基于锁相环的VSG控制方法、系统和装置与流程

本发明涉及，特别涉及一种基于锁相环的vsg控制方法、系统和装置。

背景技术：

1、分布式电源的大规模发展和并网给电网的稳定运行带来了巨大的挑战，究其本质原因是因为这些通过电力电子器件并网的分布式电源不具备旋转惯量及阻尼特性，因此现有技术为解决上述问题引入了vsg控制策略，vsg控制策略能够通过模拟同步发电机的机械特性以及电磁特性从而使分布式电源换流器具备传统同步发电机的惯量及阻尼特性，从而改善分布式电源换流器控制的暂态过程，为系统提供惯量支撑，进而。然而，在传统vsg控制方式中，由于是通过控制系统自身的vsg惯性单元产生控制过程中频率和相位，此类设计结构导致控制系统难以并入电网系统中，同时由于vsg惯性单元产生的频率和相位与电网系统的频率和相位不匹配，使控制系统出现不可避免的无功功率和有功功率耦合的情况；此外，此类传统vsg系统在进行功率调节时，功率响应指令必须通过传统的vsg惯性环节，导致响应速度较低。因此，亟需一种vsg控制方法，能够克服控制系统自身的vsg惯性单元产生控制过程中频率和相位控制这种控制方式带来的缺陷。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于vsg锁相环方法、系统、装置和介质，能够传统vsg控制方式中存在的缺陷。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于锁相环的vsg控制方法，应用于vsg控制系统，所述vsg控制系统包括vsg惯性单元、虚拟励磁单元、采样变换单元、锁相环、电流环、调制环和受控环；所述受控环通过变流器与电网系统电连接；所述方法包括：

3、所述锁相环获取所述电网系统的实际频率信号和相位信号，并将所述实际频率信号传输至所述vsg惯性单元；

4、所述vsg惯性单元根据所述实际频率信号和所述电网系统的参考频率信号获取有功功率信号，将所述有功功率信号转换为d轴电流参考指令并传输至所述电流环；

5、所述虚拟励磁单元获取所述电网系统的无功功率信号，将所述无功功率信号转换为q轴电流参考指令并传输至所述电流环；

6、所述采样变换单元获取所述电网系统的三相信号，基于所述相位信号对所述三相信号进行dq变换，获得第一反馈信号并传输至所述电流环；

7、所述电流环根据所述d轴电流参考指令、所述q轴电流参考指令和所述第一反馈信号，生成解耦调节信号并传输至所述调制环；

8、所述调制环执行dq反变换将所述解耦调节信号转换为调制波，并将所述调制波搭载在载波上后传输至所述受控环；

9、所述受控环根据所述调制波控制vsg并网输出功率，并根据所述受控环的采样得到第二反馈信号形成闭环回路。

10、在本发明的一些实施例中，所述vsg惯性单元根据所述实际频率信号和所述电网系统的参考频率信号获取有功功率信号，将所述有功功率信号转换为d轴电流参考指令并传输至所述电流环的步骤，包括：

11、所述vsg惯性单元将所述实际频率信号和所述参考频率信号相减，获取第一差值信号；

12、所述vsg惯性单元基于预设的vsg同步功率、vsg虚拟惯量、vsg下垂系数和vsg阻尼系数，对所述第一差值信号进行频率响应处理，获得频率响应功率；

13、将所述频率响应功率与预设的参考功率指令叠加，获得有功功率信号；

14、所述vsg惯性单元根据所述有功功率信号、预设的vsg参考有功功率和所述电网系统的参考电压，获取所述d轴电流参考指令。

15、在本发明的一些实施例中，所述虚拟励磁单元获取所述电网系统的无功功率信号，将所述无功功率信号转换为q轴电流参考指令并传输至所述电流环的步骤，包括：

16、所述虚拟励磁单元获取所述电网系统的实际无功功率，并将所述实际无功功率和预设的参考无功功率相减，获得无功功率信号；

17、所述虚拟励磁单元根据预设的vsg下垂系数对所述无功功率信号进行无功下垂处理，得到第一无功电流；

18、所述虚拟励磁单元将所述第一无功电流转换为所述q轴电流参考指令并传输至所述电流环。

19、在本发明的一些实施例中，所述采样变换单元获取所述电网系统的三相信号，基于所述相位信号对所述三相信号进行dq变换，获得第一反馈信号并传输至所述电流环的步骤，包括：

20、所述采样变换单元从所述电网系统获取所述三相信号，其中，所述三相信号包括电压矢量信号和电流矢量信号；

21、所述采样变换单元根据所述相位信号，将所述电压矢量信号通过dq变换转换为直流电压反馈信号和交流电压反馈信号；

22、所述采样变换单元根据所述相位信号，将所述电流矢量信号通过dq变换转换为得到采样有功电流和采样无功电流；

23、所述采样变换单元将所述直流电压反馈信号、所述交流电压反馈信号、所述采样有功电流和所述采样无功电流传输至所述电流环。

24、在本发明的一些实施例中，所述电流环和所述调制环之间还设置有换流器；所述解耦调节信号包括第一解耦信号和第二解耦信号；所述电流环根据所述d轴电流参考指令、所述q轴电流参考指令和所述第一反馈信号，生成解耦调节信号并传输至所述调制环的步骤，包括：

25、所述电流环通过比例积分算法处理所述d轴电流参考指令和所述采样有功电流的差值，获得第一积分信号；

26、所述电流环根据所述第一积分信号、所述直流电压反馈信号和所述采样无功电流，获得所述第一解耦信号；

27、所述电流环通过比例积分算法处理所述q轴电流参考指令和所述采样无功电流的差值，获得第二积分信号；

28、所述电流环根据所述第二积分信号、所述交流电压反馈信号和所述采样有功电流，获得第二解耦信号；

29、所述电流环通过所述换流器将所述第一解耦信号和所述第二解耦信号分别传输至所述调制环。

30、在本发明的一些实施例中，所述电流环通过所述换流器将所述第一解耦信号和所述第二解耦信号传输至所述调制环的步骤之后，包括：

31、所述受控环根据输入的所述第一解耦信号和所述第二解耦信号得到d轴电流反馈信号和q轴电流反馈信号；

32、所述电流环通过所述比例积分算法处理所述d轴电流参考指令和所述受控环输出的d轴电流反馈信号的差值，获得所述第一积分信号；

33、所述电流环通过所述比例积分算法处理所述q轴电流参考指令和所述受控环输出的q轴电流反馈信号的差值，获得所述第二积分信号。

34、在本发明的一些实施例中，所述受控环根据所述调制波控制vsg并网输出功率，并根据所述受控环的采样得到第二反馈信号形成闭环回路的步骤，包括：

35、所述受控环根据所述第一解耦信号获得d轴调节信号，根据所述第二解耦信号获得q轴调节信号；

36、所述受控环根据d轴调节信号和所述q轴调节信号控制vsg的输出功率，并根据电压电流采样计算得到的第二反馈信号形成所述闭环回路。

37、第二方面，本发明实施例提供了一种vsg控制系统，所述vsg控制系统包括vsg惯性单元、虚拟励磁单元、采样变换单元、锁相环、电流环、调制环和受控环；所述受控环通过变流器与电网系统电连接并形成闭合回路；所述系统用于执行上述方面实施例所述的基于锁相环的vsg控制方法。

38、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行上述方面实施例中任一项所述的基于锁相环的vsg控制方法。

39、根据本发明实施例的基于锁相环的vsg控制方法，至少具有如下有益效果：本发明实施例提供了基于锁相环的vsg控制方法，通过锁相环来提供频率和相位，且能够实现传统vsg的频率响应特性，和传统vsg一样为电网提供惯量支撑，解决功率指令响应需经过惯性环节的问题。改进后的vsg控制策略在进行功率调节时，其响应速度比传统vsg更快；且改进后的vsg控制方法有功无功耦合来源于电流控制环节，能够实现完全解耦；改进后的vsg控制方法可以通过电流环对功率进行限制，因此，在特定应用场景中可以对其设置更大的惯量，而不用担心在频率响应过程中，vsg的输出功率超过限制；最后由于锁相环的存在，其在工程实现过程中相对传统vsg更加安全可靠。