[发明专利]一种基于虚拟同步发电机的微电网二次调频控制方法

说明书

本发明提出了一种基于虚拟同步发电机的微电网二次调频控制方法，针对虚拟同步发电机一次调频的不足，将频率偏差引入PI控制器中实现系统系统误差调频，同时实现多虚拟同步发电机调频功率的均匀分配，并利用小信号模型分析PI参数对系统稳定的影响。

技术领域

本发明涉及微电网控制技术领域，更具体地，涉及基于虚拟同步发电机的微电网二次调频控制方法。

背景技术

微电网由分布式电源、储能装置、本地负荷及相关保护装置组成的中、低压小型配电网。微电网包括两种运行模式：联网运行模式和孤岛运行模式。联网运行模式下，微电网的频率和电压由大电网控制，并按照PQ控制策略实现有功功率和无功功率的指定输出。孤岛运行模式下，通过下垂控制策略，各微电源按下垂特性调节微电网的频率和电压。但该方法存在各运行模式之间切换失败的可能性。下垂控制相当于传统电网的一次调频，属于有差调节，无法使微电网的频率和电压恢复到并网时的额定值。

为了促进清洁能源的有效利用，实现逆变器的“友好”运行，近年来虚拟同步发电机控制技术受到了广泛的关注。但常规的虚拟同步发电机仅仅模拟了发电机的惯量、调频和调压特性，并没有发挥VSG二次调频控制的优势。当逆变器组网运行时，系统易受较大负荷变化而导致频率越限，不利于微电网的稳定运行。针对该问题，2013年第37期的《电力系统自动化》中《自适应调节下垂系数的微电网控制策略》一文针对不同负荷扰动下频率偏差过大问题，提出采用自适应调节下垂控制系数的方法，改善逆变器输出特性，减小稳态运行时的频率偏差。2017年第37期的《中国电机工程学报》中《基于同步逆变器的微电网二次调频策略及特性分析》一文中就二次调频问题，提出三种二次调频控制方法，并对二次调频特性进行了分析研究。2017年第33期的《电工技术学报》中《含多虚拟同步发电机的微电网二次调频策略》一文就多虚拟同步发电机的二次调频控制问题，提出将频率偏差量引入PI控制器，实现频率无静差，同时根据对等控制原则实现负荷的均匀分配。上述方法在一定程度上能够减少负荷波动对系统频率的影响，减小频率偏差，但在实现方法上较为复杂，缺少稳定性分析，不利于指导工程应用，且有些方法并不能真正实现频率的无静差。

因此如何能够简单有效的实现虚拟同步发电机的二次调频控制，提高微电网运行的稳定性、可靠性是本技术利于专家学者亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足和缺陷，提供一种。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于虚拟同步发电机的微电网二次调频控制方法，包括以下步骤：

S1、基于虚拟同步发电机的二阶模型其中T_m为机械转矩，T_e为电磁转矩，得到虚拟同步发电机的频率增量与有功功率增量之间的关系为其中ω₀为额定角频率，ω为输出角频率，P_ref为有功给定，P为输出有功，J为转动惯量，s为微分算子，D_p为阻尼调频系数；通过阻尼系数实现一次调频；

S2、在虚拟同步发电机功频控制环路的阻尼通道上引入PI控制器用于实现二次调频，虚拟同步发电机的频率增量与有功功率增量之间的关系为其中k_p、k_i分别为PI控制器的比例系数和积分系数；

S3、n台虚拟同步发电机并联运行时，每台虚拟同步发电机的频率偏差为其中i＝1,2,…,n，D_pi、P_ref、P_i分别为第i台虚拟机阻尼系数、有功给定及输出有功，ΔP_i为经PI控制器输出的功率增量，通过阻尼系数设计使得负荷增量按各台虚拟同步发电机功率分摊具体为