本發明涉及電力電子，尤其涉及一種基于等效電路映射的vsg復合阻尼低頻振蕩抑制方法。
背景技術：
1、以太陽能、風能為代表的可再生能源因其資源豐富、環境友好等優勢，正被大規模開發與利用，并逐步成為未來能源體系的重要支柱。風電、光伏等可再生能源正以前所未有的規模接入電力系統。在新能源滲透率持續提升的背景下，電力系統的穩定支撐來源及其實現方式正發生根本性變化。而在以光伏、風電等新能源發電為主導的電力系統中，由功率半導體器件構成的并網逆變器則承擔了新能源與電網之間的橋梁。
2、傳統電力系統以同步發電機為主體，其轉子所蘊含的機械旋轉慣量以及固有的電磁阻尼特性，能夠在系統遭受負荷擾動或故障沖擊時提供關鍵的慣性響應與阻尼支撐，是維持系統頻率穩定、抑制低頻功率振蕩的重要物理基礎。然而，電力系統中可再生能源的滲透率不斷提高，可再生能源發電單元通常通過電力電子變流器并網，該類裝置不具備機械轉動部件，無法天然提供同步發電機意義上的轉動慣量。目前廣泛應用的跟網型（grid-following，gfl）控制策略以鎖相環（phase-locked?loop，pll）跟蹤電網相位為核心。通過調節有功和無功功率指令實現功率輸出控制，其運行本質屬于依附電網的受控電流源模式，必須依賴外部電網提供穩定的電壓和頻率基準。盡管該控制方式在穩態運行和功率調度方面具有良好性能，但在弱電網或高比例新能源接入條件下，難以主動形成電壓與頻率支撐，也無法有效參與系統慣性響應。
3、隨著同步發電機占比的持續下降，高比例電力電子接口型新能源并網導致電力系統的等效慣量和阻尼水平顯著降低，系統在擾動作用下易出現頻率變化率（rate?ofchange?of?frequency，rocof）增大、頻率偏差加劇以及動態穩定裕度下降等問題，嚴重時甚至可能引發頻率失穩或大規模解列事故。因此，在同步機支撐能力不斷削弱的背景下，亟需探索能夠重構系統穩定機理的新型并網與控制技術，以支撐新型電力系統的安全運行。
4、基于上述需求，構網型（grid-forming，gfm）變流器控制技術應運而生。該類控制策略不再依賴外部電網作為同步參考，而是賦予變流器自主建立電壓幅值與頻率基準的能力，使其以電壓源模式運行，并能夠主動向系統提供慣性與阻尼支撐。在眾多構網型控制方法中，虛擬同步發電機（virtual?synchronous?generator，vsg）控制策略通過在控制層面引入同步發電機的擺動方程，構建虛擬轉動慣量和虛擬阻尼環節，使逆變器在動態特性上呈現出類同步發電機行為。
5、盡管vsg控制通過引入虛擬慣量和虛擬阻尼，使變流器具備類同步發電機的慣性響應能力，從而在一定程度上提升了弱電網條件下的頻率支撐性能，但該優勢往往以犧牲系統動態性能為代價。由于在控制層面引入擺動方程，vsg的有功功率調節過程由原本快速的電力電子動態轉變為受虛擬慣量主導的慢動態過程，導致系統動態響應速度降低，并對控制參數配置更加敏感。在單機并網條件下，vsg通過引入虛擬慣量與阻尼以模擬同步發電機動態，但也可能呈現同步機的部分弊端，尤其當虛擬慣量取值偏大時，系統等效慣量增加、動態響應變緩，出現低頻功率振蕩，且在弱電網條件下更為顯著。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種基于等效電路映射的vsg復合阻尼低頻振蕩抑制方法，解決上述技術問題。
2、為實現上述目的，本發明提供了一種基于等效電路映射的vsg復合阻尼低頻振蕩抑制方法，包括采樣模塊、功率計算模塊、等效電路-功率控制映射模塊、復合阻尼控制模塊、等效電路-功率控制反映射模塊、電壓控制模塊；
3、采樣模塊采集vsg的電信號并完成坐標變換，功率計算模塊基于采集的電信號計算有功、無功功率，等效電路-功率控制映射模塊將vsg有功功率控制環路映射為等效電路模型，復合阻尼控制模塊在等效電路模型中引入復合阻尼網絡，等效電路-功率控制反映射模塊將引入復合阻尼后等效電路模型反映射為有功功率控制環路，電壓控制模塊實現坐標逆變換，生成pwm信號并驅動逆變橋。
4、優選的，采樣模塊用于實時采集三相逆變器并網點處的三相電壓信號和三相電流信號，并通過clark變換將三相電壓、電流信號轉化為兩相電壓、電流信號，如下所示：
5、；
6、；
7、式中， v a、 v b、 v c為abc坐標系下的三相電壓信號， v α 、v β為αβ坐標系下兩相電壓信號， i a、 i b、 i c為abc坐標系下的三相電流信號， i α 、i β為αβ坐標系下兩相電流信號；
8、再通過park變換將αβ坐標系下的電壓電流信號轉化為dq坐標系下的電壓電流信號，如下所示：
9、；
10、；
11、其中， ω為角頻率， v d、 v q為dq坐標系下兩相電壓信號， i d、 i q為dq坐標系下兩相電流信號。
12、優選的，功率計算模塊對采樣模塊中得到的dq坐標系下的電壓電流信號進行功率計算，得到有功功率和無功功率，如下所示：
13、；
14、其中， p為有功功率， q為無功功率。
15、優選的，等效電路-功率控制映射模塊基于有功功率控制環路參數與等效電路參數之間的映射關系，將有功功率控制環路映射為等效電路模型，其中，有功功率控制環路參數與等效電路參數之間的映射關系如下所示：
16、；
17、其中， j為虛擬慣量， d p為阻尼系數， k s為功率傳輸系數，δ ω為角速度偏差， ω0為額定角速度， c為電容值， r為電阻值， l為電感值， i為電流， v為電壓。
18、優選的，等效電路-功率控制映射模塊在構建等效電路模型前，先建立vsg有功功率環小信號模型，再將參考有功功率指令變化等效為電流源 i s擾動，將電網頻率波動等效為電壓源 u s擾動。
19、優選的，復合阻尼控制模塊引入的復合阻尼網絡由裂變電容支路和 rl阻尼支路構成，引入方法為：先將等效電路模型的原等效電容分裂為兩個分裂電容 c1、 c2，并在其中一個分裂電容兩端并聯附加阻尼電阻 r0，形成裂變電容支路，然后在等效電路模型的等效電感 l兩端引入串聯有濾波電感 l f和阻尼電阻 r f的 rl阻尼支路。
20、優選的，復合阻尼網絡采用分層優化的參數定量化設計方法，先整定裂變電容支路的參數 c1、 c2、 r0，再整定 rl阻尼支路的參數 l f、 r f；其中，裂變電容支路參數設計采用頻率補償，將零點布置在截止頻率之前，極點設置在零點的3~5倍處，且截止頻率設為傳統vsg控制的1/3，相位裕度為60°。
21、優選的，通過復合阻尼控制模塊在等效電路模型中引入復合阻尼網絡后，其輸出電流的表達式如下所示：
22、；
23、；
24、其中， io為輸出電流， u s為電網頻率擾動映射的電壓源， i s為功率指令階躍映射的電流源， c1、 c2為分裂電容， l f為 rl支路上的濾波電感， r f為 rl支路上的阻尼電阻， r0為 c2兩端并聯的阻尼電阻。
25、優選的，等效電路-功率控制反映射模塊將引入復合阻尼后的等效電路模型反映射為有功功率控制環路，以獲得電壓幅值和電壓相位，如下所示：
26、。
27、優選的，電壓控制模塊基于電壓幅值和電壓相位，通過反park變換和反clark變換將dq坐標系下的電壓信號轉化為abc坐標系下的電壓信號，最后生成pwm信號，并將pwm信號輸出至三相逆變橋，如下所示：
28、；
29、；
30、其中， v oα、 v oβ為αβ坐標系下兩相輸出電壓信號， v od、 v oq為dq坐標系下兩相輸出電壓信號， v oa、 v ob、 v oc為abc坐標系下的三相輸出電壓信號。
31、因此，本發明采用上述一種基于等效電路映射的vsg復合阻尼低頻振蕩抑制方法，具有的有益效果為：
32、1、可有效解決vsg在參考功率變化及電網頻率波動等多擾動條件下易產生低頻振蕩的問題，并顯著改善暫態阻尼特性。
33、2、裂變電容支路在暫態通過附加阻尼提高阻尼、在穩態不影響穩態輸出功率和頻率偏差。
34、3、 rl阻尼支路改善電壓源擾動通道零極點分布，增強阻尼、降低諧振峰并提高穩定裕度，可有效抑制由電網頻率擾動引起的振蕩。
35、4、通過分層優化實現參數定量化設計，降低整定難度，且結構簡單、工程可實現性強。
36、下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。