一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统及方法
一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子技术领域，更具体地，设及一种电网电压不对称下变流器的 虚拟同步控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着电力电子技术的快速发展，虚拟同步控制作为近年来新兴的变流器 控制方法，W电网友好、动态支撑能力强等特点受到越来越多的关注。现阶段虚拟同步控制 主要W采用有功功率实现变流器与电网同步的功率同步控制方法为代表，具有良好的动态 性能，但采用功率同步在启动阶段需要辅助的控制使变流器与电网同期并网，致使启动阶 段控制结构复杂且需控制器切换。
[0003] 另外，当电网电压不对称特别是长期不对称时，由于变流器的滤波电抗器通常较 小，负序电压引起的负序电流较大，会引起变流器过流甚至会损毁，因此提高变流器并网设 备的可靠性和故障穿越能力，需消除负序电压对变流器的影响，使得变流器不间断运行，持 续为电网提供所需的动态支撑。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于一种电网电压不对称下变流器的虚拟同 步控制系统及方法，旨在解决电网电压不对称时基于虚拟同步控制的并网变流器无法抑制 负序电流的问题。
[0005] 本发明提供了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统，包括同步控制 器、功率控制器和瞬时功率计算器；瞬时功率计算器的第一输入端用于接收电网电压Vgab。， 瞬时功率计算器的第二输入端用于接收电网电流igsb。，根据电网电压Vgab。和所述电网电流 igab。获得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;功率控制器的第一输入端与所述瞬时功率计 算器的第一输出端连接，功率控制器的第二输入端与所述瞬时功率计算器的第二输出端连 接，功率控制器的第=输入端用于接收变流器的有功功率参考值Puf，功率控制器的第四输 入端用于接收变流器的无功功率参考值Quf，根据瞬时有功功率P、瞬时无功功率Q、有功功 率参考值Pre济无功功率参考值Qre满得正序电压d轴参考值、正序电压q轴参考值 ^W、负序电压d轴参考值负序电压q轴参考值V,;所述同步控制器的第一输入端连 接至所述功率控制器的第一输出端，所述同步控制器的第二输入端连接至所述功率控制器 的第二输出端，同步控制器的第=输入端连接至所述功率控制器的第=输出端，同步控制 器的第四输入端连接至所述功率控制器的第四输出端，同步控制器的第五输入端用于接收 所述电网电压Vgab。，同步控制器的第六输入端用于接收直流母线电压Vd。，根据功率控制器 的输出、电网电压Vgab。和直流母线电压Vd。获得用于驱动变流器的驱动信号Sab。。
[0006] 本发明采用正序、负序锁相锁幅器实现同步控制器，能分别跟踪电网正、负序电压 变化，在电网电压不对称时实现变流器与电网之间的同步。
[0007] 本发明还提供了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制方法，包括下述步 骤：
[000引 S1 ;采集电网电压Vgab。、电网电流igab。和直流母线电压Vd。；
[000引 S2 ;对所述电网电压Vg,be进行CLA服E变换，获得a轴电网电压Vg。和0轴电网 电压Vgp;对所述电网电流igab进行CLARKE变换，得a轴电网电流ig。、P轴电网电流分 量ige;并根据所述a轴电网电压Vg。和0轴电网电压VgpW及所述a轴电网电流ig。、 0轴电网电流igp得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;
[0010] S3 ;根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时无功功率Q、变流器的有功功率参考值Puf 和变流器的无功功率参考值Qtrf得正序电压d轴参考值吃，、正序电压q轴参考值v_；。，和负 序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值5
[0011] S4 ;根据所述电网电压Vgab。，所述正序电压d轴参考值吃^、正序电压q轴参考值 V;。/，所述负序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值和所述直流母线电压Vd。获得 驱动信号Sgb。，并驱动所述变流器W实现电网电压不对称下的同步控制。
[0012] 并网变流器采用本发明所述的方法，无需复杂的正负序分解且无需正负序电流控 制起，不仅能保持虚拟同步控制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功 率支撑，而且还有效抑制电网电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障虚拟同步控制 变流器的安全、稳定运行及电网友好性。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明实施例提供的电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统控制 框图；
[0014] 图2为本发明实施例提供的同步控制器控制框图；
[0015] 图3为本发明实施例提供的第一锁相锁幅器控制框图；
[0016] 图4为本发明实施例提供的第二锁相锁幅器控制框图；
[0017] 图5为本发明实施例提供的第一前馈计算器控制框图；
[0018] 图6为本发明实施例提供的第二前馈控制器控制框图；
[0019] 图7为本发明实施例提供的第一坐标变换器实现框图；
[0020] 图8为本发明实施例提供的第二坐标变换器实现框图；
[0021] 图9为采用功率同步控制和本发明所述同步控制器的仿真效果图，其中，（a)表示 采用功率同步控制时变流器输出电流；化）为采用本发明所述同步控制器时变流器输出电 流；（C)为采用功率同步控制时变流器输出有功、无功功率；(d)为采用本发明所述同步控 制器时变流器输出有功、无功功率。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 图1示出了电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统框图，为了便于说明， 仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0024] 电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统包括同步控制器1、功率控制器2 和瞬时功率计算器3 ;瞬时功率计算器3的第一输入端用于接收电网电压Vgab。，瞬时功率计 算器3的第二输入端用于接收电网电流igab。，根据电网电压Vgab。和所述电网电流igab满得 瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;将电网电压Vgab。和电流ig。，，。，利用CLARKE变换，得电网 电压a轴分量Vg。、^轴分量Vgp及电网电流a轴分量is。、^轴分量igp，并根据如下公 式，计算瞬时功率P和
功率控制器2的第一输入端与瞬时功率计算 器3的第一输出端连接，功率控制器2的第二输入端与所述瞬时功率计算器3的第二输出 端连接，功率控制器2的第=输入端用于接收变流器的有功功率参考值Puf，功率控制器2 的第四输入端用于接收变流器的无功功率参考值Quf，根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时 无功功率Q、所述有功功率参考值Puf和无功功率参考值Quf获得正序电压d轴参考值>'；*/、 正序电压q轴参考值V;,、负序电压d轴参考值i'W、负序电压q轴参考值Vr;
[00巧]在本发明实施例中，功率控制器2包括第一PR控制器、第二PR控制器；第一PR控 制器输入端与减法器输出端AP，输出端为吃。:,，减法器用于计算有功功率参考值Puf和瞬 时有功功率P的差AP;所述第二PR控制器输入端与减法器输出端AQ，输出端为正序电压 d轴参考值吃减法器用于计算无功功率参考值Quf和瞬时无功功率Q的差AQ;将第二锁 相锁幅器电压参考值负序电压d轴参考值'^，#、负序电压q轴参考值、拓/设置为0,通过所 述功率控制器可根据功率参考值得到所述第一锁相锁幅器的电压参考值，将第二锁相锁幅 器的电压参考值设置为0是为了消除电网负序电压对变流器的影响，从而达到消除负电流 的目的。
[0026] 在本发明实施例中，同步控制器1的第一输入端连接至功率控制器2的第一输出 端，同步控制器1的第二输入端连接至功率控制器2的第二输出端，同步控制器1的第=输 入端连接至所述功率控制器2的第=输出端，同步控制器1的第四输入端连接至功率控制 器2的第四输出端，同步控制器1的第五输入端用于接收所述电网电压Vgab。，同步控制器1 的第六输入端用于接收直流母线电压V<!。，根据功率控制器2的输出、电网电压Vgab。和所述 直流母线电压获得用于驱动变流器的驱动信号Sab。。
[0027] 本发明中虚拟同步控制系统可自发地为系统提供无延时的惯性响应，提供动态功 率支撑，与此同时本发明所述虚拟同步控制系统可同时跟踪电网正序电压、负序电压变化， 并在电网电压不对称时消除由电网负序电压产生的负序电流，保障系统的安全与稳定运 行。
[002引图2示出了本发明实施例提供的同步控制器1的控制框图；同步控制器1包括CLA服E变换器11、第一锁相锁幅器12、第一坐标变换器13、第二锁相锁幅器14、第二坐标变 换器15、第一前馈计算器16、第二前馈计算器17、PWM调制发生器18、第一加法器G1、第二 加法器G2、第=加法器G3、第四加法 器G4、第五加法器G5和第六加法器G6 ;第一锁相锁幅 器12的第一输入端作为所述同步控制器1的第一输入端并接收正序电压d轴参考值vis/， 所述第一锁相锁幅器12的第二输入端作为所述同步控制器1的第二输入端并接收正序电 压q轴参考值H；。，，所述第一锁相锁幅器12的第=输入端用于接收第=减法器G3输出电网 正序电压a轴分量Vg"i，所述第一锁相锁幅器12的第四输入端用于接收第四减法器G4输 出电网正序电压0轴分量Vgpi;所述第一坐标变换器13的第一输入端连接至所述第一锁 相锁幅器12的第一输出端，所述第一坐标变换器13的第二输入端连接至所述第一锁相锁 幅器12的第二输出端；所述CLA服E变换器11的输入端作为所述同步控制器1的第五输入 端并接收所述电网电压Vgab。;所述第二锁相锁幅器14的第一输入端作为所述同步控制器1 的第=输入端并接收负序电压d轴参考值'所述第二锁相锁幅器14的第二输入端作为 所述同步控制器1的第四输入端并接收负序电压q轴参考值，所述第二锁相锁幅器14 的第=输入端用于接收第一减法器G1输出电网负序电压a轴分量Vg"2,所述第二锁相锁 幅器14的第四输入端用于接收第二减法器G2输出电网负序电压0轴分量Vgp2;所述第二 坐标变换器15的第一输入端连接至所述第二锁相锁幅器14的第一输出端，所述第二坐标 变换器15的第二输入端连接至所述第二锁相锁幅器14的第二输出端；所述第一前馈计算 器16的第一输入端连接至所述第一锁相锁幅器12的第一输入端并接收正序电压d轴参考 值vl/，所述第一前馈计算器16的第二输入端连接至所述第一锁相锁幅器12的第二输入端 并接收正序电压q轴参考值V;，.。,，所述第一前馈计算器16的第=输入端连接至所述第一锁 相锁幅器12的第二输出端正序电压相位0 +;所述第二前馈计算器17的第一输入端连接至 所述第二锁相锁幅器14的第一输入端，所述第二前馈计算器17的第二输入端连接至所述 第二锁相锁幅器14的第二输入端，所述第二前馈计算器17的第=输入端连接至所述第二 锁相锁幅器14的第二输出端；所述第一加法器G1的第一输入端连接至所述CLA服E变换器 11的第一输出端，所述第一加法器G1的第二输入端连接至所述第一坐标变换器13的第一 输出端，所述第一加法器G1的第=输入端连接至所述第一前馈计算器16的第一输出端；所 述第一加法器G1的输出端连接至所述第二锁相锁幅器14的第=输入端；所述第二加法器 G2的第一输入端连接至所述CLA服E变换器11的第二输出端，所述第二加法器G2的第二 输入端连接至所述第一坐标变换器13的第二输出端，所述第二加法器G2的第=输入端连 接至所述第一前馈计算器16的第二输出端，所述第二加法器G2的输出端连接至所述第二 锁相锁幅器14的第四输入端；所述第=加法器G3的第一输入端连接至所述第二坐标变换 器15的第一输出端，所述第S加法器G3的第二输入端连接至CLA服E变换器11的第一输 出端，所述第=加法器G3的第=输入端连接至第二前馈计算器17的第一输出端，所述第= 加法器G3的输出端连接至所述第一锁相锁幅器12的第S输入端；所述第四加法器G4第一 输入端连接至所述第二坐标变换器15的第二输出端，第二输入端连接至所述CLA服E变换 器11的第二输出端，第=输入端连接至所述第二前馈计算器17的第二输出端，输出端连接 至所述第一锁相锁幅器12的第四输入端；所述第五加法器G5的第一输入端连接至所述第 一坐标变换器13的第一输出端，第二输入端连接至所述第二坐标变换器15的第一输出端； 所述第六加法器G6的第一输入端连接至所述第一坐标变换器13的第二输出端，第二输入 端连接至第二坐标变换器15的第二输出端；所述PWM调制发生器18的第一输入端连接至 所述第五加法器G5的输出端，所述PWM调制发生器18的第二输入端连接至所述第六加法 器G6的输出端，所述PWM调制发生器18的第S输入端作为同步控制器1的第六输入端接 收所述直流母线电压Vd。;所述PWM调制发生器18的数输出端作为同步控制器1的输出端 用于输出驱动信号Sgb。。
[0029] 本发明所述的虚拟同步控制系统是采用两个锁相锁幅环采用交叉禪合连接及功 率指令前馈的方式消除正序、负序电压之间的相互影响，从而保证两个锁相锁幅环分别跟 踪电网正序电压和负序电压。
[0030] 图3示出了第一锁相锁幅器控制框图；第一锁相锁幅器12包括第一PA服变换器 121、第一积分器122、第二积分器123、第一比例系数产生器124、第S积分器125、第四积分 器126、第二比例系数产生器127、第走减法器G7、第八加法器G8和第九加法器G9 ;所述第 一PA服变换器121第一输入端用于第一锁相锁幅器12第一输入信号电网正序电压a轴 分量Vg"i，第二输入端用于接收第一锁相锁幅器12第二输入信号电网正序电压0轴分量 VgM，第立输入端用于接收第九加法器G9输出端0 +;所述第一积分器122输入端连接至所 述第一PA服变换121第二输出端；所述第二积分器123输入端连接至所述第一积分器122 ; 所述第一比例系数产生器124输入端连接至所述第一积分器122输出端；所述第=积分器 125输入端连接至所述第走减法器G7的输出端；所述第四积分器126输入端连接至所述第 =积分器125的输出端；所述第二比例系数产生器127输入端连接至所述第=积分器125 输出端；所述第走减法器G7第一输入端连接至所述第一PA服变换器第一输出端，所述第走 减法器G7第二输入端连接至所述第八加法器G8输出端，所述第走减法器G7输出端连接至 所述第=积分器125的输入端；所述第八加法器G8第一输入端连接至所述第四积分器126 的输出端，所述第八加法器G8第二输入端连接至所述第二比例系数产生器127的输出端， 所述第八加法器G8的输出端连接至第走减法器G7的第二输入端，所述第八加法器G8的输 出端e+作为第一锁相锁幅器12第一输出端；所述第九加法器G9的第一输入端连接至所 述第二积分器123的输出端，所述第九加法器G9的第二输入端连接至所述第一比例系数产 生器124的输出端，所述第九加法器G9的输出端连接至第一PA服变换器121第S输入端， 所述第八加法器G8的输出端A+作为第一锁相锁幅器12第二输出端。
[0031] 图4示出了本发明实施例提供的第二锁相锁幅器控制框图；第二锁相锁幅器14包 括第二PA服变换器141、第五积分器142、第六积分器143、第S比例系数产生器144、第走 积分器145、第八积分器146、第四比例系数产生器147、第十加法器610、第^ 加法器G11 和第十二加法器G12 ;所述第二PA服变换器141第一输入端用于第二锁相锁幅器14第一 输入信号电网负序电压a轴分量Vg。,，第二输入端用于接收第二锁相锁幅器14第二输入 信号电网负序电压0轴分量Vgp2,第=输入端连接至第九加法器G12输出端所述第五 积分器142输入端连接至第二PA服变换141第二输出端；所述第六积分器143输入端连 接至第五积分器142 ;第S比例系数产生器144输入端连接至第五积分器142输出端；第走 积分器145输入端连接至所述第走减法器G10的输出端；第八积分器146输入端连接至所 述第走积分器145的输出端；第四比例系数产生器147输入端连接至所述第走积分器145 输出端；第十减法器G10第一输入端连接至第二PA服变换器141第一输出端，第十减法器 G10第二输入端连接至第十一加法器G11输出端，第十减法器G10输出端连接至第走积分器 145的输入端；第十二加法器G12第一输入端连接至第六积分器143的输出端，第十二加法 器G12第二输入端连接至第S比例系数产生器144的输出端，第十二加法器G12的输出端 连接至第十减法器G10的第二输入端，第十二加法器G12的输出端0-作为第一锁相锁幅器 14第一输出端；第十一加法器G11的第一输入端连接至第八积分器146的输出端，第十一 加法器Gll的第二输入端连接至第四比例系数产生器147的输出端，第十一加法器Gll的 输出端连接至第一 ？4服变换器141第^输入端，第^^一加法器G11的输出端A+作为第二 锁相锁幅器14第二输出端。
[0032] 本发明所述锁相锁幅环可根据电网直接得到变流器输出电压的幅值和相位，保证 内电势输出电压与电网电压同步；采用所述锁相锁幅环无需采集变流器的瞬时功率，在启 动阶段无需辅助控制，可直接驱动变流器输出电压与电网同期，控制结构简单。
[0033] 图5示出了第一前馈计算器控制框图；第一前馈计算器16包括第一余弦函数发生 器161、第一正弦函数发生器162、第一乘法器163、第二乘法器164、第S乘法器165、第四乘 法器166、第十S加法器G13和第十四加法器G14 ;第一余弦函数发生器161输入端用于接 收第一前馈计算器16的第=输入信号正序电压相位0 +;第一正弦函数发生器162输入端 用于接收所述第一前馈计算器16的第=输入信号正序电压相位0 +;第一乘法器163第一 输入端用于接收第一前馈计算器16的第一输入信号正序电压d轴参考值1;;,,，第一乘法器 163第二输入端连接至第一余弦函数发生器161的 输出端；第二乘法器164第一输入端用 于接收所述第一前馈计算器16的第二输入信号正序电压q轴参考值^"^，第二乘法器164 第二输入端连接至第一正弦函数发生器162的输出端；第=乘法器165第一输入端用于接 收第一前馈计算器16的第二输入信号正序电压q轴参考值;第=乘法器165第二输入 端连接至第一余弦函数发生器161的输出端；第四乘法器166第一输入端用于接收第一前 馈计算器16的第一输入信号正序电压d轴参考值;第四乘法器166第二输入端连接至 第一正弦函数发生器162的输出端；第十=减法器G13第一输入端连接至第一乘法器163 输出端，第十=减法器G13第二输入端连接至第二乘法器164输出端，第十=减法器G13输 出端作为第一前馈计算器16的第一输出端;第十四加法器G14第一输入端连接至第= 乘法器165输出端，第十四加法器G14第二输入端连接至第四乘法器166输出端，第十四加 法器G14输出端作为第一前馈计算器16的第二输出端。
[0034] 图6为本发明实施例提供的第二前馈计算器的控制框图。第二前馈计算器17包 括第二余弦函数发生器161、第二正弦函数发生器162、第五乘法器163、第六乘法器164、 第走乘法器165、第八乘法器166、第十五加法器G13和第十六加法器G14 ;第二余弦函数发 生器171输入端用于接收第二前馈计算器17的第S输入信号负序电压相位0 第二正弦 函数发生器172输入端用于接收第二前馈计算器17的第S输入信号负序电压相位第 五乘法器173第一输入端用于接收第二前馈计算器17的第一输入信号负序电压d轴参考 值，第五乘法器173第二输入端连接至第二余弦函数发生器171的输出端；第六乘法器 174第一输入端用于接收第二前馈计算器17的第二输入信号负序电压q轴参考值V.,,。，第六 乘法器174第二输入端连接至第二正弦函数发生器172的输出端；第走乘法器175第一输 入端用于接收第二前馈计算器17的第二输入信号负序电压q轴参考值V。.；第走乘法器175 第二输入端连接至第二余弦函数发生器171的输出端；第八乘法器176第一输入端用于接 收第二前馈计算器17的第一输入信号负序电压d轴参考值Vib,;第八乘法器176第二输入 端连接至第二正弦函数发生器172的输出端；第十五减法器G15第一输入端连接至第五乘 法器173输出端，第十五减法器G15第二输入端连接至第六乘法器174输出端，第十五减法 器G15输出端作为第二前馈计算器17的第一输出端;第十六加法器G16第一输入端连 接至第走乘法器175输出端，第十六加法器G16第二输入端连接至第八乘法器176输出端， 第十六加法器G16输出端作为第一前馈计算器17的第二输出端v'pw。
[00巧]本发明中采用前馈控制器是为避免第一锁相锁幅环静态工作点与第二锁相锁幅 环静态工作点的相互影响，保障锁相锁幅环检测电网电压的精度。
[0036] 本发明还提供了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制方法，具体包括下 述步骤：
[0037] S1 ;采集电网电压Vgab。、电网电流igabe和直流母线电压Vdc;
[00測S2 ;对所述电网电压Vgab进行CLARKE变换，获得a轴电网电压Vg。和0轴电网 电压Vgp;对所述电网电流igab进行CLARKE变换，得a轴电网电流ig。、P轴电网电流分 量ige;并根据所述a轴电网电压Vg。和0轴电网电压VgpW及所述a轴电网电流ig。、 0轴电网电流igp得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;
[0039] S3 ;根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时无功功率Q、变流器的有功功率参考值Puf 和变流器的无功功率参考值Qtrf得正序电压d轴参考值vL/、正序电压q轴参考值、;和负 序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值;
[0040] S4 ;根据所述电网电压Vgab。，所述正序电压d轴参考值叫。，、正序电压q轴参考值 V：。:/，所述负序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值V。/和所述直流母线电压Vd。获得驱 动信号Sab。，并驱动所述变流器W实现电网电压不对称下的同步控制。并网变流器采用本发 明所述的方法，无需复杂的正负序分解且无需正负序电流控制起，不仅能保持虚拟同步控 制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功率支撑，而且还有效抑制电网 电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障虚拟同步控制变流器的安全、稳定运行及电 网友好性。
[0041] 其中，步骤S4具体为；
[004引 S41 ;将a轴电网电压Vg。与a轴负序控制电压V;。及a轴负序前馈电压作 差，获得电网正序电压a轴分量Vgai;将0轴电网电压Vgp与0轴负序控制电压及0 轴负序前馈电压屯《/作差，获得电网正序电压0轴分量Vgpi;
[004引S42 ;将所述电网正序电压a轴分量Vg"i、所述电网正序电压0轴分量Vgp及所 述正序电压d轴参考值咳6/、所述正序电压q轴参考值Vg+r。/经过锁相锁幅处理，得到正序控制 电压幅值A+和相位0 +;
[0044] S43 ;将正序控制电压幅值A+和相位0 +，经过极坐标到直角坐标的变换，得a轴 正序控制电压<。、0轴正序控制电压^^口 ；
[004引S44 ;将a轴电网电压Vg。与a轴正序控制电压V及a轴正序前馈电压作 差，得电网负序电压a轴分量Vga2;将0轴电网电压Vgp与0轴正序控制电压Vg+p及0轴 正序前馈电压吃作差，得电网负序电压0轴分量Vgp2;
[0046] S45 ;将电网负序电压a轴分量Vg"2、电网负序电压0轴分量Vgp2及负序电压d 轴参考值、负序电压q轴参考值V-/，经锁相锁幅处理，得负序控制电压幅值yr和相位 0-;
[0047]S46 ;将负序控制电压幅值A郑相位0屬过极坐标到直角坐标的变换，得a轴负 序控制电压、0轴负序控制电压VgP;
[0048]S47 ;根据所述正序电压d轴参考值、正序电压q轴参考值和正序控制电压 相位0+，计算a轴正序前馈Cf/、0轴正序前馈嗦根据所述负序电压d轴参考值 负序电压q轴参考值和负序控制电压相位0^，计算a轴负序前馈t'nw、0轴负序前馈 V阿. 9
[004引S48 ;将a轴正序控制电压和a轴负序控制电压V求和，得a轴控制电压 V。。;将0轴正序控制电压和0轴负序控制电压求和，得0轴控制电压Vtp;
[0050] S49 ;将a轴控制电压V。。、0轴控制电压Vep和直流母线电压Vd為PWM调制后 获得用于驱动变流器的开关信号Sab。。
[0051] 并网变流器采用本发明所述的方法，无需复杂的正负序分解且无需正负序电流控 制起，不仅能保持虚拟同步控制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功 率支撑，而且还有效抑制电网电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障虚拟同步控制 变流器的安全、稳定运行及电网友好性。
[0052] 图9为采用功率同步控制和本发明所述同步控制器的仿真效果图。从图中可看 出，在电网电压中含有2%负序电压时，采用了本发明所述同步控制系统能有效的消除变流 器输出的负序电流，从而减小变流器输出的总电流，并能有效抑制变流器输出功率的波动； 而采用功率同步控制的变流器由于负序电压引起了较大的负序电流，导致变流器输出电流 过大，本仿真中并网采取处置手段，但在实际运行系统中会造成变流器烧毁甚至威胁到整 个电网的安全与稳定运行。本发明利用两个锁相锁幅器构成新型的同步控制器。现有虚 拟同步控制方法根据瞬时功率来同步，在启动、合闽前，变流器输出瞬时功率为0,无法通过 功率同步，因此需附加启动同步控制，而采用本发明所述的同步控制器能直接控制变流器 输出电压与电网电压同步，使得变流器启动过程方便、简单、快捷。另外，在电网电压不对 称时，采用本发明所述同步控制器可控制变流器输出负序电压来抵消电网电压中的负序分 量，进而消除变流器输出的负序电流并抑制有功、无功功率的2倍频脉动，保障变流器在电 网电压不对称时安全、稳定运行。
[0053] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统，其特征在于，包括同步控制器 (1)、功率控制器（2)和瞬时功率计算器（3); 所述瞬时功率计算器（3)的第一输入端用于接收电网电压Vgab。，所述瞬时功率计算器 (3)的第二输入端用于接收电网电流igab。，根据所述电网电压Vgab。和所述电网电流i gab。获 得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q ; 所述功率控制器（2)的第一输入端与所述瞬时功率计算器（3)的第一输出端连接，所 述功率控制器（2)的第二输入端与所述瞬时功率计算器（3)的第二输出端连接，所述功率 控制器（2)的第三输入端用于接收变流器的有功功率参考值PMf，所述功率控制器（2)的第 四输入端用于接收变流器的无功功率参考值QMf，根据所述瞬时有功功率P 、所述瞬时无功 功率Q、所述有功功率参考值PMf和所述无功功率参考值QMf获得正序电压d轴参考值、 正序电压q轴参考值1W、负序电压d轴参考值4?/、负序电压q轴参考值; 所述同步控制器（1)的第一输入端连接至所述功率控制器（2)的第一输出端，所述同 步控制器（1)的第二输入端连接至所述功率控制器（2)的第二输出端，所述同步控制器（1) 的第三输入端连接至所述功率控制器（2)的第三输出端，所述同步控制器（1)的第四输入 端连接至所述功率控制器（2)的第四输出端，所述同步控制器（1)的第五输入端用于接收 所述电网电压Vgab。，所述同步控制器（1)的第六输入端用于接收直流母线电SVd。，根据所 述功率控制器（2)的输出、所述电网电压Vgab。和所述直流母线电SVd。获得用于驱动变流器 的驱动信号Sab。。2. 如权利要求1所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述同步控制器（1)包括 CLARKE变换器（11)、第一锁相锁幅器（12)、第一坐标变换器（13)、第二锁相锁幅器（14)、第 二坐标变换器（15)、第一前馈计算器（16)、第二前馈计算器（17)、PWM调制发生器（18)、第 一加法器G1、第二加法器G2、第三加法器G3、第四加法器G4、第五加法器G5和第六加法器 G6 ； 所述第一锁相锁幅器（12)的第一输入端作为所述同步控制器（1)的第一输入端并接 收正序电压d轴参考值所述第一锁相锁幅器（12)的第二输入端作为所述同步控制器 (1)的第二输入端并接收正序电压q轴参考值'，所述第一锁相锁幅器（12)的第三输入 端用于接收第三减法器G3输出电网正序电压α轴分量Vgal，所述第一锁相锁幅器（12)的 第四输入端用于接收第四减法器G4输出电网正序电压β轴分量vgM; 所述第一坐标变换器（13)的第一输入端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第一输出 端，所述第一坐标变换器（13)的第二输入端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第二输出 端； 所述CLARKE变换器（11)的输入端作为所述同步控制器（1)的第五输入端并接收所述 电网电压vgab。； 所述第二锁相锁幅器（14)的第一输入端作为所述同步控制器（1)的第三输入端并接 收负序电压d轴参考值，所述第二锁相锁幅器（14)的第二输入端作为所述同步控制器 (1)的第四输入端并接收负序电压q轴参考值4<，所述第二锁相锁幅器（14)的第三输入 端用于接收第一减法器Gl输出电网负序电压α轴分量Vga2，所述第二锁相锁幅器（14)的 第四输入端用于接收第二减法器G2输出电网负序电压β轴分量Vgfi2; 所述第二坐标变换器（15)的第一输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第一输出 端，所述第二坐标变换器（15)的第二输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第二输出 端； 所述第一前馈计算器（16)的第一输入端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第一输 入端并接收正序电压d轴参考值ν',,,,,，所述第一前馈计算器（16)的第二输入端连接至所述 第一锁相锁幅器（12)的第二输入端并接收正序电压q轴参考值，所述第一前馈计算器 (16)的第三输入端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第二输出端正序电压相位Θ+; 所述第二前馈计算器（17)的第一输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第一输入 端，所述第二前馈计算器（17)的第二输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第二输入 端，所述第二前馈计算器（17)的第三输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第二输出 端； 所述第一加法器Gl的第一输入端连接至所述CLARKE变换器（11)的第一输出端，所述 第一加法器Gl的第二输入端连接至所述第一坐标变换器（13)的第一输出端，所述第一加 法器Gl的第三输入端连接至所述第一前馈计算器（16)的第一输出端；所述第一加法器Gl 的输出端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第三输入端； 所述第二加法器G2的第一输入端连接至所述CLARKE变换器（11)的第二输出端，所述 第二加法器G2的第二输入端连接至所述第一坐标变换器（13)的第二输出端，所述第二加 法器G2的第三输入端连接至所述第一前馈计算器（16)的第二输出端，所述第二加法器G2 的输出端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第四输入端； 所述第三加法器G3的第一输入端连接至所述第二坐标变换器（15)的第一输出端，所 述第三加法器G3的第二输入端连接至CLARKE变换器（11)的第一输出端，所述第三加法器 G3的第三输入端连接至第二前馈计算器（17)的第一输出端，所述第三加法器G3的输出端 连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第三输入端； 所述第四加法器G4第一输入端连接至所述第二坐标变换器（15)的第二输出端，第二 输入端连接至所述CLARKE变换器（11)的第二输出端，第三输入端连接至所述第二前馈计 算器（17)的第二输出端，输出端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第四输入端； 所述第五加法器G5的第一输入端连接至所述第一坐标变换器（13)的第一输出端，第 二输入端连接至所述第二坐标变换器（15)的第一输出端； 所述第六加法器G6的第一输入端连接至所述第一坐标变换器（13)的第二输出端，第 二输入端连接至第二坐标变换器（15)的第二输出端； 所述PWM调制发生器（18)的第一输入端连接至所述第五加法器G5的输出端，所述PWM 调制发生器（18)的第二输入端连接至所述第六加法器G6的输出端，所述PWM调制发生器 (18)的第三输入端作为同步控制器（1)的第六输入端接收所述直流母线电压Vd。;所述PWM 调制发生器（18)的数输出端作为同步控制器（1)的输出端用于输出驱动信号Sab。。3.如权利要求1或2所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，第一锁相锁幅器（12) 包括第一 PARK变换器（121)、第一积分器（122)、第二积分器（123)、第一比例系数产生器 (124)、第三积分器（125)、第四积分器（126)、第二比例系数产生器（127)、第七减法器G7、 第八加法器G8和第九加法器G9 ; 所述第一 PARK变换器（121)第一输入端用于第一锁相锁幅器（12)第一输入信号电网 正序电压α轴分量Vgal，第二输入端用于接收第一锁相锁幅器（12)第二输入信号电网正 序电压β轴分量vgM，第三输入端用于接收第九加法器G9输出端Θ+; 所述第一积分器（122)输入端连接至所述第一 PARK变换（121)第二输出端； 所述第二积分器（123)输入端连接至所述第一积分器（122); 所述第一比例系数产生器（124)输入端连接至所述第一积分器（122)输出端； 所述第三积分器（125)输入端连接至所述第七减法器G7的输出端； 所述第四积分器（126)输入端连接至所述第三积分器（125)的输出端； 所述第二比例系数产生器（127)输入端连接至所述第三积分器（125)输出端； 所述第七减法器G7第一输入端连接至所述第一 PARK变换器第一输出端，所述第七减 法器G7第二输入端连接至所述第八加法器G8输出端，所述第七减法器G7输出端连接至所 述第三积分器（125)的输入端； 所述第八加法器G8第一输入端连接至所述第四积分器（126)的输出端，所述第八加法 器G8第二输入端连接至所述第二比例系数产生器（127)的输出端，所述第八加法器G8的 输出端连接至第七减法器G7的第二输入端，所述第八加法器G8的输出端Θ +作为第一锁 相锁幅器（12)第一输出端； 所述第九加法器G9的第一输入端连接至所述第二积分器（123)的输出端，所述第九加 法器G9的第二输入端连接至所述第一比例系数产生器（124)的输出端，所述第九加法器G9 的输出端连接至第一 PARK变换器（121)第三输入端，所述第八加法器G8的输出端A+作为 第一锁相锁幅器（12)第二输出端。4.如权利要求1-3任一项所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，第二锁相锁幅器 (14)包括第二PARK变换器（141)、第五积分器（142)、第六积分器（143)、第三比例系数产 生器（144)、第七积分器（145)、第八积分器（146)、第四比例系数产生器（147)、第十加法器 G10、第^^一加法器Gll和第十二加法器G12 ; 所述第二PARK变换器（141)第一输入端用于第二锁相锁幅器（14)第一输入信号电网 负序电压a轴分量Vga2，第二输入端用于接收第二锁相锁幅器（14)第二输入信号电网正 序电压β轴分量vgP2，第三输入端连接至第九加法器G12输出端 所述第五积分器（142)输入端连接至所述第二PARK变换（141)第二输出端； 所述第六积分器（143)输入端连接至所述第五积分器（142); 所述第三比例系数产生器（144)输入端连接至所述第五积分器（142)输出端； 所述第七积分器（145)输入端连接至所述第七减法器GlO的输出端； 所述第八积分器（146)输入端连接至所述第七积分器（145)的输出端； 所述第四比例系数产生器（147)输入端连接至所述第七积分器（145)输出端； 所述第十减法器GlO第一输入端连接至所述第二PARK变换器（141)第一输出端，所述 第十减法器GlO第二输入端连接至所述第十一加法 器Gll输出端，所述第十减法器GlO输 出端连接至所述第七积分器（145)的输入端； 所述第十二加法器G12第一输入端连接至所述第六积分器（143)的输出端，所述第 十二加法器G12第二输入端连接至所述第三比例系数产生器（144)的输出端，所述第十二 加法器G12的输出端连接至第十减法器GlO的第二输入端，所述第十二加法器G12的输出 端乍为第一锁相锁幅器（14)第一输出端； 所述第十一加法器Gll的第一输入端连接至所述第八积分器（146)的输出端，所述 第十一加法器Gll的第二输入端连接至所述第四比例系数产生器（147)的输出端，所述第 十一加法器Gll的输出端连接至第一 PARK变换器（141)第三输入端，所述第^^一加法器 Gll的输出端A+作为第二锁相锁幅器（14)第二输出端。5. 如权利要求1-4任一项所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述第一前馈计算 器（16)包括第一余弦函数发生器（161)、第一正弦函数发生器（162)、第一乘法器（163)、第 二乘法器（164)、第三乘法器（165)、第四乘法器（166)、第十三加法器G13和第十四加法器 G14 ； 所述第一余弦函数发生器（161)输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第三输 入信号正序电压相位Θ+; 所述第一正弦函数发生器（162)输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第三输 入信号正序电压相位Θ+; 所述第一乘法器（163)第一输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第一输入信 号正序电压d轴参考值，所述第一乘法器（163)第二输入端连接至所述第一余弦函数发 生器（161)的输出端； 所述第二乘法器（164)第一输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第二输入信 号正序电压q轴参考值，所述第二乘法器（164)第二输入端连接至所述第一正弦函数发 生器（162)的输出端； 所述第三乘法器（165)第一输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第二输入信 号正序电压q轴参考值 <,，，所述第三乘法器（165)第二输入端连接至所述第一余弦函数发 生器（161)的输出端 所述第四乘法器（166)第一输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第一输入信 号正序电压d轴参考值所述第四乘法器（166)第二输入端连接至所述第一正弦函数发 生器（162)的输出端； 所述第十三减法器G13第一输入端连接至所述第一乘法器（163)输出端，所述第十三 减法器G13第二输入端连接至所述第二乘法器（164)输出端，所述第十三减法器G13输出 端作为所述第一前馈计算器（16)的第一输出端; 所述第十四加法器G14第一输入端连接至所述第三乘法器（165)输出端，所述第十四 加法器G14第二输入端连接至所述第四乘法器（166)输出端，所述第十四加法器G14输出 端作为所述第一前馈计算器（16)的第二输出端V^,。6. 如权利要求2所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述第二前馈计算器（17)包 括第二余弦函数发生器（161)、第二正弦函数发生器（162)、第五乘法器（163)、第六乘法器 (164)、第七乘法器（165)、第八乘法器（166)、第十五加法器G13和第十六加法器G14 ; 所述第二余弦函数发生器（171)输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第三输 入信号负序电压相位 所述第二正弦函数发生器（172)输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第三输 入信号负序电压相位 所述第五乘法器（173)第一输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第一输入信 号负序电压d轴参考值v#f/，所述第五乘法器（173)第二输入端连接至所述第二余弦函数发 生器（171)的输出端； 所述第六乘法器（174)第一输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第二输入信 号负序电压q轴参考值Λ?/，所述第六乘法器（174)第二输入端连接至所述第二正弦函数发 生器（172)的输出端； 所述第七乘法器（175)第一输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第二输入信 号负序电压q轴参考值;所述第七乘法器（175)第二输入端连接至所述第二余弦函数发 生器（171)的输出端 所述第八乘法器（176)第一输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第一输入信 号负序电压d轴参考值VW ;所述第八乘法器（176)第二输入端连接至所述第二正弦函数发 生器（172)的输出端； 所述第十五减法器G15第一输入端连接至所述第五乘法器（173)输出端，所述第十五 减法器G15第二输入端连接至所述第六乘法器（174)输出端，所述第十五减法器G15输出 端作为所述第二前馈计算器（17)的第一输出端 所述第十六加法器G16第一输入端连接至所述第七乘法器（175)输出端，所述第十六 加法器G16第二输入端连接至所述第八乘法器（176)输出端，所述第十六加法器G16输出 端作为所述第一前馈计算器（17)的第二输出端Vfw。7. -种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制方法，其特征在于，包括下述步骤： Sl :采集电网电压Vgab。、电网电流igab。和直流母线电压V d。； S2:对所述电网电压Vgab。进行CLARKE变换，获得α轴电网电压Vga和β轴电网电压 Vgfi;对所述电网电流i gab。进行CLARKE变换，获得a轴电网电流i ga和β轴电网电流分量 igP;并根据所述a轴电网电压Vga、β轴电网电压Vgp、所述a轴电网电流i ga和所述β 轴电网电流igP获得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q ; 53 :根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时无功功率Q、变流器的有功功率参考值PMf和变 流器的无功功率参考值QMf得正序电压d轴参考值、v〗re/、正序电压q轴参考值vk和负序电 压d轴参考值心、负序电压q轴参考值v_/ ; 54 :根据所述电网电压Vgab。，所述正序电压d轴参考值、正序电压q轴参考值， 所述负序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值和所述直流母线电压Vd。获得驱动 信号Sab。，并驱动所述变流器以实现电网电压不对称下的同步控制。8. 如权利要求7所述的虚拟同步控制方法，其特征在于，步骤S4具体为： S41 :将α轴电网电压Vga与α轴负序控制电压心及α轴负序前馈电压。作差，获 得电网正序电压a轴分量vgal;将β轴电网电压Vgfi与β轴负序控制电压及β轴负 序前馈电压1W/作差，获得电网正序电压β轴分量Vgfil; S42:将所述电网正序电压a轴分量Vgal、所述电网正序电压β轴分量vgM及所述正 序电压d轴参考值、所述正序电压q轴参考值经过锁相锁幅处理，得到正序控制电 压幅值A+和相位Θ +; S43:将正序控制电压幅值A+和相位Θ +，经过极坐标到直角坐标的变换，得a轴正序 控制电压1i、β轴正序控制电压 S44:将α轴电网电压Vga与α轴正序控制电压V;,,及α轴正序前馈电压（,作差，得 电网负序电压a轴分量Vga2;将β轴电网电压Vgfi与β轴正序控制电压及β轴正序 前馈电压4,/作差，得电网负序电压β轴分量Vgfi2; S45:将电网负序电压a轴分量Vga2、电网负序电压β轴分量VgP2及负序电压d轴参 考值v**/、负序电压q轴参考值^,经锁相锁幅处理，得负序控制电压幅值AlP相位Θ、 546 :将负序控制电压幅值f和相位Θ -经过极坐标到直角坐标的变换，得a轴负序控 制电压4、β轴负序控制电压、； 547 :根据所述正序电压d轴参考值 、正序电压q轴参考值和正序控制电压相位 Θ +，计算a轴正序前馈β轴正序前馈根据所述负序电压d轴参考值^:,、负序电 压q轴参考值和负序控制电压相位Θ、计算a轴负序前馈>'_、β轴负序前馈vP; S48:将a轴正序控制电压'和α轴负序控制电压Vga求和，得α轴控制电压V。。;将 β轴正序控制电压和β轴负序控制电压Vtf求和，得β轴控制电压 S49:将a轴控制电压'α、β轴控制电压"和直流母线电压Vd。经PWM调制后获得 用于驱动变流器的开关信号Sab。。
【专利摘要】本发明公开了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统及方法，采用双锁相锁幅环交叉耦合结构，直接控制变流器的输出电压与电网同步，从而控制变流器输出功率。本发明采用正序、负序锁相锁幅器实现同步控制器，能分别跟踪电网正、负序电压变化，在电网电压不对称时实现变流器与电网之间的同步。采用本发明的系统和方法可使变流器具有自发地对电网提供无延时的动态功率支撑的能力，并在电网不对称时消除变流器输出的负序电流、抑制有功功率和无功功率的波动，不仅能保持虚拟同步控制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功率支撑，而且还有效抑制电网电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障变流器的安全、稳定运行。
【IPC分类】H02J3/26
【公开号】CN104901322
【申请号】CN201510266214
【发明人】尚磊, 胡家兵, 袁小明, 刘刚, 王林
【申请人】国家电网公司, 国网湖北省电力公司, 华中科技大学, 许继集团有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子技术领域，更具体地，设及一种电网电压不对称下变流器的 虚拟同步控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着电力电子技术的快速发展，虚拟同步控制作为近年来新兴的变流器 控制方法，W电网友好、动态支撑能力强等特点受到越来越多的关注。现阶段虚拟同步控制 主要W采用有功功率实现变流器与电网同步的功率同步控制方法为代表，具有良好的动态 性能，但采用功率同步在启动阶段需要辅助的控制使变流器与电网同期并网，致使启动阶 段控制结构复杂且需控制器切换。
[0003] 另外，当电网电压不对称特别是长期不对称时，由于变流器的滤波电抗器通常较 小，负序电压引起的负序电流较大，会引起变流器过流甚至会损毁，因此提高变流器并网设 备的可靠性和故障穿越能力，需消除负序电压对变流器的影响，使得变流器不间断运行，持 续为电网提供所需的动态支撑。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于一种电网电压不对称下变流器的虚拟同 步控制系统及方法，旨在解决电网电压不对称时基于虚拟同步控制的并网变流器无法抑制 负序电流的问题。
[0005] 本发明提供了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统，包括同步控制 器、功率控制器和瞬时功率计算器；瞬时功率计算器的第一输入端用于接收电网电压Vgab。， 瞬时功率计算器的第二输入端用于接收电网电流igsb。，根据电网电压Vgab。和所述电网电流 igab。获得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;功率控制器的第一输入端与所述瞬时功率计 算器的第一输出端连接，功率控制器的第二输入端与所述瞬时功率计算器的第二输出端连 接，功率控制器的第=输入端用于接收变流器的有功功率参考值Puf，功率控制器的第四输 入端用于接收变流器的无功功率参考值Quf，根据瞬时有功功率P、瞬时无功功率Q、有功功 率参考值Pre济无功功率参考值Qre满得正序电压d轴参考值、正序电压q轴参考值 ^W、负序电压d轴参考值负序电压q轴参考值V,;所述同步控制器的第一输入端连 接至所述功率控制器的第一输出端，所述同步控制器的第二输入端连接至所述功率控制器 的第二输出端，同步控制器的第=输入端连接至所述功率控制器的第=输出端，同步控制 器的第四输入端连接至所述功率控制器的第四输出端，同步控制器的第五输入端用于接收 所述电网电压Vgab。，同步控制器的第六输入端用于接收直流母线电压Vd。，根据功率控制器 的输出、电网电压Vgab。和直流母线电压Vd。获得用于驱动变流器的驱动信号Sab。。
[0006] 本发明采用正序、负序锁相锁幅器实现同步控制器，能分别跟踪电网正、负序电压 变化，在电网电压不对称时实现变流器与电网之间的同步。
[0007] 本发明还提供了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制方法，包括下述步 骤：
[000引 S1 ;采集电网电压Vgab。、电网电流igab。和直流母线电压Vd。；
[000引 S2 ;对所述电网电压Vg,be进行CLA服E变换，获得a轴电网电压Vg。和0轴电网 电压Vgp;对所述电网电流igab进行CLARKE变换，得a轴电网电流ig。、P轴电网电流分 量ige;并根据所述a轴电网电压Vg。和0轴电网电压VgpW及所述a轴电网电流ig。、 0轴电网电流igp得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;
[0010] S3 ;根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时无功功率Q、变流器的有功功率参考值Puf 和变流器的无功功率参考值Qtrf得正序电压d轴参考值吃，、正序电压q轴参考值v_；。，和负 序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值5
[0011] S4 ;根据所述电网电压Vgab。，所述正序电压d轴参考值吃^、正序电压q轴参考值 V;。/，所述负序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值和所述直流母线电压Vd。获得 驱动信号Sgb。，并驱动所述变流器W实现电网电压不对称下的同步控制。
[0012] 并网变流器采用本发明所述的方法，无需复杂的正负序分解且无需正负序电流控 制起，不仅能保持虚拟同步控制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功 率支撑，而且还有效抑制电网电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障虚拟同步控制 变流器的安全、稳定运行及电网友好性。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明实施例提供的电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统控制 框图；
[0014] 图2为本发明实施例提供的同步控制器控制框图；
[0015] 图3为本发明实施例提供的第一锁相锁幅器控制框图；
[0016] 图4为本发明实施例提供的第二锁相锁幅器控制框图；
[0017] 图5为本发明实施例提供的第一前馈计算器控制框图；
[0018] 图6为本发明实施例提供的第二前馈控制器控制框图；
[0019] 图7为本发明实施例提供的第一坐标变换器实现框图；
[0020] 图8为本发明实施例提供的第二坐标变换器实现框图；
[0021] 图9为采用功率同步控制和本发明所述同步控制器的仿真效果图，其中，（a)表示 采用功率同步控制时变流器输出电流；化）为采用本发明所述同步控制器时变流器输出电 流；（C)为采用功率同步控制时变流器输出有功、无功功率；(d)为采用本发明所述同步控 制器时变流器输出有功、无功功率。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 图1示出了电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统框图，为了便于说明， 仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
[0024] 电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统包括同步控制器1、功率控制器2 和瞬时功率计算器3 ;瞬时功率计算器3的第一输入端用于接收电网电压Vgab。，瞬时功率计 算器3的第二输入端用于接收电网电流igab。，根据电网电压Vgab。和所述电网电流igab满得 瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;将电网电压Vgab。和电流ig。，，。，利用CLARKE变换，得电网 电压a轴分量Vg。、^轴分量Vgp及电网电流a轴分量is。、^轴分量igp，并根据如下公 式，计算瞬时功率P和
功率控制器2的第一输入端与瞬时功率计算 器3的第一输出端连接，功率控制器2的第二输入端与所述瞬时功率计算器3的第二输出 端连接，功率控制器2的第=输入端用于接收变流器的有功功率参考值Puf，功率控制器2 的第四输入端用于接收变流器的无功功率参考值Quf，根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时 无功功率Q、所述有功功率参考值Puf和无功功率参考值Quf获得正序电压d轴参考值>'；*/、 正序电压q轴参考值V;,、负序电压d轴参考值i'W、负序电压q轴参考值Vr;
[00巧]在本发明实施例中，功率控制器2包括第一PR控制器、第二PR控制器；第一PR控 制器输入端与减法器输出端AP，输出端为吃。:,，减法器用于计算有功功率参考值Puf和瞬 时有功功率P的差AP;所述第二PR控制器输入端与减法器输出端AQ，输出端为正序电压 d轴参考值吃减法器用于计算无功功率参考值Quf和瞬时无功功率Q的差AQ;将第二锁 相锁幅器电压参考值负序电压d轴参考值'^，#、负序电压q轴参考值、拓/设置为0,通过所 述功率控制器可根据功率参考值得到所述第一锁相锁幅器的电压参考值，将第二锁相锁幅 器的电压参考值设置为0是为了消除电网负序电压对变流器的影响，从而达到消除负电流 的目的。
[0026] 在本发明实施例中，同步控制器1的第一输入端连接至功率控制器2的第一输出 端，同步控制器1的第二输入端连接至功率控制器2的第二输出端，同步控制器1的第=输 入端连接至所述功率控制器2的第=输出端，同步控制器1的第四输入端连接至功率控制 器2的第四输出端，同步控制器1的第五输入端用于接收所述电网电压Vgab。，同步控制器1 的第六输入端用于接收直流母线电压V<!。，根据功率控制器2的输出、电网电压Vgab。和所述 直流母线电压获得用于驱动变流器的驱动信号Sab。。
[0027] 本发明中虚拟同步控制系统可自发地为系统提供无延时的惯性响应，提供动态功 率支撑，与此同时本发明所述虚拟同步控制系统可同时跟踪电网正序电压、负序电压变化， 并在电网电压不对称时消除由电网负序电压产生的负序电流，保障系统的安全与稳定运 行。
[002引图2示出了本发明实施例提供的同步控制器1的控制框图；同步控制器1包括CLA服E变换器11、第一锁相锁幅器12、第一坐标变换器13、第二锁相锁幅器14、第二坐标变 换器15、第一前馈计算器16、第二前馈计算器17、PWM调制发生器18、第一加法器G1、第二 加法器G2、第=加法器G3、第四加法 器G4、第五加法器G5和第六加法器G6 ;第一锁相锁幅 器12的第一输入端作为所述同步控制器1的第一输入端并接收正序电压d轴参考值vis/， 所述第一锁相锁幅器12的第二输入端作为所述同步控制器1的第二输入端并接收正序电 压q轴参考值H；。，，所述第一锁相锁幅器12的第=输入端用于接收第=减法器G3输出电网 正序电压a轴分量Vg"i，所述第一锁相锁幅器12的第四输入端用于接收第四减法器G4输 出电网正序电压0轴分量Vgpi;所述第一坐标变换器13的第一输入端连接至所述第一锁 相锁幅器12的第一输出端，所述第一坐标变换器13的第二输入端连接至所述第一锁相锁 幅器12的第二输出端；所述CLA服E变换器11的输入端作为所述同步控制器1的第五输入 端并接收所述电网电压Vgab。;所述第二锁相锁幅器14的第一输入端作为所述同步控制器1 的第=输入端并接收负序电压d轴参考值'所述第二锁相锁幅器14的第二输入端作为 所述同步控制器1的第四输入端并接收负序电压q轴参考值，所述第二锁相锁幅器14 的第=输入端用于接收第一减法器G1输出电网负序电压a轴分量Vg"2,所述第二锁相锁 幅器14的第四输入端用于接收第二减法器G2输出电网负序电压0轴分量Vgp2;所述第二 坐标变换器15的第一输入端连接至所述第二锁相锁幅器14的第一输出端，所述第二坐标 变换器15的第二输入端连接至所述第二锁相锁幅器14的第二输出端；所述第一前馈计算 器16的第一输入端连接至所述第一锁相锁幅器12的第一输入端并接收正序电压d轴参考 值vl/，所述第一前馈计算器16的第二输入端连接至所述第一锁相锁幅器12的第二输入端 并接收正序电压q轴参考值V;，.。,，所述第一前馈计算器16的第=输入端连接至所述第一锁 相锁幅器12的第二输出端正序电压相位0 +;所述第二前馈计算器17的第一输入端连接至 所述第二锁相锁幅器14的第一输入端，所述第二前馈计算器17的第二输入端连接至所述 第二锁相锁幅器14的第二输入端，所述第二前馈计算器17的第=输入端连接至所述第二 锁相锁幅器14的第二输出端；所述第一加法器G1的第一输入端连接至所述CLA服E变换器 11的第一输出端，所述第一加法器G1的第二输入端连接至所述第一坐标变换器13的第一 输出端，所述第一加法器G1的第=输入端连接至所述第一前馈计算器16的第一输出端；所 述第一加法器G1的输出端连接至所述第二锁相锁幅器14的第=输入端；所述第二加法器 G2的第一输入端连接至所述CLA服E变换器11的第二输出端，所述第二加法器G2的第二 输入端连接至所述第一坐标变换器13的第二输出端，所述第二加法器G2的第=输入端连 接至所述第一前馈计算器16的第二输出端，所述第二加法器G2的输出端连接至所述第二 锁相锁幅器14的第四输入端；所述第=加法器G3的第一输入端连接至所述第二坐标变换 器15的第一输出端，所述第S加法器G3的第二输入端连接至CLA服E变换器11的第一输 出端，所述第=加法器G3的第=输入端连接至第二前馈计算器17的第一输出端，所述第= 加法器G3的输出端连接至所述第一锁相锁幅器12的第S输入端；所述第四加法器G4第一 输入端连接至所述第二坐标变换器15的第二输出端，第二输入端连接至所述CLA服E变换 器11的第二输出端，第=输入端连接至所述第二前馈计算器17的第二输出端，输出端连接 至所述第一锁相锁幅器12的第四输入端；所述第五加法器G5的第一输入端连接至所述第 一坐标变换器13的第一输出端，第二输入端连接至所述第二坐标变换器15的第一输出端； 所述第六加法器G6的第一输入端连接至所述第一坐标变换器13的第二输出端，第二输入 端连接至第二坐标变换器15的第二输出端；所述PWM调制发生器18的第一输入端连接至 所述第五加法器G5的输出端，所述PWM调制发生器18的第二输入端连接至所述第六加法 器G6的输出端，所述PWM调制发生器18的第S输入端作为同步控制器1的第六输入端接 收所述直流母线电压Vd。;所述PWM调制发生器18的数输出端作为同步控制器1的输出端 用于输出驱动信号Sgb。。
[0029] 本发明所述的虚拟同步控制系统是采用两个锁相锁幅环采用交叉禪合连接及功 率指令前馈的方式消除正序、负序电压之间的相互影响，从而保证两个锁相锁幅环分别跟 踪电网正序电压和负序电压。
[0030] 图3示出了第一锁相锁幅器控制框图；第一锁相锁幅器12包括第一PA服变换器 121、第一积分器122、第二积分器123、第一比例系数产生器124、第S积分器125、第四积分 器126、第二比例系数产生器127、第走减法器G7、第八加法器G8和第九加法器G9 ;所述第 一PA服变换器121第一输入端用于第一锁相锁幅器12第一输入信号电网正序电压a轴 分量Vg"i，第二输入端用于接收第一锁相锁幅器12第二输入信号电网正序电压0轴分量 VgM，第立输入端用于接收第九加法器G9输出端0 +;所述第一积分器122输入端连接至所 述第一PA服变换121第二输出端；所述第二积分器123输入端连接至所述第一积分器122 ; 所述第一比例系数产生器124输入端连接至所述第一积分器122输出端；所述第=积分器 125输入端连接至所述第走减法器G7的输出端；所述第四积分器126输入端连接至所述第 =积分器125的输出端；所述第二比例系数产生器127输入端连接至所述第=积分器125 输出端；所述第走减法器G7第一输入端连接至所述第一PA服变换器第一输出端，所述第走 减法器G7第二输入端连接至所述第八加法器G8输出端，所述第走减法器G7输出端连接至 所述第=积分器125的输入端；所述第八加法器G8第一输入端连接至所述第四积分器126 的输出端，所述第八加法器G8第二输入端连接至所述第二比例系数产生器127的输出端， 所述第八加法器G8的输出端连接至第走减法器G7的第二输入端，所述第八加法器G8的输 出端e+作为第一锁相锁幅器12第一输出端；所述第九加法器G9的第一输入端连接至所 述第二积分器123的输出端，所述第九加法器G9的第二输入端连接至所述第一比例系数产 生器124的输出端，所述第九加法器G9的输出端连接至第一PA服变换器121第S输入端， 所述第八加法器G8的输出端A+作为第一锁相锁幅器12第二输出端。
[0031] 图4示出了本发明实施例提供的第二锁相锁幅器控制框图；第二锁相锁幅器14包 括第二PA服变换器141、第五积分器142、第六积分器143、第S比例系数产生器144、第走 积分器145、第八积分器146、第四比例系数产生器147、第十加法器610、第^ 加法器G11 和第十二加法器G12 ;所述第二PA服变换器141第一输入端用于第二锁相锁幅器14第一 输入信号电网负序电压a轴分量Vg。,，第二输入端用于接收第二锁相锁幅器14第二输入 信号电网负序电压0轴分量Vgp2,第=输入端连接至第九加法器G12输出端所述第五 积分器142输入端连接至第二PA服变换141第二输出端；所述第六积分器143输入端连 接至第五积分器142 ;第S比例系数产生器144输入端连接至第五积分器142输出端；第走 积分器145输入端连接至所述第走减法器G10的输出端；第八积分器146输入端连接至所 述第走积分器145的输出端；第四比例系数产生器147输入端连接至所述第走积分器145 输出端；第十减法器G10第一输入端连接至第二PA服变换器141第一输出端，第十减法器 G10第二输入端连接至第十一加法器G11输出端，第十减法器G10输出端连接至第走积分器 145的输入端；第十二加法器G12第一输入端连接至第六积分器143的输出端，第十二加法 器G12第二输入端连接至第S比例系数产生器144的输出端，第十二加法器G12的输出端 连接至第十减法器G10的第二输入端，第十二加法器G12的输出端0-作为第一锁相锁幅器 14第一输出端；第十一加法器G11的第一输入端连接至第八积分器146的输出端，第十一 加法器Gll的第二输入端连接至第四比例系数产生器147的输出端，第十一加法器Gll的 输出端连接至第一 ？4服变换器141第^输入端，第^^一加法器G11的输出端A+作为第二 锁相锁幅器14第二输出端。
[0032] 本发明所述锁相锁幅环可根据电网直接得到变流器输出电压的幅值和相位，保证 内电势输出电压与电网电压同步；采用所述锁相锁幅环无需采集变流器的瞬时功率，在启 动阶段无需辅助控制，可直接驱动变流器输出电压与电网同期，控制结构简单。
[0033] 图5示出了第一前馈计算器控制框图；第一前馈计算器16包括第一余弦函数发生 器161、第一正弦函数发生器162、第一乘法器163、第二乘法器164、第S乘法器165、第四乘 法器166、第十S加法器G13和第十四加法器G14 ;第一余弦函数发生器161输入端用于接 收第一前馈计算器16的第=输入信号正序电压相位0 +;第一正弦函数发生器162输入端 用于接收所述第一前馈计算器16的第=输入信号正序电压相位0 +;第一乘法器163第一 输入端用于接收第一前馈计算器16的第一输入信号正序电压d轴参考值1;;,,，第一乘法器 163第二输入端连接至第一余弦函数发生器161的 输出端；第二乘法器164第一输入端用 于接收所述第一前馈计算器16的第二输入信号正序电压q轴参考值^"^，第二乘法器164 第二输入端连接至第一正弦函数发生器162的输出端；第=乘法器165第一输入端用于接 收第一前馈计算器16的第二输入信号正序电压q轴参考值;第=乘法器165第二输入 端连接至第一余弦函数发生器161的输出端；第四乘法器166第一输入端用于接收第一前 馈计算器16的第一输入信号正序电压d轴参考值;第四乘法器166第二输入端连接至 第一正弦函数发生器162的输出端；第十=减法器G13第一输入端连接至第一乘法器163 输出端，第十=减法器G13第二输入端连接至第二乘法器164输出端，第十=减法器G13输 出端作为第一前馈计算器16的第一输出端;第十四加法器G14第一输入端连接至第= 乘法器165输出端，第十四加法器G14第二输入端连接至第四乘法器166输出端，第十四加 法器G14输出端作为第一前馈计算器16的第二输出端。
[0034] 图6为本发明实施例提供的第二前馈计算器的控制框图。第二前馈计算器17包 括第二余弦函数发生器161、第二正弦函数发生器162、第五乘法器163、第六乘法器164、 第走乘法器165、第八乘法器166、第十五加法器G13和第十六加法器G14 ;第二余弦函数发 生器171输入端用于接收第二前馈计算器17的第S输入信号负序电压相位0 第二正弦 函数发生器172输入端用于接收第二前馈计算器17的第S输入信号负序电压相位第 五乘法器173第一输入端用于接收第二前馈计算器17的第一输入信号负序电压d轴参考 值，第五乘法器173第二输入端连接至第二余弦函数发生器171的输出端；第六乘法器 174第一输入端用于接收第二前馈计算器17的第二输入信号负序电压q轴参考值V.,,。，第六 乘法器174第二输入端连接至第二正弦函数发生器172的输出端；第走乘法器175第一输 入端用于接收第二前馈计算器17的第二输入信号负序电压q轴参考值V。.；第走乘法器175 第二输入端连接至第二余弦函数发生器171的输出端；第八乘法器176第一输入端用于接 收第二前馈计算器17的第一输入信号负序电压d轴参考值Vib,;第八乘法器176第二输入 端连接至第二正弦函数发生器172的输出端；第十五减法器G15第一输入端连接至第五乘 法器173输出端，第十五减法器G15第二输入端连接至第六乘法器174输出端，第十五减法 器G15输出端作为第二前馈计算器17的第一输出端;第十六加法器G16第一输入端连 接至第走乘法器175输出端，第十六加法器G16第二输入端连接至第八乘法器176输出端， 第十六加法器G16输出端作为第一前馈计算器17的第二输出端v'pw。
[00巧]本发明中采用前馈控制器是为避免第一锁相锁幅环静态工作点与第二锁相锁幅 环静态工作点的相互影响，保障锁相锁幅环检测电网电压的精度。
[0036] 本发明还提供了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制方法，具体包括下 述步骤：
[0037] S1 ;采集电网电压Vgab。、电网电流igabe和直流母线电压Vdc;
[00測S2 ;对所述电网电压Vgab进行CLARKE变换，获得a轴电网电压Vg。和0轴电网 电压Vgp;对所述电网电流igab进行CLARKE变换，得a轴电网电流ig。、P轴电网电流分 量ige;并根据所述a轴电网电压Vg。和0轴电网电压VgpW及所述a轴电网电流ig。、 0轴电网电流igp得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q;
[0039] S3 ;根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时无功功率Q、变流器的有功功率参考值Puf 和变流器的无功功率参考值Qtrf得正序电压d轴参考值vL/、正序电压q轴参考值、;和负 序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值;
[0040] S4 ;根据所述电网电压Vgab。，所述正序电压d轴参考值叫。，、正序电压q轴参考值 V：。:/，所述负序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值V。/和所述直流母线电压Vd。获得驱 动信号Sab。，并驱动所述变流器W实现电网电压不对称下的同步控制。并网变流器采用本发 明所述的方法，无需复杂的正负序分解且无需正负序电流控制起，不仅能保持虚拟同步控 制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功率支撑，而且还有效抑制电网 电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障虚拟同步控制变流器的安全、稳定运行及电 网友好性。
[0041] 其中，步骤S4具体为；
[004引 S41 ;将a轴电网电压Vg。与a轴负序控制电压V;。及a轴负序前馈电压作 差，获得电网正序电压a轴分量Vgai;将0轴电网电压Vgp与0轴负序控制电压及0 轴负序前馈电压屯《/作差，获得电网正序电压0轴分量Vgpi;
[004引S42 ;将所述电网正序电压a轴分量Vg"i、所述电网正序电压0轴分量Vgp及所 述正序电压d轴参考值咳6/、所述正序电压q轴参考值Vg+r。/经过锁相锁幅处理，得到正序控制 电压幅值A+和相位0 +;
[0044] S43 ;将正序控制电压幅值A+和相位0 +，经过极坐标到直角坐标的变换，得a轴 正序控制电压<。、0轴正序控制电压^^口 ；
[004引S44 ;将a轴电网电压Vg。与a轴正序控制电压V及a轴正序前馈电压作 差，得电网负序电压a轴分量Vga2;将0轴电网电压Vgp与0轴正序控制电压Vg+p及0轴 正序前馈电压吃作差，得电网负序电压0轴分量Vgp2;
[0046] S45 ;将电网负序电压a轴分量Vg"2、电网负序电压0轴分量Vgp2及负序电压d 轴参考值、负序电压q轴参考值V-/，经锁相锁幅处理，得负序控制电压幅值yr和相位 0-;
[0047]S46 ;将负序控制电压幅值A郑相位0屬过极坐标到直角坐标的变换，得a轴负 序控制电压、0轴负序控制电压VgP;
[0048]S47 ;根据所述正序电压d轴参考值、正序电压q轴参考值和正序控制电压 相位0+，计算a轴正序前馈Cf/、0轴正序前馈嗦根据所述负序电压d轴参考值 负序电压q轴参考值和负序控制电压相位0^，计算a轴负序前馈t'nw、0轴负序前馈 V阿. 9
[004引S48 ;将a轴正序控制电压和a轴负序控制电压V求和，得a轴控制电压 V。。;将0轴正序控制电压和0轴负序控制电压求和，得0轴控制电压Vtp;
[0050] S49 ;将a轴控制电压V。。、0轴控制电压Vep和直流母线电压Vd為PWM调制后 获得用于驱动变流器的开关信号Sab。。
[0051] 并网变流器采用本发明所述的方法，无需复杂的正负序分解且无需正负序电流控 制起，不仅能保持虚拟同步控制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功 率支撑，而且还有效抑制电网电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障虚拟同步控制 变流器的安全、稳定运行及电网友好性。
[0052] 图9为采用功率同步控制和本发明所述同步控制器的仿真效果图。从图中可看 出，在电网电压中含有2%负序电压时，采用了本发明所述同步控制系统能有效的消除变流 器输出的负序电流，从而减小变流器输出的总电流，并能有效抑制变流器输出功率的波动； 而采用功率同步控制的变流器由于负序电压引起了较大的负序电流，导致变流器输出电流 过大，本仿真中并网采取处置手段，但在实际运行系统中会造成变流器烧毁甚至威胁到整 个电网的安全与稳定运行。本发明利用两个锁相锁幅器构成新型的同步控制器。现有虚 拟同步控制方法根据瞬时功率来同步，在启动、合闽前，变流器输出瞬时功率为0,无法通过 功率同步，因此需附加启动同步控制，而采用本发明所述的同步控制器能直接控制变流器 输出电压与电网电压同步，使得变流器启动过程方便、简单、快捷。另外，在电网电压不对 称时，采用本发明所述同步控制器可控制变流器输出负序电压来抵消电网电压中的负序分 量，进而消除变流器输出的负序电流并抑制有功、无功功率的2倍频脉动，保障变流器在电 网电压不对称时安全、稳定运行。
[0053] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统，其特征在于，包括同步控制器 (1)、功率控制器（2)和瞬时功率计算器（3); 所述瞬时功率计算器（3)的第一输入端用于接收电网电压Vgab。，所述瞬时功率计算器 (3)的第二输入端用于接收电网电流igab。，根据所述电网电压Vgab。和所述电网电流i gab。获 得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q ; 所述功率控制器（2)的第一输入端与所述瞬时功率计算器（3)的第一输出端连接，所 述功率控制器（2)的第二输入端与所述瞬时功率计算器（3)的第二输出端连接，所述功率 控制器（2)的第三输入端用于接收变流器的有功功率参考值PMf，所述功率控制器（2)的第 四输入端用于接收变流器的无功功率参考值QMf，根据所述瞬时有功功率P 、所述瞬时无功 功率Q、所述有功功率参考值PMf和所述无功功率参考值QMf获得正序电压d轴参考值、 正序电压q轴参考值1W、负序电压d轴参考值4?/、负序电压q轴参考值; 所述同步控制器（1)的第一输入端连接至所述功率控制器（2)的第一输出端，所述同 步控制器（1)的第二输入端连接至所述功率控制器（2)的第二输出端，所述同步控制器（1) 的第三输入端连接至所述功率控制器（2)的第三输出端，所述同步控制器（1)的第四输入 端连接至所述功率控制器（2)的第四输出端，所述同步控制器（1)的第五输入端用于接收 所述电网电压Vgab。，所述同步控制器（1)的第六输入端用于接收直流母线电SVd。，根据所 述功率控制器（2)的输出、所述电网电压Vgab。和所述直流母线电SVd。获得用于驱动变流器 的驱动信号Sab。。2. 如权利要求1所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述同步控制器（1)包括 CLARKE变换器（11)、第一锁相锁幅器（12)、第一坐标变换器（13)、第二锁相锁幅器（14)、第 二坐标变换器（15)、第一前馈计算器（16)、第二前馈计算器（17)、PWM调制发生器（18)、第 一加法器G1、第二加法器G2、第三加法器G3、第四加法器G4、第五加法器G5和第六加法器 G6 ； 所述第一锁相锁幅器（12)的第一输入端作为所述同步控制器（1)的第一输入端并接 收正序电压d轴参考值所述第一锁相锁幅器（12)的第二输入端作为所述同步控制器 (1)的第二输入端并接收正序电压q轴参考值'，所述第一锁相锁幅器（12)的第三输入 端用于接收第三减法器G3输出电网正序电压α轴分量Vgal，所述第一锁相锁幅器（12)的 第四输入端用于接收第四减法器G4输出电网正序电压β轴分量vgM; 所述第一坐标变换器（13)的第一输入端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第一输出 端，所述第一坐标变换器（13)的第二输入端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第二输出 端； 所述CLARKE变换器（11)的输入端作为所述同步控制器（1)的第五输入端并接收所述 电网电压vgab。； 所述第二锁相锁幅器（14)的第一输入端作为所述同步控制器（1)的第三输入端并接 收负序电压d轴参考值，所述第二锁相锁幅器（14)的第二输入端作为所述同步控制器 (1)的第四输入端并接收负序电压q轴参考值4<，所述第二锁相锁幅器（14)的第三输入 端用于接收第一减法器Gl输出电网负序电压α轴分量Vga2，所述第二锁相锁幅器（14)的 第四输入端用于接收第二减法器G2输出电网负序电压β轴分量Vgfi2; 所述第二坐标变换器（15)的第一输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第一输出 端，所述第二坐标变换器（15)的第二输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第二输出 端； 所述第一前馈计算器（16)的第一输入端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第一输 入端并接收正序电压d轴参考值ν',,,,,，所述第一前馈计算器（16)的第二输入端连接至所述 第一锁相锁幅器（12)的第二输入端并接收正序电压q轴参考值，所述第一前馈计算器 (16)的第三输入端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第二输出端正序电压相位Θ+; 所述第二前馈计算器（17)的第一输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第一输入 端，所述第二前馈计算器（17)的第二输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第二输入 端，所述第二前馈计算器（17)的第三输入端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第二输出 端； 所述第一加法器Gl的第一输入端连接至所述CLARKE变换器（11)的第一输出端，所述 第一加法器Gl的第二输入端连接至所述第一坐标变换器（13)的第一输出端，所述第一加 法器Gl的第三输入端连接至所述第一前馈计算器（16)的第一输出端；所述第一加法器Gl 的输出端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第三输入端； 所述第二加法器G2的第一输入端连接至所述CLARKE变换器（11)的第二输出端，所述 第二加法器G2的第二输入端连接至所述第一坐标变换器（13)的第二输出端，所述第二加 法器G2的第三输入端连接至所述第一前馈计算器（16)的第二输出端，所述第二加法器G2 的输出端连接至所述第二锁相锁幅器（14)的第四输入端； 所述第三加法器G3的第一输入端连接至所述第二坐标变换器（15)的第一输出端，所 述第三加法器G3的第二输入端连接至CLARKE变换器（11)的第一输出端，所述第三加法器 G3的第三输入端连接至第二前馈计算器（17)的第一输出端，所述第三加法器G3的输出端 连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第三输入端； 所述第四加法器G4第一输入端连接至所述第二坐标变换器（15)的第二输出端，第二 输入端连接至所述CLARKE变换器（11)的第二输出端，第三输入端连接至所述第二前馈计 算器（17)的第二输出端，输出端连接至所述第一锁相锁幅器（12)的第四输入端； 所述第五加法器G5的第一输入端连接至所述第一坐标变换器（13)的第一输出端，第 二输入端连接至所述第二坐标变换器（15)的第一输出端； 所述第六加法器G6的第一输入端连接至所述第一坐标变换器（13)的第二输出端，第 二输入端连接至第二坐标变换器（15)的第二输出端； 所述PWM调制发生器（18)的第一输入端连接至所述第五加法器G5的输出端，所述PWM 调制发生器（18)的第二输入端连接至所述第六加法器G6的输出端，所述PWM调制发生器 (18)的第三输入端作为同步控制器（1)的第六输入端接收所述直流母线电压Vd。;所述PWM 调制发生器（18)的数输出端作为同步控制器（1)的输出端用于输出驱动信号Sab。。3.如权利要求1或2所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，第一锁相锁幅器（12) 包括第一 PARK变换器（121)、第一积分器（122)、第二积分器（123)、第一比例系数产生器 (124)、第三积分器（125)、第四积分器（126)、第二比例系数产生器（127)、第七减法器G7、 第八加法器G8和第九加法器G9 ; 所述第一 PARK变换器（121)第一输入端用于第一锁相锁幅器（12)第一输入信号电网 正序电压α轴分量Vgal，第二输入端用于接收第一锁相锁幅器（12)第二输入信号电网正 序电压β轴分量vgM，第三输入端用于接收第九加法器G9输出端Θ+; 所述第一积分器（122)输入端连接至所述第一 PARK变换（121)第二输出端； 所述第二积分器（123)输入端连接至所述第一积分器（122); 所述第一比例系数产生器（124)输入端连接至所述第一积分器（122)输出端； 所述第三积分器（125)输入端连接至所述第七减法器G7的输出端； 所述第四积分器（126)输入端连接至所述第三积分器（125)的输出端； 所述第二比例系数产生器（127)输入端连接至所述第三积分器（125)输出端； 所述第七减法器G7第一输入端连接至所述第一 PARK变换器第一输出端，所述第七减 法器G7第二输入端连接至所述第八加法器G8输出端，所述第七减法器G7输出端连接至所 述第三积分器（125)的输入端； 所述第八加法器G8第一输入端连接至所述第四积分器（126)的输出端，所述第八加法 器G8第二输入端连接至所述第二比例系数产生器（127)的输出端，所述第八加法器G8的 输出端连接至第七减法器G7的第二输入端，所述第八加法器G8的输出端Θ +作为第一锁 相锁幅器（12)第一输出端； 所述第九加法器G9的第一输入端连接至所述第二积分器（123)的输出端，所述第九加 法器G9的第二输入端连接至所述第一比例系数产生器（124)的输出端，所述第九加法器G9 的输出端连接至第一 PARK变换器（121)第三输入端，所述第八加法器G8的输出端A+作为 第一锁相锁幅器（12)第二输出端。4.如权利要求1-3任一项所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，第二锁相锁幅器 (14)包括第二PARK变换器（141)、第五积分器（142)、第六积分器（143)、第三比例系数产 生器（144)、第七积分器（145)、第八积分器（146)、第四比例系数产生器（147)、第十加法器 G10、第^^一加法器Gll和第十二加法器G12 ; 所述第二PARK变换器（141)第一输入端用于第二锁相锁幅器（14)第一输入信号电网 负序电压a轴分量Vga2，第二输入端用于接收第二锁相锁幅器（14)第二输入信号电网正 序电压β轴分量vgP2，第三输入端连接至第九加法器G12输出端 所述第五积分器（142)输入端连接至所述第二PARK变换（141)第二输出端； 所述第六积分器（143)输入端连接至所述第五积分器（142); 所述第三比例系数产生器（144)输入端连接至所述第五积分器（142)输出端； 所述第七积分器（145)输入端连接至所述第七减法器GlO的输出端； 所述第八积分器（146)输入端连接至所述第七积分器（145)的输出端； 所述第四比例系数产生器（147)输入端连接至所述第七积分器（145)输出端； 所述第十减法器GlO第一输入端连接至所述第二PARK变换器（141)第一输出端，所述 第十减法器GlO第二输入端连接至所述第十一加法 器Gll输出端，所述第十减法器GlO输 出端连接至所述第七积分器（145)的输入端； 所述第十二加法器G12第一输入端连接至所述第六积分器（143)的输出端，所述第 十二加法器G12第二输入端连接至所述第三比例系数产生器（144)的输出端，所述第十二 加法器G12的输出端连接至第十减法器GlO的第二输入端，所述第十二加法器G12的输出 端乍为第一锁相锁幅器（14)第一输出端； 所述第十一加法器Gll的第一输入端连接至所述第八积分器（146)的输出端，所述 第十一加法器Gll的第二输入端连接至所述第四比例系数产生器（147)的输出端，所述第 十一加法器Gll的输出端连接至第一 PARK变换器（141)第三输入端，所述第^^一加法器 Gll的输出端A+作为第二锁相锁幅器（14)第二输出端。5. 如权利要求1-4任一项所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述第一前馈计算 器（16)包括第一余弦函数发生器（161)、第一正弦函数发生器（162)、第一乘法器（163)、第 二乘法器（164)、第三乘法器（165)、第四乘法器（166)、第十三加法器G13和第十四加法器 G14 ； 所述第一余弦函数发生器（161)输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第三输 入信号正序电压相位Θ+; 所述第一正弦函数发生器（162)输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第三输 入信号正序电压相位Θ+; 所述第一乘法器（163)第一输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第一输入信 号正序电压d轴参考值，所述第一乘法器（163)第二输入端连接至所述第一余弦函数发 生器（161)的输出端； 所述第二乘法器（164)第一输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第二输入信 号正序电压q轴参考值，所述第二乘法器（164)第二输入端连接至所述第一正弦函数发 生器（162)的输出端； 所述第三乘法器（165)第一输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第二输入信 号正序电压q轴参考值 <,，，所述第三乘法器（165)第二输入端连接至所述第一余弦函数发 生器（161)的输出端 所述第四乘法器（166)第一输入端用于接收所述第一前馈计算器（16)的第一输入信 号正序电压d轴参考值所述第四乘法器（166)第二输入端连接至所述第一正弦函数发 生器（162)的输出端； 所述第十三减法器G13第一输入端连接至所述第一乘法器（163)输出端，所述第十三 减法器G13第二输入端连接至所述第二乘法器（164)输出端，所述第十三减法器G13输出 端作为所述第一前馈计算器（16)的第一输出端; 所述第十四加法器G14第一输入端连接至所述第三乘法器（165)输出端，所述第十四 加法器G14第二输入端连接至所述第四乘法器（166)输出端，所述第十四加法器G14输出 端作为所述第一前馈计算器（16)的第二输出端V^,。6. 如权利要求2所述的虚拟同步控制系统，其特征在于，所述第二前馈计算器（17)包 括第二余弦函数发生器（161)、第二正弦函数发生器（162)、第五乘法器（163)、第六乘法器 (164)、第七乘法器（165)、第八乘法器（166)、第十五加法器G13和第十六加法器G14 ; 所述第二余弦函数发生器（171)输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第三输 入信号负序电压相位 所述第二正弦函数发生器（172)输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第三输 入信号负序电压相位 所述第五乘法器（173)第一输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第一输入信 号负序电压d轴参考值v#f/，所述第五乘法器（173)第二输入端连接至所述第二余弦函数发 生器（171)的输出端； 所述第六乘法器（174)第一输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第二输入信 号负序电压q轴参考值Λ?/，所述第六乘法器（174)第二输入端连接至所述第二正弦函数发 生器（172)的输出端； 所述第七乘法器（175)第一输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第二输入信 号负序电压q轴参考值;所述第七乘法器（175)第二输入端连接至所述第二余弦函数发 生器（171)的输出端 所述第八乘法器（176)第一输入端用于接收所述第二前馈计算器（17)的第一输入信 号负序电压d轴参考值VW ;所述第八乘法器（176)第二输入端连接至所述第二正弦函数发 生器（172)的输出端； 所述第十五减法器G15第一输入端连接至所述第五乘法器（173)输出端，所述第十五 减法器G15第二输入端连接至所述第六乘法器（174)输出端，所述第十五减法器G15输出 端作为所述第二前馈计算器（17)的第一输出端 所述第十六加法器G16第一输入端连接至所述第七乘法器（175)输出端，所述第十六 加法器G16第二输入端连接至所述第八乘法器（176)输出端，所述第十六加法器G16输出 端作为所述第一前馈计算器（17)的第二输出端Vfw。7. -种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制方法，其特征在于，包括下述步骤： Sl :采集电网电压Vgab。、电网电流igab。和直流母线电压V d。； S2:对所述电网电压Vgab。进行CLARKE变换，获得α轴电网电压Vga和β轴电网电压 Vgfi;对所述电网电流i gab。进行CLARKE变换，获得a轴电网电流i ga和β轴电网电流分量 igP;并根据所述a轴电网电压Vga、β轴电网电压Vgp、所述a轴电网电流i ga和所述β 轴电网电流igP获得瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q ; 53 :根据所述瞬时有功功率P、所述瞬时无功功率Q、变流器的有功功率参考值PMf和变 流器的无功功率参考值QMf得正序电压d轴参考值、v〗re/、正序电压q轴参考值vk和负序电 压d轴参考值心、负序电压q轴参考值v_/ ; 54 :根据所述电网电压Vgab。，所述正序电压d轴参考值、正序电压q轴参考值， 所述负序电压d轴参考值、负序电压q轴参考值和所述直流母线电压Vd。获得驱动 信号Sab。，并驱动所述变流器以实现电网电压不对称下的同步控制。8. 如权利要求7所述的虚拟同步控制方法，其特征在于，步骤S4具体为： S41 :将α轴电网电压Vga与α轴负序控制电压心及α轴负序前馈电压。作差，获 得电网正序电压a轴分量vgal;将β轴电网电压Vgfi与β轴负序控制电压及β轴负 序前馈电压1W/作差，获得电网正序电压β轴分量Vgfil; S42:将所述电网正序电压a轴分量Vgal、所述电网正序电压β轴分量vgM及所述正 序电压d轴参考值、所述正序电压q轴参考值经过锁相锁幅处理，得到正序控制电 压幅值A+和相位Θ +; S43:将正序控制电压幅值A+和相位Θ +，经过极坐标到直角坐标的变换，得a轴正序 控制电压1i、β轴正序控制电压 S44:将α轴电网电压Vga与α轴正序控制电压V;,,及α轴正序前馈电压（,作差，得 电网负序电压a轴分量Vga2;将β轴电网电压Vgfi与β轴正序控制电压及β轴正序 前馈电压4,/作差，得电网负序电压β轴分量Vgfi2; S45:将电网负序电压a轴分量Vga2、电网负序电压β轴分量VgP2及负序电压d轴参 考值v**/、负序电压q轴参考值^,经锁相锁幅处理，得负序控制电压幅值AlP相位Θ、 546 :将负序控制电压幅值f和相位Θ -经过极坐标到直角坐标的变换，得a轴负序控 制电压4、β轴负序控制电压、； 547 :根据所述正序电压d轴参考值 、正序电压q轴参考值和正序控制电压相位 Θ +，计算a轴正序前馈β轴正序前馈根据所述负序电压d轴参考值^:,、负序电 压q轴参考值和负序控制电压相位Θ、计算a轴负序前馈>'_、β轴负序前馈vP; S48:将a轴正序控制电压'和α轴负序控制电压Vga求和，得α轴控制电压V。。;将 β轴正序控制电压和β轴负序控制电压Vtf求和，得β轴控制电压 S49:将a轴控制电压'α、β轴控制电压"和直流母线电压Vd。经PWM调制后获得 用于驱动变流器的开关信号Sab。。
【专利摘要】本发明公开了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统及方法，采用双锁相锁幅环交叉耦合结构，直接控制变流器的输出电压与电网同步，从而控制变流器输出功率。本发明采用正序、负序锁相锁幅器实现同步控制器，能分别跟踪电网正、负序电压变化，在电网电压不对称时实现变流器与电网之间的同步。采用本发明的系统和方法可使变流器具有自发地对电网提供无延时的动态功率支撑的能力，并在电网不对称时消除变流器输出的负序电流、抑制有功功率和无功功率的波动，不仅能保持虚拟同步控制的优点，较好的稳定性及自发地为电网提无延时的动态功率支撑，而且还有效抑制电网电压不对称期间变流器输出的负序电流，保障变流器的安全、稳定运行。
【IPC分类】H02J3/26
【公开号】CN104901322
【申请号】CN201510266214
【发明人】尚磊, 胡家兵, 袁小明, 刘刚, 王林
【申请人】国家电网公司, 国网湖北省电力公司, 华中科技大学, 许继集团有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月22日
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