[发明专利]基于虚拟同步发电机的最优虚拟惯性控制方法

说明书

技术领域

本发明属于分布式发电控制领域，具体涉及一种基于虚拟同步发电机技术的微电网分布式电源控制方法。

背景技术

近年来，包含众多分布式电源的微电网正成为国内外研究的热点。微电网中的分布式电源主要有风电、光伏、微型燃气轮机、柴油机等，其中大部分分布式电源均通过逆变器接入微电网，配有储能装置的逆变器已成为微电网可靠运行的核心部件。作为一种新的微网逆变器控制方案，虚拟同步发电机控制策略越来越受到学者的关注。

但是，由于基于虚拟同步发电机控制策略的微网逆变器模拟了电力系统一次调频调压以及同步发电机的转子惯性和阻尼特性，与同步发电机类似，在功率调度指令发生变化或者直流侧分布式电源出力发生扰动时，并网或多机并联运行的逆变器输出频率和功率也就会不可避免地引入振荡。但对于逆变器来说，其瞬态抗扰能力和过载能力远不如同步发电机，振荡造成的冲击电流可能导致逆变器保护动作而停机，严重时甚至危及功率器件的安全和微电网的稳定运行。

针对上述问题，多个学者做了相关研究，如题为“微电网电源的虚拟惯性频率控制策略”，杜威，姜齐荣，陈蛟瑞，电力系统自动化，2011年第35卷第23期26-31页的文章；该文提出通过优化主电路和控制器的参数来抑制振荡，但是该方案主电路增加的线路阻抗将增大输出电压降落，控制器参数的改变除增加阻尼外也减慢了动态响应。

题为“Power System Stabilization Using Virtual Synchronous Generator with Alternating Moment of Inertia”，Jaber Alipoor,Yushi Miura,Toshifumi，《IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics》，2014.3(2):451-458(“基于虚拟同步发电机交替变化惯量的电力系统稳定性研究”，《IEEE期刊—电力电子技术中新兴和选定主题》，2014年第3卷第2期451-458页)和“Distributed generation grid integration using virtual synchronous generator with adaptive virtual inertia”，Alipoor J,MiuraY,Ise T，《IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE)》,2013:4546–4552(“基于虚拟同步发电机自适应虚拟惯性的分布式发电并网研究”，2013年IEEE能量转换国际会议和博览会(ECCE)论文集4546-4552页)的文章；分别提出了一种交替变化虚拟惯性和自适应虚拟惯性的虚拟同步发电机控制策略，通过灵活改变同步发电机模型中的参数来抑制这种振荡，但由于虚拟惯性的取值采用Bang-Bang控制，在稳态运行时虚拟惯性的频繁变化造成了功率的抖动，而且当中负虚拟惯性时存在稳定性的问题。

另外，虚拟同步发电机的具体实现离不开分布式电源、储能装置和逆变器。但现有关于虚拟同步发电机的研究，都假定配置的储能单元容量足够大且控制策略仅针对逆变器本身，还没有研究在考虑分布式电源和储能装置的基础上对微网逆变器的协调控制进行深入研究。

综上所述，现有的技术主要存在如下的不足：

1、抑制逆变器输出功率和频率振荡时牺牲了逆变器的稳定性和固有的良好动态性能；

2、对于虚拟同步发电机的关键参数并未综合考虑协调控制；

3、没有考虑储能装置功率和容量，在实际应用中存在一定的局限性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于虚拟同步发电机的最优虚拟惯性控制方法，该方法用于微网逆变器以达到模拟同步发电机的惯性并兼顾自身的动态性能，抑制逆变器输出功率和频率的振荡以及储能装置功率和能量合理配置的目的。

本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种基于虚拟同步发电机的最优虚拟惯性控制方法，主要步骤如下：