[发明专利]一种基于并行退火算法的微网虚拟同步机参数优化方法

权利要求书

1.一种基于并行退火算法的微网虚拟同步机参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、结合线路、负载和采用下垂控制与二次调频控制的虚拟同步机特性，以虚拟同步机节点为参考节点建立基于虚拟同步机型逆变器的微电网模型；包括线路与负载的建模、下垂控制逆变器建模、采用下垂控制和二次调频控制的虚拟同步机建模以及参考节点整体仿真模型；

步骤二、根据虚拟同步机型逆变器微电网模型确定虚拟同步机优化参数的约束条件表达式和优化目标表达式；

步骤三、采用并行退火算法求解虚拟同步机参数优化模型，得到优化问题的最优解，确定该微电网中的最优控制参数；

所述步骤一，在线路与负载的建模过程中，将线路表示为电网节点i处有功功率P_i(V(t)，θ(t))、无功功率Q_i(V(t)，θ(t))和电压相角θ_i(t)、电压幅值V_i(t)之间关系的代数方程：

V(t)＝[V₁(t),V₂(t),...,V_n(t)]^T

θ(t)＝[θ₁(t),θ₂(t),...,θ_n(t)]^T

将负载表示为外部干扰：S_load(t)＝P_load(t)+jQ_load(t)；

对负载所连接的节点k引入代数约束，表示为：P_load(t)＝P_k(V,θ)，Q_load(t)＝Q_k(V,θ)；

其中，表示节点i的相邻节点k的电导总和，表示节点i的相邻节点k的电纳总和，k∈N(i)，表示并联导纳，Y_ik＝G_ik+jB_ik表示节点i与节点k之间线路的导纳；

在下垂控制逆变器建模过程中，将逆变器用微分方程描述为可控交流电压源：

其中为瞬时频率，为一阶延迟电压控制；且

其中k_P,i(P_nom，i-P_i*(V*，θ*))和k_Q,i(Q_nom，i-Q_i*(V*，θ*))分别是指基于离散式比例控制器，在下垂控制的闭环系统稳定状态下由扰动引起的附加有功功率和无功功率；*表示闭环系统稳定状态；

P_nom,i和Q_nom,i表示每个设备的额定有功和无功功率注入；V_nom和ω_nom分别表示额定电压幅值和频率；系数k_P,i和k_Q,i是确定设备之间所需分配功率的参数；

电压源逆变器用瞬时频率和一阶延迟电压控制建模，其中ω_sp,i(t)和V_sp,i(t)表示可自由调节频率和电压的设定运行点；功率测量由低通滤波器处理，其时间常数T_iT_inv；选择设定点ω_sp,i(t)和V_sp,i(t)得到：

且根据每个设备的额定功率S_i，以及电网频率和电压幅值的约束可以得到：

在采用下垂控制和二次调频控制的虚拟同步机建模过程中，虚拟同步机作为可编程逆变器的整体数学模型为：

T_i为时间常数；J0为惯性矩，k_d0为机械阻尼因子，T_d0为阻尼时间常数；P_inject(t)表示由虚拟同步机注入电网的有功功率，且：

P_inject(t)＝P_droop(t)+P_secondary(t)

二次调频控制P_secondary(t)仅由虚拟同步机执行，并通过集成控制器实现，且：

虚拟同步机的电压动态为具有快速时间常数T_inv,i的一阶延迟，虚拟同步机的特定电压控制策略使用均方根值V_grid,i(t)实现；该电压从定子和电网之间的电网电压测量得到：

虚拟同步机定子方程为，R_S0为定子电阻和L_S0为定子电感；

在参考节点整体仿真模型过程中，选择虚拟同步机节点作为参考节点，

定义角度状态Δθ(t)＝[Δθ₂(t),...,Δθ_n(t)]^T∈R^n-1；

其中表示任意节点的电压相角与参考节点电压相角的差值，且Δθ₁(t)≡0；

对于线路和负载，使用替代θ_i(t)；

对于未连接至参考节点的逆变器，使用替代复电压

在虚拟同步机定子或逆变器滤波器与电网之间则为：

其中Y_coup1为复耦合导纳，S_i＝P_i+Q_i为复功率，为复电压。