[发明专利]一种适用于虚拟同步发电机的转动惯量自适应控制方法

说明书

本发明公开一种适用于虚拟同步发电机的转动惯量自适应控制方法，属于光伏并网逆变器控制领域，其特征是由系统参数确定转动惯量初始值J₀，根据虚拟同步发电机的功角特性，在频率变化过程中实时调整转动惯量。本发明最大限度发挥并网逆变器的控制灵活性，可以在频率和有功功率动态响应时抑制震荡，减小动态响应时间，同时兼顾了系统稳定性，提高了新能源并网的可消纳性。

技术领域

本发明属于光伏并网逆变器控制领域，具体为一种适用于虚拟同步发电机的转动惯量自适应控制方法。

背景技术

随着人们环保意识的提高，大量可再生能源被开发利用，并网逆变器的大量接入造成电力系统惯性下降，系统抗干扰能力减弱。

针对上述问题，利用虚拟同步发电机技术，并网逆变器通过模拟同步发电机外特性，使其具有和同步发电机相似的特征，从而提升分布式可再生能源接纳性。虚拟同步发电机控制框图如图1所示，采集主电路滤波电流i_abc和电压u_abc，计算其有功功率P和无功功率Q，使用锁相环测量频率f，设置功率参考指令P_ref、Q_ref，频率参考指令f_ref和电压参考指令U_ref，然后将上述采集的信息经功频控制器和励磁控制器输出参考电动势E和励磁电动势相角θ，经过定子电压方程产生参考电压，最后通过SVPWM调制实现对逆变器的控制。

依据同步发电机二阶机电暂态方程，功频控制器由P-f下垂控制和转子运动方程两部分组成，模拟同步机调频和有功控制，其控制框图如图2所示。由下垂特性，频率偏差Δf会造成转矩变化ΔT，从而改变逆变器励磁电动势相角θ，改变逆变器有功出力。由于转子运动方程引入转动惯量J和阻尼系数D，并网逆变器在频率和有功功率动态情况下具备了惯性和阻尼特性，可以有效抑制系统震荡。励磁控制器根据无功功率偏差经下垂控制得到电压幅值偏差，经PI调节得到励磁电流，进而改变电动势参考值来改变无功出力。

传统的虚拟同步发电机技术在一定程度上优化了频率和功率动态波形。但转子运动方程引入的转动惯量J为常数，无法根据频率和功率变化及时调整，不能进一步缩短功频震荡时间，无法发挥出逆变器控制的灵活性。

发明内容

为了进一步优化功频动态曲线，更好地抑制频率和功率震荡，提供一种适用于虚拟同步发电机的转动惯量自适应控制方法。根据同步发电机的功角特性曲线和虚拟惯量J在系统扰动下对频率和有功的物理意义，由初始惯量J₀根据频率变化率来自适应变化。

本发明一种适用于虚拟同步发电机的转动惯量自适应控制方法，所述具体方法如下：该方法先检测并网逆变器经滤波电路后的电流i_abc和电压u_abc，经功率计算模块计算其有功功率P和无功功率Q，使用锁相环检测电压频率f，将电压频率f与额定频率f_ref的偏差Δf经下垂控制得到ΔP，将ΔP与参考功率P_ref相加得到机械功率P_m，将P_m与P相减后除额定角速度ω₀得转矩差ΔT，同时采集转子运动方程控制环中角速度变化率dω/dt和偏差Δω经控制得转动惯量J，然后经转子运动方程得到逆变器输出速度ω，将角速度ω积分可得到虚拟同步发电机励磁电动势相角θ，由采集的无功功率Q、参考功率Q_ref和参考电压U_ref经下垂控制后经过PI调节器得到虚拟同步发电机的参考电动势E，由得出的励磁电动势相角θ和参考电动势E调制输出，控制逆变器通断，从而得到需要的电压和电流，上述经控制制得的转动惯量J为自适应转动惯量，自适应转动惯量J方程为：式中，J₀为转动惯量初始值，k为J调节系数，dω/dt为角速度变化率，C为角速度变化率阈值，由系统要求确定。