[发明专利]虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制方法

说明书

本发明提供一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制方法，涉及智能电网及智能算法技术领域。该方法首先对基于虚拟同步发电机的逆变器进行建模，得到逆变器的输出频率变化与虚拟惯量J及虚拟阻尼系数D之间的相关性；然后确定基于改进粒子群算法的虚拟惯量J和虚拟阻尼系数D自适应控制方法的适应度函数；最后将改进的粒子群算法应用于有功功率‑频率控制环节，以频率的偏移最小和系统稳定为目标，实现虚拟惯量J和虚拟阻尼系数D的实时自适应控制。本发明提供一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼系数实时自适应控制方法，充分利用了虚拟惯量的特性，而且引入了虚拟阻尼系数，使得逆变器更加稳定，频率偏移更小。

技术领域

本发明涉及智能电网及智能算法技术领域，尤其涉及一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制方法。

背景技术

传统电网一直是主要的电力供应渠道，并随着电力需求的不断增加而得以快速发展。然而，集中式大电网也存在许多弊端：成本高，运行难度大，难以满足用户越来越高的安全性和可靠性要求。发展分布式电源比通过改造电网来加强安全更加简便快捷。分布式发电具有很多优点：大多数都采用二次能源，污染少，能源利用率高；安装地点灵活，可以节约输配电资源和运行费用，减少线路损耗；可以减少电网总容量，改善电网峰谷性能，提高供电可靠性。但是分布式发电渗透率的提高本身也存在许多问题：控制困难，与大电网兼容性差，负荷投切时频率波动大。

因此为解决上述问题，现有的技术是提出通过模拟同步发电机数学模型，使得分布式发电用的逆变器具有同步发电机的转动惯量与阻尼特性，从而提高逆变器的输出电能质量。虚拟同步控制策略中，虚拟惯量与虚拟阻尼系数的设置至关重要，在虚拟同步发电机控制技术的研究中，大部分的技术方案也都集中在虚拟同步控制策略有功功率控制环的虚拟惯量调节上，通过合适的参数设计，在保证稳定性基础上更加真实可靠的模拟同步发电机旋转惯性特性，却忽视了虚拟同步发电机系统中虚拟阻尼对频率稳定性的作用。虚拟同步发电机的虚拟惯量选得较小，虚拟转子角速度的变化将较快，不利于系统的动态稳定；如果虚拟惯量选得较大，虽然可以保证电网的动态稳定，但过大的虚拟惯量也会造成系统的不稳定。虚拟阻尼系数的大小对系统影响也是明显的，若虚拟阻尼系数选的较大，频率的偏移较小，但是较大的虚拟阻尼系数会使系统恢复稳定的时间变长，较小则频率偏移较大，抑制频率振荡作用不明显甚至会导致系统不稳定。可见适宜的虚拟阻尼可以抑制频率振荡进一步提高虚拟同步发电机稳定性。现有的大部分方案中虚拟惯量一般为定值，不能根据负载情况实时自适应调节，因此本发明提出同时自适应调整虚拟惯量和虚拟阻尼系数两个参数的方法减弱频率暂态振荡。

粒子群算法的优势在于简单容易实现并且没有许多参数需要调整。目前已广泛应用于函数优化，神经网络训练，模糊系统控制以及其他多目标优化应用领域，尚未有将粒子群算法应用于虚拟同步发电机控制的方法。通过改进粒子群算法优化虚拟惯量和虚拟阻尼系数的控制，可实现有功功率-频率控制环的虚拟惯量与阻尼系数根据负载的实时变化而自适应调整其值的大小，使得逆变器的输出电能质量更高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制方法，利用改进的粒子群算法优化虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制，设计新的适应度函数对粒子群算法进行改进，新的适应度函数加入了虚拟惯量和虚拟阻尼系数，同时考虑负载变化对逆变器系统的影响与实时性，逆变器系统可实现根据负载的实时变化而自适应调整虚拟惯量和虚拟阻尼的大小，使得逆变器输出频率变化最小，输出电能质量更高。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1、对基于虚拟同步发电机的逆变器进行建模，得到逆变器的输出频率变化与虚拟惯量J及虚拟阻尼系数D之间的相关性；

所述虚拟同步发电机的控制方法是将同步发电机数学模型中的转动方程，应用于逆变器的外环控制，进而控制逆变器的输出频率；