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模型簡介

此模型完全復現于《基于自適應虛擬阻抗的光儲并網系統諧波抑制策略》-程靜

此并網系統模型的核心控制為虛擬同步發電機（VSG）控制，采用基于混合廣義積分器的諧波信號提取方法合成虛擬諧阻抗，采用PI控制實現虛擬諧波阻抗自適應變化，可保證VSG逆變器在功率指令變化前后都擁有很好的諧波抑制能力，利于實現風、光等分布式能源的友好高質量并網。

模型質量非常高，非常值得入手學習！！建議有一點知識基礎的同學入手！！

虛擬諧波阻抗抑制諧波原理

虛擬諧波阻抗控制策略的原理的實際上是通過采集逆變器輸出電流中的諧波信號，用該信號與虛擬阻抗相乘可以得到虛擬諧波阻抗產生的諧波壓降，然后用VSG 控制輸出的電壓參考值* E 減去虛擬諧波阻抗上的電壓降，可以得到新的參考電壓，接著進行電壓電流雙環控制得到PWM 調制參考信號，最后將信號進行PWM調制控制逆變器輸出。

根據上圖，在沒有引入虛擬諧波阻抗補償環節時，s 域下逆變器的輸出電壓可表示為：

式中：Zg (s)表示電網側阻抗；Zo (s)為 VSG 逆變器等效輸出阻抗；G(s)表示VSG 逆變器的等效電壓增益。根據此式，VSG 并網逆變器的等效電路模型如下圖所示。

由上圖可以得出逆變器的輸出電流表達式：

可見，并網電流主要包含電壓給定值的作用分量以及電網電壓波動引起的擾動分量。為分析電網背景諧波對并網電流的影響，可做出VSG 并網系統的諧波域等效電路圖如下圖所示。因只考慮電網背景諧波的影響，所以并網逆變器等效電壓源充當短路。

上圖 中，下標h 表示該信號諧波分量。在沒有添加虛擬諧波阻抗時，VSG并網系統在諧波域下并網諧波電流 i gh可表示為：

可見，不考慮其他諧波源時，并網電流的諧波畸變主要由電網背景諧波導致。由式(4.4)可知，并網諧波電流igh與系統諧波阻抗Zoh (s) + Zgh (s)呈負相關；因此，可以通過增加 Z oh(s) + Zgh?(s)的模值，減小電網背景諧波對并網電流的影響。為增加 Z oh (s) + Z gh(s)的模值，可以通過諧波電壓反饋補償的形式增加h 次諧波電流對應的阻抗 Z oh(s) ，添加電壓反饋后的等效輸出阻抗為 Z*oh (s) = Z oh (s) + Z virh (s)，如下圖所示。

定值虛擬諧波阻抗分析

根據電路疊加定理，得到VSG 逆變器并網系統電路等效圖，如下圖所示。

在只考慮電網背景諧波的情況下，設定VSG 逆變功率輸出指令為P ，則并網電流（線路傳輸電流）可表示為：

可見，在只考慮電網背景諧波的影響下，并網基波電流由VSG 逆變器輸出功率決定，并網諧波電流由電網背景諧波和線路阻抗決定。并網電流諧波含量百分比可表示為：

在某一時刻，調度指令降為Po?，電網背景諧波含量不變，則并網電流基波幅值減小，即Ioh %會增加。

自適應虛擬諧波阻抗控制

為了實現虛擬諧波阻抗的自適應調整，提出一種根據并網電流諧波含量變化自適應調整的虛擬諧波阻抗。自適應控制結構如下圖所示。

根據上圖所示，通過混合廣義積分器分離提取逆變器輸出電流的基波信號與n次諧波信號，然后通過遞歸離散傅里葉變換得到它們的幅值并計算出n次諧波含量百分數Iohn %。計算出的 Iohn %與諧波含量給定值I *ohn %作差，最后經過PI調節輸出n次虛擬諧波電感值。

經過上述分析，基于虛擬諧波阻抗的并網電流諧波抑制方法整體控制框圖如下圖所示，下標5、7h 表示電壓、電流的第5、7 次諧波分量。

仿真模型主體

參數取值如下

為了驗證本文所提并網諧波電流分離方法的可行性，在電網電壓中添加5、7次諧波分量，與SOGI 的分離效果進行對比。（a）、（c）為SOGI 的提取效果，（b）、（d）為混合廣義積分器的提取效果。可見，采用混合廣義積分器的分離效果明顯，有利于虛擬諧波阻抗的實現。

通過混合廣義積分器分離的諧波電流合成虛擬諧波阻抗，并結合電壓電流雙環控制對系統進行諧波補償。設置光儲并網系統調度指令在0.5s 時由30 kW降為20 kW，其并網電流波形圖如下圖（a）（b）所示。 在電網背景諧波的影響下，當VSG 逆變器向系統輸送30 kW 有功功率時，并網電流明顯畸變，THD 為4.81%；向系統輸送20 kW 有功功率時，并網電流幅值減小，其受電網背景諧波的影響更為嚴重，THD 升高為7.16%，上文分析一致。

下圖為加入5、7 次虛擬諧波阻抗補償后的并網電流波形圖。在5、7 次諧波域加入定值虛擬諧波阻抗后，功率指令改變前的并網電流的THD 由4.81%下降到了1.12%，電流正弦度良好；功率指令改變后的并網電流的THD 由7.16%下降到了1.65%，電流正弦度得到了改善，但仍存在失真，逆變器諧波抑制能力減弱。

自適應控制參數如下表所示。

下圖（a）（b）為加入自適應虛擬阻抗后的并網電流曲線，圖4-17（c）（d）為調度指令變化前后的電流諧波畸變率。相比于定值虛擬諧波阻抗，在5、7 次諧波頻次加入自適應虛擬阻抗后，調度指令變化前后的并網電流諧波畸變率分別降低到0.78%和0.97%，并網電流質量得到了明顯提高。5 次諧波含量小于1%，7 次諧波含量小于0.5%，與設定的電流諧波含量參考值一致。

由下圖可知，在調度指令變化后，并網電流基波幅值降低，5、7 次諧波含量百分比增加，自適應虛擬諧波阻抗控制算法增加了虛擬諧波電感值，實現了虛擬諧波電感的自適應調節，保證并網逆變器具備良好的諧波抑制能力。

參考文獻

《基于自適應虛擬阻抗的光儲并網系統諧波抑制策略》-程靜