CN114400719A - 新能源并网控制电路及基于虚拟同步机的sst控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源并网控制电路及基于虚拟同步机的SST控制方法，本发明针对由输入级、隔离级和输出级组成三级SST中接入新能源电网，在输出级设置基于VSG的新能源并网控制电路，并且基于该电路，通过SST控制方法进行不平衡电压下的电流平衡、有功功率及无功功率恒定控制，通过不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法推算实现电网稳定的控制策略，据此提高电网的供电质量，改善了SST输出级输出并网电流、电压及功率质量。

Description

新能源并网控制电路及基于虚拟同步机的SST控制方法

技术领域

本发明属于电力***控制技术，具体涉及一种新能源并网控制电路及基于虚拟同步机的SST控制方法。

背景技术

在低压配电网中，用电负荷的多样性以及复杂性造成低压配电网电能质量问题越来越突出，尤其是分布式新能源的接入，加剧了低压配电网的电压质量，出现高低压不平衡的现象，现有的控制管理技术效果不明显；低压配电网用电负荷多为单相负荷，由于用电时间差异性等因素影响，三相不平衡问题客观实时存在，三相不平衡问题严重制约变压器出力以及电压质量问题，同时造成低压配电线路损耗的增大；而且随着经济发展，非线性负荷越来越多，谐波以及无功问题也越来越突出，存在应用局限性。

另一方面，在不平衡电网电压下,传统的VSG控制策略控制的逆变器将面临输出电流不平衡、有功和无功功率波动等问题,并且传统大多数处理三相电压不平衡的策略大多数不适用于虚拟同步发电机控制。

发明内容

发明目的：针对在低压配电网电压三相不平衡工况下，传统VSG控制中SST输出级造成的电流不平衡、功率振荡及电流质量等问题，本发明第一目的提供一种基于VSG的新能源并网控制电路，基于该控制电路，本发明第二目的是提供一种不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法。

技术方案：一种基于VSG的新能源并网控制电路，该电路中，新能源并网接入到由输入级、隔离级和输出级构成的三级SST拓扑结构主电路的隔离级，包括不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制电路，SST控制电路包括VSG控制器、电流基准值发生器、基于PI的正负序电流调节器和中点电位平衡控制器；

所述SST控制电路中，VSG控制器为电流基准发生器提供电压基准值，调制波发生器在基于PI的正负序电流调节器和中点电位平衡控制器的调配输出下控制输出级注入电网的电流只允许包含正序分量。

上述电路中，输入级包括半桥型MMC子模块拓扑结构，中间隔离级包括双有源桥串联谐振转换器，输出级包括T型三电平型逆变器结构。

进一步的说，输入级以半桥型MMC变流器连接中高压交流电网，通过对MMC子模块数量增减，适应于不同电压等级；

隔离级包括双有源桥串联谐振转换器，使输入侧的输出直流电压通过单相全桥逆变电路调制为高频交流电压，经高频变压器耦合至二次侧，由单相全桥整流电路转换为直流，实现直流电压变换及输入输出级的电气隔离，允许功率双向流通；且隔离级采用输入串联/输出并联的结构，实现输入分压和输出分流，其低压直流母线为新能源并网或负荷提供直流端口；

输出级包括T型三电平型逆变器，将桥臂输出电压通过反向串联的IGBT实现中点箝位，且输出级将隔离级输出的低压直流转变为稳定的三相工频电压，输入低压配电网向用户供电。

一种不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法，所述的SST控制方法用于新能源并网后进行电流平衡控制、有功功率恒定控制和无功功率恒定控制，所述方法包括基于双二阶广义积分器的正负序分离提取输出电流正负序分量，且包括如下的计算调制过程：

(1)基于VSG控制器输出电压基准值u^* _k，通过瞬时的有功功率和无功功率计算负序电流基准值，使得SST控制输出级注入电网的电流只包含正序分量；

(2)基于电流平衡控制，计算求解VSG控制器电压基准值u^* _k与电网正序电压u⁺ _gd、电流i⁺ _i分量基准值的关系，存在如下表达式：

式中：u*_kd、*u_kq分别是VSG控制模块电压基准值u^* _k经Park变换后在d、q轴下的分量，i⁺ _id、i⁺ _iq分别是电网正序电流i⁺ _i经Park变换后在d、q轴下的分量；

(3)考虑有功功率恒定控制中，有功功率恒定控制的负序电流基准值和电流平衡控制的正序电流基准值相互关联，计算负序电流基准值，存在如下表达式：

式中：u_g ⁺、u_g ^-分别是低压配电网电压U_g ⁺和U_g ^-的瞬时值；i_i ⁺、i_i ^-分别是输出电流I_i ⁺和I_i ^-的瞬时值；

在无功功率恒定控制中，电流平衡控制中的正序电流基准值与有功功率、无功功率恒定控制中的负序电流基准值相互关联，且与有功功率恒定控制中的负序电流基准值互为相反数；

(4)设置电流基准发生器，控制有功功率恒定控制下和无功功率恒定控制下的负序电流基准值输出，引入灵活系数H，在电网电压不平衡工况下以控制系数H来实现电网稳定控制，包括如下控制计算：

当H＝0时，实现电流平衡控制；当H＝1时，实现有功恒定控制；当H＝-1时，实现无功恒定控制，其表达式如下所示：

(5)通过设置基于PI的正负序电流调节器实现对输出电流的调节，进而快速跟踪正负序电流基准值，计算调节数值存在如下表达式：

式中：e^*是调制电压；Kp、Ki是比例积分系数；

(6)通过中点电位平衡控制器进行T型三电平输出级两电容电压平衡，其中生成零序分量如下所示：

式中：v₀是零序分量，C是分压电容容抗值，i_npav是中点电流，i_np0是叠加零序分量后的中点电流，f_s是载波频率。

进一步的，上述方法在基于双二阶广义积分器的正负序分离中，二阶广义积分器传递函数如下所示：

式中：D(s)、E(s)分别是带通和低通滤波器；ω_r是谐振频率；k是阻尼系数。

所述方法中，SST输出级注入电网的电流只允许包含正序分量，负序电流基准值设定为零，正序电流基准值通过VSG控制模块产生的电压基准值和输出级正序电路方程计算，SST输出级输出电压稳定值u_ik与VSG模块输出电压基准值u_k ^*近似相等，可得VSG控制模块电压基准值与电网正序电压、电流分量基准值的关系，存在如下关系：

式中：u_id、u_iq和i_id、i_iq为输出级输出电压和电流的d、q轴分量；u_gd、u_gq为电网电压dq轴分量；

式中：u_kd、u_kq分别是VSG控制器电压基准值在d、q轴下的分量。

进一步的，根据VSG控制器电压基准值在d、q轴下的分量计算关系，转换为正序电流基准值表达式并通过拉普拉斯终值定理变换至复频域，得到如下关系：

式中：s是微分算子；R是逆变器到电网的总电阻；

根据拉普拉斯终值定理，化简并转换至时域表达式如下：

将负序电流基准值设定为零，得二倍频功率波动分量如下所示：

由上可知，二倍频功率波动分量未完全消除；减弱功率振荡，实现电流平衡控制目标，是以有功和无功功率振荡为代价的。

更进一步的，在有功功率恒定控制中，当SST作为光伏或储能***并网接口时，需对有功功率进行恒定控制，使二倍频有功功率波动分量为零，只产生平均有功功率分量，表达式如下：

由上式得知，功功率恒定控制的负序电流基准值和电流平衡控制的正序电流基准值相互关联。

在无功功率恒定控制中，当大容量发电设备通过SST接入电网并提供稳定的无功功率支持时，使二倍频无功功率波动分量为零，对于输出平均无功功率分量的表达式如下所示：

由上式得知，无功功率恒定控制的负序电流基准值和电流平衡控制的正序电流基准值相互关联。

有益效果：与现有技术相比，首先传统VSG控制策略中没有考虑负序分量，导致有功和无功功率振荡，通过VSG控制中有功环和无功环传递至输出电压基准值幅值和相角，引起SST输出级输出电流不平衡，导致SST输出电能质量较差。提出一种基于改进VSG的输出级控制策略，通过增加控制环节i*＝f(uk*)，在不改变VSG的电压源特性的前提下，实现输出电流平衡、减小有功或无功功率波动。

本发明所述的控制电路及控制方法显著的效果在于如下三点：

(1)本发明提出的改进VSG控制策略，保留了VSG的电压源基本特性，通过VSG控制中SST输出级的正序电路推得正序电流基准值，结合瞬时功率理论推算不同控制目标的负序电流基准值，再级联正负序电流调节模块实现并网电流平衡、减小有功/无功功率振荡以及并网电流谐波含量，通过引入灵活系数，实现三种控制目标的可靠切换。

(2)本发明包括提出的零序分量注入的中点电位平衡方法，联合改进VSG控制策略，适用于不平衡电压工况下，很好的平衡T型三电平输出级分压电容电压，有效降低低次谐波的注入，提高输出级电能质量。

(3)本发明在实现电流平衡VSG控制或有功功率恒定VSG控制时，有效抑制SST低压直流母线电压二倍频波动，提高了直流微网接入适应性和直流负荷供电可靠性。

附图说明

图1是固态变压器(SST)主电路拓扑图；

图2是本发明所述的新能源并网连接与控制器连接电路图；

图3是本发明所述控制电路结构和控制策略框架图；

图4是实施例中的VSG的控制框图；

图5是本发明中电流基准值发生器控制结构框图；

图6是本发明中正负序电流控制及调制策略框图；

图7是现有VSG控制SST输出级仿真结果；

图8是实施例中电流平衡切无功恒定VSG控制输出级仿真结果；

图9是实施例中电流平衡切有功恒定VSG控制输出级仿真结果；

图10是依据本发明实现的VSG控制输出级目标切换仿真结果。

具体实施方式

为了详细的说明本发明所述的技术方案，下面结合说明书附图及具体实施例做进一步的阐述。

本发明所提供的是一种新能源并网控制电路及基于虚拟同步机的SST控制方法，包括提供基于VSG的新能源并网控制电路，且基于该电路进行的调控策略及稳定参数计算，提供一种不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法。

在电力***的发展过程中，为适应高比例新能源接入后电力***特性的变化，保障电能质量要求，采用三级SST拓扑结构构成主电路，由输入级、隔离级和输出级组成，如图1所示。其中的每一级可以选用不同的结构，本发明中输入级采用半桥型MMC子模块拓扑结构，中间隔离级选用双有源桥串联谐振转换器，输出级采用T型三电平型逆变器结构。本发明通过该结构组合满足大多数的电网调控需求，相比现有输出级大多采用三相两电平结构或者三相四线结构，对于T型三电平型逆变器结构用于输出级的应用较少，且更加满足高质量的新能源并网的调控要求。

结合图1和图2所示，在固态变压器主电路拓扑结构中，输入级以半桥型MMC变流器连接中高压交流电网，通过对MMC子模块数量增减，适应于不同电压等级，降低功率开关元件耐压要求，提高电能质量控制能力和功率密度，实现单位功率因数或定功率因数运行。

隔离级采用双有源桥串联谐振转换器，使输入侧的输出直流电压通过单相全桥逆变电路调制为高频交流电压，经高频变压器耦合至二次侧，由单相全桥整流电路转换为直流，实现直流电压变换及输入输出级的电气隔离，允许功率双向流通。其中，隔离级采用输入串联/输出并联的结构，实现输入分压和输出分流，其低压直流母线为新能源并网或负荷提供直流端口。

输出级采用T型三电平型逆变器，是二极管NPC型三电平拓扑结构的改进，主要功能是将桥臂输出电压通过反向串联的IGBT实现中点箝位。输出级将隔离级输出的低压直流转变为稳定的三相工频电压，输入低压配电网向用户供电。

基于新能源在隔离级接入后，在输出级设置控制电路，即本发明提出的基于VSG的新能源并网控制电路，控制电路的安装如图2所示。控制电路的控制逻辑如图3所示。基于该控制电路实现了基于虚拟同步机的控制策略，计及双序电流的VSG-SST控制策略，通过测量低压配电网的参数值，控制器对SST(固定变压器)输出级输出电流正序和负序分量进行控制调节，从而实时调整SVPWM调制信号，将其加至输出级12个IGBT，以此改变低压配电网的各项参数，达到电能质量要求。针对在低压配电网电压三相不平衡工况下，传统VSG(同步虚拟机)控制会引起SST输出级造成的电流不平衡、功率振荡及电流质量问题，提出了改进的基于VSG的T型三电平输出级联合控制策略，即“计及双序电流的基于虚拟同步机的SST控制策略”，改善了SST输出级输出并网电流及功率质量。本发明以VSG主控策略输出电压基准值求得正序电流基准值，由瞬时功率理论计算负序电流基准值，以实现不平衡电压下电流平衡控制、有功/无功恒定控制。

结合图3，控制电路主要由传统VSG控制器、电流基准值发生器、基于PI的正负序电流调节器和中点电位平衡控制器组成。但是本发明中T型三电平型逆变器结构用于输出级，相比于现有的大多采用的三相两电平结构或者三相四线结构，其抑制谐波能力更强，但是会引入新的问题，即自身带来中点不平衡，本发明设置了中点电位平衡环节来解决这个问题。

基于上述的控制电路，本发明提供的一种不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法，所述方法包括采用基于双二阶广义积分器的正负序分离方法，以良好的滤波功能，实现电网电压和输出电流正负序分量提取效果好。二阶广义积分器传递函数如式(1)。

式中：D(s)、E(s)分别是带通和低通滤波器；ω_r是谐振频率；k是阻尼系数。

对于VSG控制器，VSG控制器的电路结构如图4所示，对于图4，存在如下的参数对应关系：

U_dc ^*表示低压直流母线电压参考值；参考值即理想的期望值，在实施例仿真由人为设定。U_dcL表示直流母线电压实际值，实际值都是通过现场测量而得的。P_ref表示有功功率的参考值；Q_ref表示无功功率的参考值；P_e为输出的瞬时有功功率；实际值由测量计算得到：P_e＝U_{ik_a}I_{ik_a}+U_{ik_b}I_{ik_b}+U_{ik_c}I_{ik_c}。Q_e表示输出的瞬时无功功率，实际值，由测量计算得到：

K_q、D、J分别是积分增益系数、虚拟阻尼系数、惯性系数；这三个参数根据调试及经验值，在本实施例中设定值为：增益系数＝0.14，虚拟阻尼系数＝7，惯性系数＝0.1。ω^*表示额定角速度，即电网角速度；(50Hz工频交流电，角速度取值ω^*＝2πf＝314rads^-1，即314弧度/秒)；E、θ分别为VSG输出电压基准幅值和相角；电压基准u^* _k可以写作E∠θ的幅值相角形式，Uo表示VSG空载电动势，给定设定值为311V；u^* _k为VSG控制器的输出电压基准值。

本发明对于VSG控制电路结构进行改进，由于SST输出级输出电压稳定值u_ik与VSG模块输出电压基准值u_k ^*近似相等，由式(2)可得VSG控制模块电压基准值与电网正序电压、电流分量基准值的关系，如式(3)：

式中：u_id、u_iq和i_id、i_iq为输出级输出电压和电流的d、q轴分量；u_gd、u_gq为电网电压dq轴分量

式中：u_kd、u_kq分别是VSG控制模块电压基准值在、dq轴下的分量。将式(3)转换为正序电流基准值表达式并通过拉普拉斯终值定理变换至复频域，如式(4)：

式中：s是微分算子；R是逆变器到电网的总电阻。

根据拉普拉斯终值定理，式(4)可化简并转换至时域，如下式(5)：

将负序电流基准值设定为零，根据式(5)可得二倍频功率波动分量，如下式(6)。

由式(6)可知二倍频功率波动分量未完全消除，但大大减弱功率振荡。因此，实现电流平衡控制目标，是以有功和无功功率振荡为代价的。

对于电流基准值发生器，电流基准值计算模块是控制策略的核心，以VSG主控策略输出电压基准值u^* _k求得正序电流基准值，由瞬时功率理论计算负序电流基准值，以实现不平衡电压下电流平衡控制、有功/无功恒定控制。

具体的控制策略包括从三个方面考虑，分别是电流平衡控制、有功功率恒定控制和无功功率恒定控制，包括如下的推导和计算过程：

(1)电流平衡控制

在电网电压不平衡工况下为获得高质量的并网电流，SST输出级注入电网的电流只允许包含正序分量。因此需将负序电流基准值设定为零，正序电流基准值通过VSG控制模块产生的电压基准值和输出级正序电路方程计算得到，如图5所示。

推导及计算过程：VSG控制模块电压基准值u^* _k与电网正序电压u⁺ _gd、电流i⁺ _i分量基准值的关系如下：

式中：u*_kd、*u_kq分别是VSG控制模块电压基准值u^* _k经Park变换后在d、q轴下的分量；i⁺ _id、i⁺ _iq分别是电网正序电流i⁺ _i经Park变换后在d、q轴下的分量。

将式(6)转换为正序电流基准值表达式并通过拉普拉斯变换至复频域，如式(7)。

式中：s是微分算子；R代表逆变器到低压配电网的总电阻。

根据拉普拉斯终值定理，式(7)可化简并转换至时域，如式(8)。

结论：二倍频功率波动分量未完全消除，但大大减弱功率振荡。实现电流平衡控制目标，是以有功和无功功率振荡为代价的。

(2)有功功率恒定控制

当SST作为光伏或储能***并网接口时，功率进行恒定控制，使式(9)中二倍频有功功率波动分量P_s2和P_c2为零，只产生平均有功功率分量，得式(10)。

式中：u_g ⁺、u_g ^-分别是低压配电网电压U_g ⁺和U_g ^-的瞬时值；i_i ⁺、i_i ^-分别是输出电流I_i ⁺和I_i ^-的瞬时值。

由式(10)可知，有功功率恒定控制的负序电流基准值和电流平衡控制的正序电流基准值相互关联，利用式(8)推算出负序电流基准值，如式(12)。

结论：负序电流分量未消除，导致有功功率恒定控制比电流平衡控制中无功功率振荡大，且SST输出级并网电流不平衡。

(3)无功功率恒定控制

当大容量发电设备通过SST接入电网并提供稳定的无功功率支持时，主要是使式(9)中的二倍频无功功率波动分量Q_s2和Q_c2为零，只输出平均无功功率分量，如式(13)。

由式(13)可知，无功功率恒定控制的负序电流基准值和电流平衡控制的正序电流基准值相互关联，利用式(8)推算出负序电流基准值，如式(14)。

结论：负序电流分量未消除，导致无功功率恒定控制比电流平衡控制中有功功率振荡大，且SST输出级并网电流不平衡。

(4)基于PI的正负序电流调节器、调制波发生器、中点电位平衡控制器

由式(8)、式(10)和式(13)可知，电流平衡控制中的正序电流基准值与有功、无功功率恒定控制中的负序电流基准值相互关联，且式(12)与式(14)负序电流基准值互为相反数。因此设计了电流基准发生器，引入灵活系数H，在电网电压不平衡工况下以控制系数H来选择控制目标以满足不同需求，如图6所示。

当H＝0时，实现电流平衡控制；当H＝1时，实现有功恒定控制；当H＝-1时，实现无功恒定控制。

图6中，框图里的公式(15)和公式(16)：

式中：v₀是零序分量；C是分压电容容抗值，两个分压电容相同，即C＝C₁＝C₂；i_npav是中点电流；i_np0是叠加零序分量后的中点电流；f_s是载波频率，取值20000Hz。

为实现对输出电流的调节，进而快速跟踪正负序电流基准值，设计了基于PI的正负序电流调节模块，如式(17)。

式中：e^*是调制电压；Kp、Ki是比例积分系数。

采用三电平SVPWM调制策略生成三相羊角调制波，可实现对中点电位起到一定的平衡作用。但由于电流从T型三电平输出级直流侧两个分压电容中点流过，会使得电容电压发生波动或偏移，影响输出电能质量。因此，采用零序分量注入的中点电位平衡法，注入零序分量参与调制，有效实现T型三电平输出级两电容电压平衡，生成零序分量如下式(18)。

式中：v₀是零序分量；C是分压电容容抗值；i_npav是中点电流；i_np0是叠加零序分量后的中点电流；f_s是载波频率。

实施例1

为验证控制策略的有效性，按照图2所述的拓扑结构，在Matlab/simulink软件平台搭建SST***仿真模型进行仿真分析。

其中输入级电压有效值为10kV，高压直流母线电压为16kV，低压直流母线电压为750V，输出级交流端口并网电压380V，SST输出级仿真参数设置如表1所示。

表1输出级参数设置

运行工况设置：在0s至0.3s时段，电网电压三相平衡；0.3s至0.9s时段，电网电压三相不平衡——A相电压升高20％，B相电压保持不变，C相电压降低20％；在0.6s处加入中点电位平衡控制。运行结果如图7所示。

由图7可知：在0s至0.3s时段，电网电压平衡时，SST输出级输出并网电流三相平衡，幅值为34.8A，低压直流母线、输出有功及无功均保持稳定；

0.3s至0.9s时段，电网电压不平衡时，SST输出级输出并网电流发生三相不平衡，最大峰值为38.5A，谐波含量为6.92％，低压直流母线、输出有功及无功发生二倍频波动，低压直流母线电压波动幅值为2.5V，有功功率波动幅值为5.2kW，无功功率波动幅值为6.6kvar；

0.6s加入中点电位平衡控制前，输出级直流侧分压电容电压U_C1和U_C2波动峰值分别为385V和365V；0.6s加入中点电位平衡控制后，两分压电容电压均保持平衡在目标电位375V。

依据本发明所述控制，运行工况切换包括如下三个方面：

(1)电流平衡控制转无功恒定控制

运行工况设置：0s至0.3s时段，电网电压平衡；0.3s至0.9s时段，电网电压三相不平衡；0.6s前以电流平衡为目标；0.6s后以无功功率恒定为目标。运行结果如图8所示。

由图8可知：当电网电压三相不平衡时，电流平衡VSG控制下的SST输出级电流保持三相平衡，幅值为35A，谐波含量为1.49％。输出有功及无功功率波动减小，但低压直流母线电压和输出有功/无功功率仍存在二倍频波动，三者波动幅值分别为1.5V、3.9kW、3.7kvar。

在无功恒定VSG控制下SST输出级输出无功功率波动幅值减小至0.49kvar，但并网电流三相不平衡、低压直流母线电压和输出有功功率波动变大，并网电流波动峰值为38.5A，谐波含量为0.58％，低压直流母线和有功功率波动幅值分别为3.1V、7.6kW。

以上结果表明，以电流平衡为目标的VSG控制可保障输出并网电流平衡，谐波含量及输出有功/无功功率减小；以无功功率恒定为目标的VSG控制可实现输出无功功率恒定，但导致电流不平衡和有功功率波动变大。

(2)电流平衡控制转有功恒定控制

运行工况设置：0s至0.3s时段，电网电压平衡；0.3s至0.9s时段，电网电压三相不平衡；0.6s前以电流平衡为目标；0.6s后以有功功率恒定为目标。运行结果如图9所示。

由图9可知：当发生电压三相不平衡工况时，在有功恒定VSG控制下，SST输出级输出有功功率波动幅值减小至0.5kW，低压直流母线电压波动幅值减小至0.4V，但输出并网电流三相不平衡，波动峰值为37.5A，谐波含量为0.65％，输出无功功率波动变大，波动幅值为7.54kvar。

以上结果表明，以有功功率恒定为目标的VSG控制可实现输出有功功率恒定，但导致电流不平衡和无功功率波动变大。

(3)灵活系数切换控制目标

运行工况设置：0s至0.3s时段，电网电压平衡；0.3s至0.9s时段，电网电压三相不平衡；0s至0.5s，以电流平衡为目标；0.5s至0.7s，以无功功率恒定为目标；0.7s至0.9s，以有功功率恒定为目标。运行结果如图10所示。

由图10可知：

在电网电压三相不平衡工况下，中点电位平衡算法有效控制分压电容电压U_C1和U_C2平衡；

当H＝0时，实现以电流平衡为目标的VSG控制，SST输出级输出并网电流三相平衡，幅值为35A；

当H＝1时，实现以无功功率恒定为目标的VSG控制，SST输出级输出无功功率波动幅值为0.49kvar；

当H＝-1时，实现以有功功率恒定为目标的VSG控制，SST输出级输出有功功率波动为0.5kW。

以上结果表明，基于改进VSG的SST输出级可实现不同控制目标的稳定运行，并且改变灵活参数平滑切换三种不同的控制目标。

Claims (9)

1.一种基于VSG的新能源并网控制电路，其特征在于：该电路中，新能源并网接入到由输入级、隔离级和输出级构成的三级SST主电路拓扑结构的隔离级，包括用于电网稳定调控的不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制电路，SST控制电路包括VSG控制器、电流基准值发生器、基于PI的正负序电流调节器和中点电位平衡控制器；

所述SST控制电路中，VSG控制器为电流基准发生器提供电压基准值，调制波发生器在基于PI的正负序电流调节器和中点电位平衡控制器的调配输出下控制输出级注入电网的电流只允许包含正序分量。

2.根据权利要求1所述的基于VSG的新能源并网控制电路，其特征在于：所述电路中，输入级包括半桥型MMC子模块拓扑结构，中间隔离级包括双有源桥串联谐振转换器，输出级包括T型三电平型逆变器结构。

3.根据权利要求2所述的基于VSG的新能源并网控制电路，其特征在于：输入级以半桥型MMC变流器连接中高压交流电网，通过对MMC子模块数量增减，适应于不同电压等级；

隔离级包括双有源桥串联谐振转换器，使输入侧的输出直流电压通过单相全桥逆变电路调制为高频交流电压，经高频变压器耦合至二次侧，由单相全桥整流电路转换为直流，实现直流电压变换及输入输出级的电气隔离，允许功率双向流通；且隔离级采用输入串联/输出并联的结构，实现输入分压和输出分流，其低压直流母线为新能源并网或负荷提供直流端口；

输出级包括T型三电平型逆变器，将桥臂输出电压通过反向串联的IGBT实现中点箝位，且输出级将隔离级输出的低压直流转变为稳定的三相工频电压，输入低压配电网向用户供电。

4.一种不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法，所述的SST控制方法用于新能源并网后进行电流平衡控制、有功功率恒定控制和无功功率恒定控制，其特征在于：所述方法包括基于双二阶广义积分器的正负序分离提取输出电流正负序分量，且包括如下的计算调制过程：

(1)基于VSG控制器输出电压基准值u^* _k，通过瞬时的有功功率和无功功率计算负序电流基准值，使得SST控制输出级注入电网的电流只包含正序分量；

(2)基于电流平衡控制，计算求解VSG控制器电压基准值u^* _k与电网正序电压u⁺ _gd、电流i⁺ _i分量基准值的关系，存在如下表达式：

式中：u^* _kd、^*u_kq分别是VSG控制模块电压基准值u^* _k经Park变换后在d、q轴下的分量，i⁺ _id、i⁺ _iq分别是电网正序电流i⁺ _i经Park变换后在d、q轴下的分量；

(3)考虑有功功率恒定控制中，有功功率恒定控制的负序电流基准值和电流平衡控制的正序电流基准值相互关联，计算负序电流基准值，存在如下表达式：

式中：u_g ⁺、u_g ^-分别是低压配电网电压U_g ⁺和U_g ^-的瞬时值；i_i ⁺、i_i ^-分别是输出电流I_i ⁺和I_i ^-的瞬时值；

在无功功率恒定控制中，电流平衡控制中的正序电流基准值与有功功率、无功功率恒定控制中的负序电流基准值相互关联，且与有功功率恒定控制中的负序电流基准值互为相反数；

(4)设置电流基准发生器，控制有功功率恒定控制下和无功功率恒定控制下的负序电流基准值输出，引入灵活系数H，在电网电压不平衡工况下以控制系数H来实现电网稳定控制，包括如下控制计算：

当H＝0时，实现电流平衡控制；当H＝1时，实现有功恒定控制；当H＝-1时，实现无功恒定控制，其表达式如下所示：

(5)通过设置基于PI的正负序电流调节器实现对输出电流的调节，进而快速跟踪正负序电流基准值，计算调节数值存在如下表达式：

式中：e^*是调制电压；Kp、K_i是比例积分系数；

(6)通过中点电位平衡控制器进行T型三电平输出级两电容电压平衡，其中生成零序分量如下所示：

式中：v₀是零序分量，C是分压电容容抗值，i_npav是中点电流，i_np0是叠加零序分量后的中点电流，f_s是载波频率。

5.根据权利要求4所述的不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法，其特征在于：基于双二阶广义积分器的正负序分离中，二阶广义积分器传递函数如下所示：

式中：D(s)、E(s)分别是带通和低通滤波器；ω_r是谐振频率；k是阻尼系数。

6.根据权利要求4所述的不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法，其特征在于：所述方法中，SST输出级注入电网的电流只允许包含正序分量，负序电流基准值设定为零，正序电流基准值通过VSG控制模块产生的电压基准值和输出级正序电路方程计算，SST输出级输出电压稳定值u_ik与VSG模块输出电压基准值u_k ^*近似相等，可得VSG控制模块电压基准值与电网正序电压、电流分量基准值的关系，存在如下关系：

式中：u_id、u_iq和i_id、i_iq为输出级输出电压和电流的d、q轴分量；u_gd、u_gq为电网电压dq轴分量；

式中：u_kd、u_kq分别是VSG控制器电压基准值在d、q轴下的分量。

7.根据权利要求6所述的不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法，其特征在于：根据VSG控制器电压基准值在d、q轴下的分量计算关系，转换为正序电流基准值表达式并通过拉普拉斯终值定理变换至复频域，得到如下关系：

式中：s是微分算子；R是逆变器到电网的总电阻；

根据拉普拉斯终值定理，化简并转换至时域表达式如下：

将负序电流基准值设定为零，得二倍频功率波动分量如下所示：

由上可知，二倍频功率波动分量未完全消除；减弱功率振荡，实现电流平衡控制目标，是以有功和无功功率振荡为代价的。

8.根据权利要求4所述的不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法，其特征在于：在有功功率恒定控制中，当SST作为光伏或储能***并网接口时，需对有功功率进行恒定控制，使二倍频有功功率波动分量为零，只产生平均有功功率分量，表达式如下：

由上式得知，有功功率恒定控制的负序电流基准值和电流平衡控制的正序电流基准值相互关联。

9.根据权利要求4所述的不平衡电压下基于虚拟同步机的SST控制方法，其特征在于：在无功功率恒定控制中，当大容量发电设备通过SST接入电网并提供稳定的无功功率支持时，使二倍频无功功率波动分量为零，对于输出平均无功功率分量的表达式如下所示：

由上式得知，无功功率恒定控制的负序电流基准值和电流平衡控制的正序电流基准值相互关联。

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