[发明专利]一种虚拟同步发电机参数设计方法

说明书

本发明公开了一种虚拟同步发电机参数设计方法。该发明首先计算虚拟同步发电机数字控制的延时时间，根据控制环开环传递函数及广义奈氏稳定判据得出基于稳定裕度的LC谐振频率稳定域，并采用基于加权几何平均值的方法计算出谐振频率大小；对于外环参数采用了基于下垂系数与阻尼系数独立控制的方法来独立设计两者参数，并结合电力电子变换控制灵活，动态响应快及同步发电机自下垂，惯量大等优势，提出了一种准同步发电机外环参数设计方法。该发明省略了繁琐的反复试凑步骤，计算方法简单直观。

技术领域

本发明涉及一种虚拟同步发电机参数设计方法，尤其是一种基于准同步发电机特性的参数设计方法。

背景技术

在虚拟同步发电机控制中，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator-VSG)技术以其并离网通用的电压源控制方式，显示出优良的控制性能。基于VSG的虚拟同步发电机几个关键的控制目标为：(1)并网运行时可以向电网提供虚拟惯量、虚拟阻尼、虚拟阻抗以及下垂特性以支撑电网频率和电压变化，维持大电网稳定性，并保持虚拟同步发电机之间的均流特性；(2)离网运行时，需要向负载提供较高的电能质量。另外VSG需要运行在并网和孤岛两种模式下，当发生模式转换时，VSG应具有无缝切换能力。

电力电子变换器具有控制灵活，响应速度快等优点，然而惯性较小；而同步发电机具有自下垂，惯量大和过载能力强等优点，但响应速度较慢，延时较大。为使得电力电子变换器在保持自身优点的基础上，具有同步发电机的特性，不仅需要进一步改善虚拟同步发电机的控制性能，也要进一步优化虚拟同步发电机参数设计方法。针对虚拟同步发电机参数设计问题，国内外的专家学者们提出了一些方法，主要有：

题为“A Self-Adaptive Inertia and Damping Combination Control of VSGto Support Frequency Stability”,D.Li,Q.Zhu,S.Lin,and X.Y.Bian,《IEEETransactions on Energy Conversion》2017.32(1),397-398(“一种提高频率稳定性的VSG自适应虚拟阻尼和惯量联合控制”，《IEEE能源变换专辑》，2017年第32卷第1期397～398页)的文章。该文提出了一种自适应虚拟阻尼和惯量交错控制方法，可以提高频率稳定性。然而虚拟阻尼不但影响系统动态过程的频率稳定性，还影响稳态时有功功率和频率之间的下垂特性，两者之间控制不独立,参数无法独立调节。

题为“虚拟同步发电机及其在微电网中的应用”，《中国电机工程学报》，2014年第16期2591～2603页的文章。该文提出了一种基于同步发电机组特性的VSG参数设计方法，定量分析了系统模型参数摄动对并网功率跟踪的影响，并详细分析了惯性和阻尼参数的整定方法，但需要对参数进行调整试凑得到最终优化结果。

题为“Modeling,analysis,and design of a frequency-droop-based virtualsynchronous generator for microgrid applications”,Y.Du,J.M.Guerrero,L.Chang,J.Su,and M.Mao,《IEEE Ecce Asia Downunder》，2017:643-649(“微电网应用中基于频率下垂的虚拟同步发电机的建模、分析和设计”，2017年IEEE能量转换亚洲会议和博览会论文集643～649页)的文章。该文提出了一种采用根轨迹设计VSG闭环参数的方法，但要得到最终优化结果需对参数进行反复调整试凑。