本發明屬于電網模擬器控制，尤其涉及一種基于廣義二階微分模擬阻抗特性的電網模擬器控制方法。

背景技術：

1、隨著分布式發電系統的滲透率提高，以光伏、風電等為主的新能源發電系統電能質量及電網適應性測試平臺的需求越來越高，其需要通過較長距離的輸配電線路進行并網，此時系統線路阻抗不僅會改變電網的阻抗特性，而且還會影響并網變換器的工作性能。因此，為更加真實地模擬實際電網的情況以及檢測并單機系統線路阻抗的模擬功能，電網模擬器運用線路阻抗模擬的功能來進行模擬實驗是很有意義的。

2、目前，已有的研究中有阻抗的模擬有兩種思路：在控制中引入虛擬阻抗，調整虛擬阻抗參數來模擬阻抗，另一種思路是對主電路拓撲進行改進，在電路中引入有源變換器，使其模擬阻抗，如中國發明專利申請公開文獻《基于起始阻抗角的逆變器系統線路阻抗模擬方法》(公布號cn?109787280a)、《串聯有源h橋變換器的弱電網模擬器及線路阻抗模擬方法》(公布號cn117239825a)和《具有傳輸線路阻抗寬頻域模擬功能的電網模擬器控制方法》(公布號cn?118068125a)，其中：

3、2019年5月21日公開的《基于起始阻抗角的逆變器系統線路阻抗模擬方法》由起始阻抗角方程得到所需模擬的線路阻抗對應的起始阻抗角正弦值和余弦值，再通過線路阻抗模擬方程，實現對逆變器系統線路阻抗的模擬功能，僅對現有逆變器的控制方法進行改進，無需增加額外電力電子設備，降低成本，但該專利控制環路涉及到的積分控制器帶來相位滯后問題；

4、2023年12月5日公開的《串聯有源h橋變換器的弱電網模擬器及線路阻抗模擬方法》通過控制串聯在主拓撲的有源h橋變換器，實現精確模擬線路阻抗的目的，但是該方法阻抗指令基于諧波電流提取控制得到，造成有很多諧波成分；

5、2024年5月24日公開的《具有傳輸線路阻抗寬頻域模擬功能的電網模擬器控制方法》通過傳輸線路模型將參數復雜的傳輸線路構造成分布參數電路模型，模擬線路阻抗精度高，但是傳輸線路模型采用的多階線性逼近方法較復雜，控制性能受參數影響較大。

6、綜上所述，現有技術存在不足之處，具體為：

7、1.控制環路涉及到的積分控制器帶來相位滯后問題；

8、2.現有大部分模擬感性阻抗特性采用傳統微分環節，會造成高頻諧波干擾；

9、3.對電網模擬器模擬線路阻抗特性的控制方法中，動穩定性能及改善措施研究較少。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題為克服上述各種技術方案的局限性，針對積分環節對應相位滯后問題的解決以及諧波補償性能的提升，本發明提出了一種基于廣義二階微分模擬阻抗特性的電網模擬器控制方法。

2、本發明的目的是這樣實現的。本發明提供了一種基于廣義二階微分模擬阻抗特性的電網模擬器控制方法，所述電網模擬器包括3個相同的單相全橋逆變器子模塊，所述單相全橋逆變器子模塊包括直流源、直流側濾波電容、單相全橋逆變器、濾波電感、濾波電容和負載，其中，所述直流側濾波電容并聯在直流源的正負母線之間，單相全橋逆變器的輸入端與直流側濾波電容并聯，輸出端與濾波電容并聯，負載并聯在濾波電容的另一側，濾波電感接在單相全橋逆變器的輸出端與濾波電容正極的連線上；3個單相全橋逆變器子模塊分別獨立控制，且相鄰兩相間輸出相位互差120°；3個單相全橋逆變器子模塊的濾波電容的負極連接到一起，結點記為n0點；3個單相全橋逆變器子模塊的濾波電容的正極作為電網模擬器的三相輸出，該輸出分別模擬電網模擬器的a，b，c相，3個單相全橋逆變器的輸入端并聯后構成電網模擬器的輸入；

3、所述控制方法的步驟如下：

4、步驟1，將三個單相全橋逆變器子模塊中的三個濾波電感、三個濾波電容、三個負載分別視為電網模擬器的三相濾波電感、三相濾波電容和三相負載；采樣流過三相濾波電感的電流并記為橋臂側電感電流ila，ilb，ilc，采樣三相濾波電容處的電壓并記為濾波電容電壓uca，ucbucc，采樣三相負載處的電流并記為負載電流ioa，iob，ioc；對濾波電容電壓uca，ucb，ucc和負載電流ioa，iob，ioc分別進行坐標變換得到濾波電容電壓dq分量ucd，ucq和負載電流dq分量iod，ioq；

5、步驟2，根據步驟1得到的濾波電容電壓dq分量ucd，ucq和負載電流dq分量iod，ioq，計算得到電網模擬器的有功功率p和無功功率q，其表達式分別為：p＝1.5(ucqioq+ucdiod)，q＝1.5(ucdioq-ucqiod)；

6、步驟3，根據步驟2得到的有功功率p、給定的有功功率指令p0和給定的有功功率指令p0時的額定角頻率ω0，經過功角控制方程得到電網模擬器輸出角頻率ω，對ω積分得到電網模擬器控制輸出相位θ；

7、步驟4，根據步驟2得到的無功功率q、給定的無功功率指令q0、給定的無功功率指令q0時的額定電壓u0，得到電網模擬器輸出電壓幅值指令uc_ref，uc_ref＝u0+n(q0-q)，n為無功-電壓下垂系數；

8、步驟5，根據步驟3得到的電網模擬器控制輸出相位θ和步驟4得到的電網模擬器輸出電壓幅值指令uc_ref，通過電壓指令合成方程得到三個單相全橋逆變器子模塊的輸出電壓指令uca_ref，ucb_ref，icc_ref；

9、步驟6，引入廣義二階微分傳遞函數gi(s)，i＝a，b，c；其中，s為拉普拉斯算子，ki為廣義二階微分傳遞函數gi(s)的比例系數，qi為廣義二階微分傳遞函數gi(s)的品質因數，ωi為廣義二階微分傳遞函數gi(s)的角頻率；引入基于廣義二階微分傳遞函數gi(s)的虛擬復阻抗zvi；

10、步驟7，根據步驟6引入的虛擬復阻抗zvi、步驟5得到的輸出電壓指令uca_ref，ucb_ref，ucc_ref、步驟1得到的濾波電容電壓uca，ucb，ucc和負載電流ioa，iob，ioc，通過電壓控制方程得到輸出電流指令信號ia_ref，ib_ref，ic_ref；根據輸出電流指令信號ia_ref，ib_ref，ic_ref、步驟1得到的橋臂側電感電流ila，ilb，ilc和負載電流ioa，iob，ioc、步驟5得到的輸出電壓指令uca_ref，icb_ref，ucc_ref，通過電流控制方程得到控制信號再根據生成三個單相全橋逆變器開關管的pwm控制信號。

11、優選地，步驟3所述功角控制方程為：

12、

13、其中，m為功角控制下垂系數，j為模擬虛擬轉動慣量。

14、優選地，步驟5所述電壓指令合成方程為：

15、uca_ref＝uc_refsin(θ)

16、ucb_ref＝uc_refsin(θ-120°)。

17、ucc_ref＝uc_refsin(θ+120°)

18、優選地，步驟7所述電壓控制方程和電流控制方程分別為：

19、

20、其中，kap1，kbp1，kcp1為與三個單相全橋逆變器對應的第一pi控制器比例系數，kai1，kbi1，kci1為與三個單相全橋逆變器對應的第一pi控制器的積分系數，kap2，kbp2，kcp2為與三個單相全橋逆變器對應的第二pi控制器的比例系數，kai2，kbi2，kci2為與三個單相全橋逆變器對應的第二pi控制器的積分系數。

21、優選地，步驟6所述虛擬復阻抗zvi為含純感性分量的虛擬復阻抗，其表達式為：

22、

23、其中，lva，lvb，lvc為與三個單相全橋逆變器對應的虛擬電感。

24、優選地，步驟6所述虛擬復阻抗zvi為含阻性分量和感性分量的虛擬復阻抗，其表達式為：

25、

26、其中，lva，lvb，lvc為與三個單相全橋逆變器對應的虛擬電感，rva，rvb，rvc為與三個單相全橋逆變器對應的虛擬電阻。

27、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

28、1.本發明中的廣義二階微分函數具有特定頻率范圍的相位超前補償作用，可以彌補積分環節帶來的相位滯后，從而可以提高相角裕度，改善系統的動穩定性能；

29、2.相比于普通微分環節而言，本發明中的廣義二階微分函數在保留了對特定頻率范圍的相位超前補償微分作用的基礎上，又消除了傳統微分函數固有的高頻噪聲放大作用，提高了系統的可靠性；

30、3.本發明采用的基于廣義二階微分模擬線路阻抗的電網模擬器控制方法，其輸出動態性能好，控制速度快。