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申请/专利权人：湖南大学

摘要：本发明涉及一种基于电压差值与电压角度关系的VSG（虚拟同步机）预同步控制系统及方法，通过建立VSG控制策略，构建包括新能源储能电池、三相全桥逆变器、三相LCL滤波器、断路器、交流电网、负载和VSG预同步控制模块的控制系统；由VSG预同步控制模块，将逆变器输出端电压与电网电压的幅值和相位角度调整为趋于一致，有效实现了孤岛模式和入网模式的平滑切换。本发明利用VSG预同步方法，省去了锁相环的设计，控制更加简单；计算量小且无需非线性计算；同步过程准确、同步速度快，提高了电网稳定性。

主权项：1.一种基于电压差值与电压角度关系的VSG预同步控制系统，所述控制系统包括新能源储能电池、三相全桥逆变器、三相LCL滤波器、断路器、交流电网、负载和VSG预同步控制模块，其特征在于，所述三相全桥逆变器与所述新能源储能电池并联，用于将储能电池的直流电转换为交流电输出，输出交流电通过串联所述三相LCL滤波器后接入交流电网；所述断路器连接所述三相LCL滤波器和交流电网，用于确定所述控制系统运行于并网模式或孤岛模式；所述VSG预同步控制模块，包括功率计算模块、外环有功功率环、外环无功功率环、幅值预同步模块、相角预同步模块、Clark变换模块、内环电压电流级联环、Clark反变换模块和PWM调制模块；所述VSG预同步控制模块连接所述三相全桥逆变器与所述三相LCL滤波器，用于在所述孤岛模式时控制为本地负载提供电力；同步所述三相全桥逆变器输出端与交流电网之间的电压，并在幅值差值和相角差趋于零时，闭合所述断路器进行并网；所述三相全桥逆变器包括三组并联的开关管组件；第一开关管组件包括串联的开关管S11、开关管S21；第二开关管组件包括串联的开关管S12、开关管S22；第三开关管组件包括串联的开关管S13、开关管S23；所述三相LCL滤波器的电感L1、电感L4串联至开关管S11和开关管S21的中点，电感L2、电感L5串联至开关管S12和开关管S22的中点；电感L3、电感L6串联至开关管S13和开关管S23的中点，三个电容Cf分别并联至电感L1和电感L4、电感L2和电感L5、电感L3和电感L6的中点；所述功率计算模块用于采集所述三相全桥逆变器中各开关管组件中点的输出电流、、，以及三相LCL滤波器中各组电感中点的电容电压、、，以得到所述三相全桥逆变器输出端的瞬时有功功率和瞬时无功功率；所述外环有功功率环和外环无功功率环对虚拟同步发电机进行控制使其具备同步发电机的机械转子特性和励磁特性，并生成电压环的电压参考值、、；所述Clark变换模块用于将电压参考值、、和电容电压、、变换到坐标系，得到坐标系下电压参考值、和坐标系下电压瞬时值、；所述内环电压电流级联环用于在坐标系下将对应的参考值、和瞬时值、进行处理，再经过准PR计算后，得到电流环的指令值、；所述Clark变换模块还用于将电流、、进行克拉克变换得到坐标系下的电流瞬时值、；所述内环电压电流级联环还用于对电流环指令值、和坐标系下的电流瞬时值、进行处理，再经过准PR计算得到电压调制波，电压调制波经过Clark反变换和PWM调制后，生成开关管信号，其中i=1,2；j=1,2,3；输入开关管信号至所述三相全桥逆变器，以对所述三相全桥逆变器输出端电压进行调整；所述幅值预同步模块，用于获取电容电压的有效值、、及电网电压的有效值、、；将电容电压和电网电压的三相有效值分别求和后再做差，并将差值经过PI计算后的结果传输至所述外环无功功率环的输出指令中，以使得电网电压和电容电压幅值趋于相等；所述相角预同步模块，用于获取电容电压、、和电网电压、、，并计算各相电压差值的绝对值之和，将该绝对值之和进行PI计算后传输至所述外环有功功率环的角速度输出指令中，以使得所述三相全桥逆变器侧电压相角向电网电压相角靠近直至频率差为零。

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