，通過電流控制方程得到控制信號Ud1,Uq1；步驟7，根據步驟1得到的輸出電容電壓dq的分量Ucd,Ucq，經過電容電壓復合微分控制方程得到控制信號Ud2,Uq2；步驟8，根據步驟1中得到的輸出電流dq的分量Iod,Ioq，經過動態輸出阻抗控制方程得到控制信號Ud3,Uq3；步驟9，根據步驟6中的控制信號Ud1,Uq1、步驟7中的控制信號Ud2,Uq2和步驟8中的控制信號Ud3,Uq3，將三者分別相加，得到控制信號Ud,Uq；步驟10，根據步驟3中得到的平均有功功率P和微網逆變器給定的有功功率指令Pref、微網逆變器給定的角頻率指令ωref，經過功角控制方程得到虛擬同步機的角頻率ω，對角頻率ω積分得到虛擬同步機的矢量角θ；步驟11，先根據步驟9中的控制信號Ud,Uq和步驟10中得到的矢量角θ，經過單同步旋轉坐標反變換得到三相橋臂電壓控制信號Ua,Ub,Uc，再根據三相橋臂電壓控制信號Ua,Ub,Uc生成微網逆變器逆變橋開關管的PWM控制信號。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉芳，張興，石榮亮，徐海珍，胡超，余暢舟，李文超，毛福斌，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34