本發(fā)明屬于基于虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)友好并網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
：：新能源電動(dòng)汽車(chē)能夠有效減少溫室氣體排放，減輕環(huán)境污染，是現(xiàn)階段交通低碳化發(fā)展的重要實(shí)現(xiàn)途徑之一。為應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展與大規(guī)模普及，研究電動(dòng)汽車(chē)友好并網(wǎng)，利用高滲透率的電動(dòng)汽車(chē)充放電容量為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供支撐作用具有重大意義。新能源電動(dòng)汽車(chē)作為一種移動(dòng)式的分布式的儲(chǔ)能系統(tǒng)，一般采用電力電子裝置作為并網(wǎng)接口，其潛在輔助服務(wù)必須被充分挖掘，新能源電動(dòng)汽車(chē)必須向電網(wǎng)提供必要的輔助服務(wù)。應(yīng)用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)充放電控制方法是近年來(lái)提出的一種電動(dòng)汽車(chē)友好并網(wǎng)的解決方案。虛擬同步發(fā)電機(jī)算法通過(guò)模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的外特性，控制電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口像傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣向電網(wǎng)提供慣性和阻尼，降低電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口對(duì)電網(wǎng)的影響，提升電網(wǎng)對(duì)大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)接入的適應(yīng)性。虛擬同步發(fā)電機(jī)是通過(guò)下垂控制和充放電功率指令實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)有功功率和無(wú)功功率的控制，當(dāng)公共連接點(diǎn)電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)沖擊電流，威脅著電動(dòng)汽車(chē)充放電裝置的安全可靠運(yùn)行，電網(wǎng)電壓跌落越嚴(yán)重沖擊電流越大對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充放電裝置造成的影響越嚴(yán)重?，F(xiàn)有的應(yīng)用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)充放電控制方法多是針對(duì)電網(wǎng)電壓正常的工況，鮮有文獻(xiàn)提及應(yīng)用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)充放電在電網(wǎng)電壓跌落或低電壓下的運(yùn)行問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：：本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有基于虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)友好并網(wǎng)方案存在不能根據(jù)電網(wǎng)的電壓跌落狀況改變充放電功率自適應(yīng)的為電網(wǎng)提供電壓補(bǔ)償?shù)娜毕?，提供了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法，包括以下步驟：1)電動(dòng)汽車(chē)充放電裝置的并網(wǎng)接口LC濾波的三相PWM變換器采用虛擬同步發(fā)電機(jī)算法，該算法基于P-f、Q-V的下垂控制形成功率外環(huán)，由充放電的有功功率指令Pref、無(wú)功功率指令Qref和并網(wǎng)接口輸出頻率w、輸出無(wú)功功率q反饋得到并網(wǎng)接口的機(jī)械功率Pm、電壓環(huán)指令E；2)模擬轉(zhuǎn)子機(jī)械方程部分，根據(jù)虛擬同步發(fā)電機(jī)功率外環(huán)的輸出機(jī)械功率Pm與實(shí)際輸出有功功率Pe的差值經(jīng)過(guò)計(jì)算得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率w，并將其求積分獲得并網(wǎng)接口的輸出相角θ；3)電氣方程部分，采用基于dq坐標(biāo)系的電壓和電流雙閉環(huán)控制策略，經(jīng)過(guò)采樣得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的實(shí)際三相輸出電流、并網(wǎng)接口側(cè)電感電流和輸出電壓，將其進(jìn)行坐標(biāo)變換得到輸出電流的dq分量id、iq和電感電流的dq分量ild、ilq以及輸出電壓的dq分量vod、voq；4)在步驟1)和步驟3)的基礎(chǔ)上增加dq坐標(biāo)系下的虛擬阻抗控制，經(jīng)步驟3)采樣得到的輸出電流id、iq流過(guò)虛擬阻抗Rv、Xv產(chǎn)生虛擬壓降vvd、vvq，由步驟1)得到的電壓環(huán)指令E作為dq坐標(biāo)系下的電壓環(huán)d軸指令ed，dq坐標(biāo)系下的電壓環(huán)q軸指令eq等于0，ed、eq分別與虛擬壓降vvd、vvq作差得到電壓環(huán)輸出電壓指令5)由步驟3)電流環(huán)的輸出得到并網(wǎng)接口的dq軸調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到三相靜止坐標(biāo)系下的調(diào)制信號(hào)，坐標(biāo)變換的相角是由步驟2)得到的并網(wǎng)接口輸出相角θ，再經(jīng)過(guò)PWM調(diào)制后得到變流器開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，進(jìn)而用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，引入一個(gè)系數(shù)Kdelta，充放電的有功功率指令Pref與引入的系數(shù)Kdelta相乘得到新的Pref1,Pref1作為P-f下垂控制的有功指令。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)中，輸出頻率w和輸出相角θ的計(jì)算公式如下：2Hwbdδwdt=Pm-PeSb-kdamperwbδw]]>δw＝w-wgrid式中，H為機(jī)械時(shí)間常數(shù)H，kdamper為阻尼系數(shù)，wgrid為電網(wǎng)頻率，wb為基準(zhǔn)頻率和，Sb是額定功率。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)中，經(jīng)采樣和坐標(biāo)變換得到的輸出電流id、iq增加一條通道，讓id、iq經(jīng)過(guò)高通濾波器得到濾波后的id_H、iq_H，具體公式如下：id_H=id*ss+wc_hiq_H=iq*ss+wc_h]]>式中：wc_h為高通濾波器截止頻率，s為積分算子。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)中，利用采樣和坐標(biāo)變換得到的輸出電流id、iq和輸出電壓vod、voq，計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)輸出的有功功率Pe、無(wú)功功率qo，然后分別經(jīng)過(guò)低通濾波器得到濾波后的有功p無(wú)功q，利用p和q進(jìn)行計(jì)算和判斷得到步驟1)中引入的系數(shù)Kdelta，具體公式如下：Pe=1.5(vod*id+voq*iq)qo=1.5(-vod*iq+voq*id)]]>p=Pe*wc_1wc_1+sq=qo*wc_1wc_1+s]]>式中：wc_l為低通濾波器截止頻率。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4)中，虛擬阻抗控制將虛擬阻抗分成兩部分恒定虛擬阻抗Rcv、Xcv和暫態(tài)虛擬電阻ΔRv，虛擬壓降分為兩部分恒定虛擬壓降vcvd、vcvq和暫態(tài)虛擬壓降Δvvd、Δvvq，具體公式如下：vcvd=Rcv*id-Xcv*iqvcvq=Rcv*iq+Xcv*id]]>Δvvd=ΔRv*id_HΔvvq=ΔRv*iq_H]]>vvd=vcvd+Δvvdvvq=vcvq+Δvvq.]]>與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口輸出有功無(wú)功都有一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的超調(diào)振蕩，導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口超過(guò)容量并且達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)輸出也超過(guò)了容量。進(jìn)一步的，在P-f下垂控制的有功指令前引入一個(gè)系數(shù)Kdelta，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，有功指令可以根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落幅度自適應(yīng)調(diào)整，這樣可以最大化利用電動(dòng)汽車(chē)充放電容量補(bǔ)償電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落，提高了電網(wǎng)電壓質(zhì)量，減少有功輸出避免系統(tǒng)超過(guò)容量。進(jìn)一步的，經(jīng)采樣和坐標(biāo)變換得到的輸出電流id、iq增加一條通道，讓id、iq經(jīng)過(guò)高通濾波器得到濾波后的id_H、iq_H，這樣可以得到電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落時(shí)電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口的輸出電流的非周期分量即振蕩電流，為系統(tǒng)抑制沖擊電流提供了通道和信息。進(jìn)一步的，利用電壓電流采樣信號(hào)計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)輸出的有功功率Pe、無(wú)功功率qo，然后分別經(jīng)過(guò)低通濾波器得到濾波后的有功p無(wú)功q，這樣做可以得到電網(wǎng)正常電壓和電壓跌落時(shí)并網(wǎng)接口輸出有功無(wú)功的穩(wěn)態(tài)值，根據(jù)有功無(wú)功的穩(wěn)態(tài)值計(jì)算系數(shù)Kdelta，實(shí)時(shí)計(jì)算有功無(wú)功的穩(wěn)態(tài)值可以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，避免系統(tǒng)在電網(wǎng)正常電壓和電壓跌落時(shí)超過(guò)容量。進(jìn)一步的，增加暫態(tài)虛擬電阻ΔRv，能夠抑制電網(wǎng)電壓跌落時(shí)沖擊電流的周期分量和非周期分量，減小了非周期分量的時(shí)間常數(shù)，抑制沖擊電流對(duì)并網(wǎng)接口硬件電路的沖擊提高其工作壽命。附圖說(shuō)明：圖1為虛擬同步發(fā)電機(jī)P-f下垂控制和轉(zhuǎn)子機(jī)械方程模擬控制框圖；圖2為Q-V下垂控制框圖；圖3為虛擬阻抗控制框圖；圖4為系數(shù)Kdelta計(jì)算框圖以及流程圖，圖4(a)為p、q計(jì)算框圖，圖4(b)為系數(shù)Kdelta計(jì)算流程圖；圖5電壓電流雙閉環(huán)控制框圖；圖6為實(shí)施例電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落時(shí)有功、無(wú)功功率波形；其中，圖6(a)為應(yīng)用本發(fā)明所提方法有功、無(wú)功功率波形，圖6(b)為未加入本發(fā)明所提解耦方法的有功、無(wú)功功率響應(yīng)波形；圖7為實(shí)施例系數(shù)Kdelta計(jì)算結(jié)果；圖8為實(shí)施例中由暫態(tài)虛擬電阻產(chǎn)生的暫態(tài)虛擬壓降。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動(dòng)汽車(chē)電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法，包括以下步驟：1)有功下垂控制和模擬轉(zhuǎn)子機(jī)械方程部分，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的輸出有功功率的參考指令Pref與系數(shù)Kdelta相乘得到實(shí)際輸出有功功率的參考指令Pref1，根據(jù)實(shí)際電動(dòng)汽車(chē)輸出頻率w與指令頻率wref的差值，與下垂系數(shù)mp相乘得到Δp，Pref1減去Δp得到機(jī)械功率Pm，這是P-f下垂控制，模擬了傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻功能，如圖1左側(cè)所示，具體公式如下：Pm＝Pref*Kdelta-mp(w-wref)(1)模擬轉(zhuǎn)子機(jī)械方程部分如圖1右側(cè)所示，通過(guò)機(jī)械時(shí)間常數(shù)H模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，阻尼系數(shù)kdamper模擬阻尼繞組，得到電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口的輸出頻率w，積分后得到輸出相位θ，具體公式如下：2Hwbdδwdt=Pm-PeSb-kdamperwbδw---(2)]]>δw＝w-wgrid(3)式中wgrid為電網(wǎng)頻率，wb為基準(zhǔn)頻率和，Sb是額定功率；2)無(wú)功下垂控制，如圖2所示，Q-V下垂模擬的是傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)調(diào)壓器AVR，無(wú)功反饋q是實(shí)際輸出無(wú)功功率經(jīng)過(guò)低通濾波后的值，具體公式如下：E＝Vref+nq(Qref-q)(4)3)虛擬阻抗控制如圖3所示，dq坐標(biāo)系下的虛擬阻抗作用是虛擬一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口電壓源的內(nèi)阻，本發(fā)明的虛擬阻抗包括兩部分，首先輸出電流流過(guò)恒定虛擬阻抗Rcv、Xcv產(chǎn)生恒定虛擬壓降vcvd、vcvq，該部分虛擬壓降系統(tǒng)無(wú)論暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)都有值，利用這部分虛擬阻抗可以改善系統(tǒng)阻抗比促進(jìn)有功無(wú)功解耦，但是其中虛擬電阻如果太小的話容易導(dǎo)致系統(tǒng)阻尼不足系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以本發(fā)明加入暫態(tài)虛擬電阻ΔRv，首先電動(dòng)汽車(chē)輸出電流經(jīng)過(guò)高通濾波后流過(guò)暫態(tài)虛擬電阻產(chǎn)生暫態(tài)虛擬壓降Δvvd、Δvvq，該部分壓降在暫態(tài)時(shí)有值穩(wěn)態(tài)時(shí)為0，暫態(tài)虛擬電阻能夠抑制因電網(wǎng)電壓跌落產(chǎn)生的沖擊電流；兩部分虛擬壓降之和為vvd、vvq，ed、eq分別與虛擬壓降vvd、vvq作差得到電壓環(huán)輸出電壓指令具體公式如下：vo,d*=ed-vvdvo,q*=eq-vvq---(5)]]>4)系數(shù)Kdelta的計(jì)算，經(jīng)過(guò)采樣得到輸出電壓vod、voq和輸出電流id、iq，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到系數(shù)Kdelta，具體計(jì)算流程圖如圖4所示，首先利用輸出電壓和電流計(jì)算實(shí)際輸出有功Pe和無(wú)功功率qo，然后經(jīng)過(guò)低通濾波器得到濾波后的有功p和無(wú)功q，再進(jìn)行如圖4(b)所示的流程進(jìn)行計(jì)算得到系數(shù)Kdelta；然后進(jìn)行步驟1)P-f下垂控制；5)dq坐標(biāo)系電壓電流雙閉環(huán)控制，如圖5所示，由步驟3)得到的電壓環(huán)輸出指令作為電壓環(huán)的輸入，電壓環(huán)的反饋量是電動(dòng)汽車(chē)輸出電壓即LC濾波器電容上的輸出電壓，電壓環(huán)的輸出作為內(nèi)環(huán)電流環(huán)的指令，電流環(huán)的反饋量是LC濾波器上的電感電流，由電流環(huán)的輸出得到并網(wǎng)接口的dq軸調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換得到三相靜止坐標(biāo)系下的調(diào)制信號(hào)，坐標(biāo)變換的相角是由步驟1)得到的并網(wǎng)接口輸出相角θ，再經(jīng)過(guò)PWM調(diào)制后得到變流器開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，進(jìn)而用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。實(shí)施例：從1s時(shí)電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落32.14％，2s后恢復(fù)到正常電壓，對(duì)比加入本發(fā)明所提虛擬阻抗設(shè)計(jì)和功率指令自適應(yīng)控制方法與不加本發(fā)明所提控制方法的電動(dòng)汽車(chē)充放電功率控制效果。1s時(shí)刻電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落32.14％，2s后恢復(fù)到正常電壓，該工況下電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口輸出有功功率變化、無(wú)功功率波形如圖6所示。加入本發(fā)明所提虛擬阻抗設(shè)計(jì)和功率指令自適應(yīng)控制方法的電動(dòng)汽車(chē)有功無(wú)功波形如圖6(a)所示，在0～1s期間電網(wǎng)電壓為正常值，電動(dòng)汽車(chē)工作在電網(wǎng)有序充放電調(diào)度指令模式下輸出有功5000w無(wú)功0Var，在1s時(shí)刻電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落32.14％，此時(shí)有功無(wú)功都有一個(gè)瞬時(shí)的沖擊，然后經(jīng)過(guò)有功到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出3500w無(wú)功到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出9350Var，在2s時(shí)刻電網(wǎng)電壓又恢復(fù)到正常值，此時(shí)有功無(wú)功都有一個(gè)瞬時(shí)的沖擊，然后有功到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出5000w無(wú)功到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出0Var，電動(dòng)汽車(chē)恢復(fù)到電壓對(duì)稱跌落前電網(wǎng)調(diào)度的指令輸出；圖6(b)所示為不加入本發(fā)明所提方法的有功、無(wú)功響應(yīng)波形，由圖中可以看出當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，有功無(wú)功都有一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的超調(diào)振蕩，導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口超過(guò)容量并且達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)輸出也超過(guò)了容量。因此本發(fā)明所提電網(wǎng)電壓補(bǔ)償控制策略，能夠有效補(bǔ)償電網(wǎng)電壓跌落并且大大減小了沖擊電流對(duì)并網(wǎng)接口的影響。圖7所示為系數(shù)Kdelta的輸出值，從圖中可以看出在電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落前Kdelta等于1，在電網(wǎng)電壓恢復(fù)后Kdelta也等于1，只在電網(wǎng)電壓對(duì)稱跌落2～3s期間Kdelta不等于1，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)充放電的容量Kdelta的值經(jīng)過(guò)0.376s的波動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值0.7；因此本發(fā)明所提功率自適應(yīng)方法并不影響電網(wǎng)電壓正常時(shí)的電動(dòng)汽車(chē)工作狀態(tài)，該策略只在電網(wǎng)電壓發(fā)生對(duì)稱跌落時(shí)起作用，使電動(dòng)汽車(chē)的充放電功率指令自適應(yīng)變化，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)系統(tǒng)以支撐電網(wǎng)電壓為主，剩余容量輸出有功功率指令。圖8所示為由暫態(tài)虛擬電阻產(chǎn)生的dq坐標(biāo)系下的虛擬壓降，由圖中可以看出vvd、vvq只在發(fā)生電網(wǎng)電壓波動(dòng)的暫態(tài)過(guò)程中有值，在穩(wěn)態(tài)時(shí)以及電網(wǎng)電壓正常時(shí)其值均為0；由此可以看出本發(fā)明所提虛擬阻抗設(shè)計(jì)方法在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)以及電網(wǎng)電壓正常時(shí)并不產(chǎn)生虛擬壓降影響功率分配和功率解耦，只在暫態(tài)時(shí)抑制沖擊電流對(duì)電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)接口的損害。綜上，該實(shí)施例證明了本發(fā)明所提基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)償電網(wǎng)電壓控制策略的有效性。實(shí)施例的具體參數(shù)設(shè)置參見(jiàn)表1：表1實(shí)施例參數(shù)當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3