一种虚拟同步机的功率解耦控制方法、装置及系统

技术特征：
1.一种虚拟同步机的功率解耦控制方法，其特征在于，包括：(1)在所述虚拟同步机的输出端至并网点间的线路上引入虚拟阻抗后，计算计及所述虚拟阻抗的虚拟输出电压参考值v
c
′
和虚拟功角θ
′
；(2)从所述虚拟输出电压参考值v
c
′
中减去所述虚拟阻抗所引起的d轴压降δv
zv_d
，得到d轴电压参考值并设置q轴电压参考值为(3)对所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值进行电压电流双环控制，得到d轴调制电压矢量v
d*
和q轴调制电压矢量v
q*
；(4)根据所述虚拟功角θ
′
对所述d轴调制电压矢量v
d*
和q轴调制电压矢量v
q*
进行空间矢量脉宽调制，得到用于控制所述并网逆变器中开关器件的开关信号，并输入至所述并网逆变器，实现功率解耦控制。2.如权利要求1所述的虚拟同步机的功率解耦控制方法，其特征在于，所述虚拟阻抗的电阻分量ε
v
满足|ε
v
|≤r
g
；并且，在高r/x比工况下，ε
v
＜0，在低r/x比工况下，ε
v
＞0；其中，r
g
表示线路阻抗；高r/x比工况下，线路阻抗的电阻分量与电感分量的比值大于预设阈值，低r/x比工况下，线路阻抗的电阻分量与电感分量的比值不大于预设阈值。3.如权利要求2所述的虚拟同步机的功率解耦控制方法，其特征在于，θ
′
＝θ；其中，θ表示引入所述虚拟阻抗前的功角。4.如权利要求1任一项所述的虚拟同步机的功率解耦控制方法，其特征在于，计算计及所述虚拟阻抗的虚拟输出电压参考值v
c
′
，包括：获取所述虚拟同步机的三相输出电压v
c_abc
、三相网侧电感电流i
o_abc
、三相逆变器侧电感电流i
l_abc
，并利用所述虚拟功角θ
′
对所获取的电压和电流进行派克变换，得到d轴输出电压v
cd
和q轴电压v
cq
，以及d轴网侧电感电流i
od
和q轴网侧电感电流i
oq
；按照计算所述虚拟同步机输出的有功功率p
vsg
和无功功率q
vsg
；利用所述虚拟同步机的惯性-阻尼控制环节对所述虚拟同步机的输出无功功率参考值q
ref
与输出无功功率q
vsg
的差值进行控制，得到控制量v
ctrl
；将所述虚拟同步机的输出电压额定值v
cn
与所述控制量v
ctrl
相加，得到所述虚拟输出电压参考值v
c
′
。5.如权利要求1～4任一项所述的虚拟同步机的功率解耦控制方法，其特征在于，还包括：建立所述虚拟同步机的小信号模型如下：
其中，其中，δp
vsg
、δq
vsg
、δθ'和δv
′
c
分别表示所述虚拟同步机输出的有功功率p
vsg
、无功功率q
vsg
、虚拟功角θ
′
和虚拟输出电压参考值v
c
′
的变化量；v
′
c0
和θ
′0分别表示虚拟输出电压参考值v
c
′
和虚拟功角θ
′
的初始值；ε
v
表示虚拟阻抗的电阻分量，r
g
和x
g
分别表示线路电阻和线路电感，v
g
表示电网电压；z
g
表示线路阻抗，θ
zg
表示对应的线路阻抗角；z
t
表示计及所述虚拟阻抗的等效线路阻抗，θ
zt
表示对应的等效线路阻抗角。6.一种虚拟同步机的功率解耦控制装置，其特征在于，包括：虚拟阻抗引入模块、参考电压修正模块、电压电流双环控制模块以及空间矢量脉宽调制模块；所述虚拟阻抗引入模块，与虚拟同步机相连，用于在所述虚拟同步机的输出端至并网点间的线路上引入虚拟阻抗后，计算计及所述虚拟阻抗的虚拟输出电压参考值v
c
′
和虚拟功角θ
′
；所述参考电压修正模块，其输入端连接至所述虚拟阻抗引入模块的第一输出端，用于从所述虚拟输出电压参考值v
c
′
中减去所述虚拟阻抗所引起的d轴压降δv
zv_d
，得到d轴电压参考值并设置q轴电压参考值为所述电压电流双环控制模块，其输入端连接至所述参考电压修正模块的输出端，用于对所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值进行电压电流双环控制，得到d轴调制电压矢量v
d*
和q轴调制电压矢量v
q*
；所述空间矢量脉宽调制模块，其第一输入端连接至所述电压电流双环控制模块的输出段，其第二输入端连接至所述虚拟阻抗引入模块的第二输出端，其输出端与所述并网逆变器相连，用于所述虚拟功角θ
′
对所述d轴调制电压矢量v
d*
和q轴调制电压矢量v
q*
进行空间矢量脉宽调制，得到用于控制所述并网逆变器中开关器件的开关信号，并输入至所述并网逆变器，实现功率解耦控制。7.如权利要求6所述的虚拟同步机的功率解耦控制装置，其特征在于，所述虚拟阻抗的电阻分量ε
v
满足|ε
v
|≤r
g
；并且，在高r/x比工况下，ε
v
＜0，在低r/x比工况下，ε
v
＞0；
其中，r
g
表示线路阻抗；高r/x比工况下，线路阻抗的电阻分量与电感分量的比值大于预设阈值，低r/x比工况下，线路阻抗的电阻分量与电感分量的比值不大于预设阈值。8.如权利要求7所述的虚拟同步机的功率解耦控制装置，其特征在于，θ
′
＝θ；其中，θ表示引入所述虚拟阻抗前的功角。9.一种虚拟同步机系统，其特征在于，包括：虚拟同步机和权利要求6～8任一项所述的虚拟同步机的功率解耦控制装置。

技术总结
本发明公开了一种虚拟同步机的功率解耦控制方法、装置及系统，属于新能源发电技术领域，包括：在虚拟同步机的输出端至并网点间的线路上引入虚拟阻抗后，计算计及虚拟阻抗的虚拟输出电压参考值V


技术研发人员：朱东海 钟雪姣 范鎏洋 邹旭东 康勇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.05.17
技术公布日：2022/7/29