一種電網電壓不對稱下變流器的虛擬同步控制系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力電子技術領域，更具體地，設及一種電網電壓不對稱下變流器的 虛擬同步控制系統及方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著電力電子技術的快速發展，虛擬同步控制作為近年來新興的變流器 控制方法，W電網友好、動態支撐能力強等特點受到越來越多的關注。現階段虛擬同步控制 主要W采用有功功率實現變流器與電網同步的功率同步控制方法為代表，具有良好的動態 性能，但采用功率同步在啟動階段需要輔助的控制使變流器與電網同期并網，致使啟動階 段控制結構復雜且需控制器切換。
[0003] 另外，當電網電壓不對稱特別是長期不對稱時，由于變流器的濾波電抗器通常較 小，負序電壓引起的負序電流較大，會引起變流器過流甚至會損毀，因此提高變流器并網設 備的可靠性和故障穿越能力，需消除負序電壓對變流器的影響，使得變流器不間斷運行，持 續為電網提供所需的動態支撐。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于一種電網電壓不對稱下變流器的虛擬同 步控制系統及方法，旨在解決電網電壓不對稱時基于虛擬同步控制的并網變流器無法抑制 負序電流的問題。
[0005] 本發明提供了一種電網電壓不對稱下變流器的虛擬同步控制系統，包括同步控制 器、功率控制器和瞬時功率計算器；瞬時功率計算器的第一輸入端用于接收電網電壓Vgab。， 瞬時功率計算器的第二輸入端用于接收電網電流igsb。，根據電網電壓Vgab。和所述電網電流 igab。獲得瞬時有功功率P和瞬時無功功率Q;功率控制器的第一輸入端與所述瞬時功率計 算器的第一輸出端連接，功率控制器的第二輸入端與所述瞬時功率計算器的第二輸出端連 接，功率控制器的第=輸入端用于接收變流器的有功功率參考值Puf，功率控制器的第四輸 入端用于接收變流器的無功功率參考值Quf，根據瞬時有功功率P、瞬時無功功率Q、有功功 率參考值Pre濟無功功率參考值Qre滿得正序電壓d軸參考值、正序電壓q軸參考值 ^W、負序電壓d軸參考值負序電壓q軸參考值V,;所述同步控制器的第一輸入端連 接至所述功率控制器的第一輸出端，所述同步控制器的第二輸入端連接至所述功率控制器 的第二輸出端，同步控制器的第=輸入端連接至所述功率控制器的第=輸出端，同步控制 器的第四輸入端連接至所述功率控制器的第四輸出端，同步控制器的第五輸入端用于接收 所述電網電壓Vgab。，同步控制器的第六輸入端用于接收直流母線電壓Vd。，根據功率控制器 的輸出、電網電壓Vgab。和直流母線電壓Vd。獲得用于驅動變流器的驅動信號Sab。。
[0006] 本發明采用正序、負序鎖相鎖幅器實現同步控制器，能分別跟蹤電網正、負序電壓 變化，在電網電壓不對稱時實現變流器與電網之間的同步。
[0007] 本發明還提供了一種電網電壓不對稱下變流器的虛擬同步控制方法，包括下述步 驟：
[000引 S1 ;采集電網電壓Vgab。、電網電流igab。和直流母線電壓Vd。；
[000引 S2 ;對所述電網電壓Vg,be進行CLA服E變換，獲得a軸電網電壓Vg。和0軸電網 電壓Vgp;對所述電網電流igab進行CLARKE變換，得a軸電網電流ig。、P軸電網電流分 量ige;并根據所述a軸電網電壓Vg。和0軸電網電壓VgpW及所述a軸電網電流ig。、 0軸電網電流igp得瞬時有功功率P和瞬時無功功率Q;
[0010] S3 ;根據所述瞬時有功功率P、所述瞬時無功功率Q、變流器的有功功率參考值Puf 和變流器的無功功率參考值Qtrf得正序電壓d軸參考值吃，、正序電壓q軸參考值v_；。，和負 序電壓d軸參考值、負序電壓q軸參考值5
[0011] S4 ;根據所述電網電壓Vgab。，所述正序電壓d軸參考值吃^、正序電壓q軸參考值 V;。/，所述負序電壓d軸參考值、負序電壓q軸參考值和所述直流母線電壓Vd。獲得 驅動信號Sgb。，并驅動所述變流器W實現電網電壓不對稱下的同步控制。
[0012] 并網變流器采用本發明所述的方法，無需復雜的正負序分解且無需正負序電流控 制起，不僅能保持虛擬同步控制的優點，較好的穩定性及自發地為電網提無延時的動態功 率支撐，而且還有效抑制電網電壓不對稱期間變流器輸出的負序電流，保障虛擬同步控制 變流器的安全、穩定運行及電網友好性。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明實施例提供的電網電壓不對稱下變流器的虛擬同步控制系統控制 框圖；
[0014] 圖2為本發明實施例提供的同步控制器控制框圖；
[0015] 圖3為本發明實施例提供的第一鎖相鎖幅器控制框圖；
[0016] 圖4為本發明實施例提供的第二鎖相鎖幅器控制框圖；
[0017] 圖5為本發明實施例提供的第一前饋計算器控制框圖；
[0018] 圖6為本發明實施例提供的第二前饋控制器控制框圖；
[0019] 圖7為本發明實施例提供的第一坐標變換器實現框圖；
[0020] 圖8為本發明實施例提供的第二坐標變換器實現框圖；
[0021] 圖9為采用功率同步控制和本發明所述同步控制器的仿真效果圖，其中，（a)表示 采用功率同步控制時變流器輸出電流；化）為采用本發明所述同步控制器時變流器輸出電 流；（C)為采用功率同步控制時變流器輸出有功、無功功率；(d)為采用本發明所述同步控 制器時變流器輸出有功、無功功率。
【具體實施方式】
[0022] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0023] 圖1示出了電網電壓不對稱下變流器的虛擬同步控制系統框圖，為了便于說明， 僅示出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下：
[0024] 電網電壓不對稱下變流器的虛擬同步控制系統包括同步控制器1、功率控制器2 和瞬時功率計算器3 ;瞬時功率計算器3的第一輸入端用于接收電網電壓Vgab。，瞬時功率計 算器3的第二輸入端用于接收電網電流igab。，根據電網電壓Vgab。和所述電網電流igab滿得 瞬時有功功率P和瞬時無功功率Q;將電網電壓Vgab。和電流ig。，，。，利用CLARKE變換，得電網 電壓a軸分量Vg。、^軸分量Vgp及電網電流a軸分量is。、^軸分量igp，并根據如下公 式，計算瞬時功率P和
功率控制器2的第一輸入端與瞬時功率計算 器3的第一輸出端連接，功率控制器2的第二輸入端與所述瞬時功率計算器3的第二輸出 端連接，功率控制器2的第=輸入端用于接收變流器的有功功率參考值Puf，功率控制器2 的第四輸入端用于接收變流器的無功功率參考值Quf，根據所述瞬時有功功率P、所述瞬時 無功功率Q、所述有功功率參考值Puf和無功功率參考值Quf獲得正序電壓d軸參考值>'；*/、 正序電壓q軸參考值V;,、負序電壓d軸參考值i'W、負序電壓q軸參考值Vr;
[00巧]在本發明實施例中，功率控制器2包括第一PR控制器、第二PR控制器；第一PR控 制器輸入端與減法器輸出端AP，輸出端為吃。:,，減法器用于計算有功功率參考值Puf和瞬 時有功功率P的差AP;所述第二PR控制器輸入端與減法器輸出端AQ，輸出端為正序電壓 d軸參考值吃減法器用于計算無功功率參考值Quf和瞬時無功功率Q的差AQ;將第二鎖 相鎖幅器電壓參考值負序電壓d軸參考值'^，#、負序電壓q軸參考值、拓/設置為0,通過所 述功率控制器可根據功率參考值得到所述第一鎖相鎖幅器的電壓參考值，將第二鎖相鎖幅 器的電壓參考值設置為0是為了消除電網負序電壓對變流器的影響，從而達到消除負電流 的目的。
[0026] 在本發明實施例中，同步控制器1的第一輸入端連接至功率控制器2的第一輸出 端，同步控制器1的第二輸入端連接至功率控制器2的第二輸出端，同步控制器1的第=輸 入端連接至所述功率控制器2的第=輸出端，同步控制器1的第四輸入端連接至功率控制 器2的第四輸出端，同步控制器1的第五輸入端用于接收所述電網電壓Vgab。，同步控制器1 的第六輸入端用于接收直流母線電壓V<!。，根據功率控制器2的輸出、電網電壓Vgab。和所述 直流母線電壓獲得用于驅動變流器的驅動信號Sab。。
[0027] 本發明中虛擬同步控制系統可自發地為系統提供無延時的慣性響應，提供動態功 率支撐，與此同時本發明所述虛擬同步控制系統可同時跟蹤電網正序電壓、負序電壓變化， 并在電網電壓不對稱時消除由電網負序電壓產生的負序電流，保障系統的安全與穩定運 行。
[002引圖2示出了本發明實施例提供的同步控制器1的控制框圖；同步控制器1包括CLA服E變換器11、第一鎖相鎖幅器12、第一坐標變換器13、第二鎖相鎖幅器14、第二坐標變 換器15、第一前饋計算器16、第二前饋計算器17、PWM調制發生器18、第一加法器G1、第二 加法器G2、第=加法器G3、第四加法