[发明专利]一种含多虚拟同步机的微电网暂态稳定性控制方法

说明书

本发明公开一种含多虚拟同步机的微电网暂态稳定性控制方法，属于微电网暂态稳定性分析与控制技术领域。该方法充分考虑了虚拟惯量、虚拟阻尼、虚拟调速器下垂系数和无功控制环下垂系数，构建了含有多台虚拟同步机并联运行的微电网的能量函数模型，基于能量函数来分析判断系统的稳定性。并采用基于能量函数的自适应控制方法，对VSG中虚拟惯量、虚拟阻尼、虚拟调速器下垂系数和无功控制环下垂系数分别进行自适应实时调整，减小系统故障后的系统能量，增大系统的吸引域，减缓了系统能量达到临界能量的进程，为故障切除争取了有效时间，提高系统的暂态稳定性。

技术领域

本发明涉及微电网暂态稳定性分析与控制技术领域，尤其涉及一种含多虚拟同步机的微电网暂态稳定性控制方法。

背景技术

近些年来，化石能源的枯竭和环境危机的加剧促进了分布式发电技术迅速发展。作为分布式电源(DG)、储能设备、电力电子变换器和负载等组成的系统，微电网在现代电力网络中越发普及。虚拟同步机控制策略(VSG)通过在电力电子变换器的控制环节中引入类似于传统同步发电机SG的机电暂态方程，分布式电源不仅能够模拟SG的有功调频、无功调压特性等运行外特性，还具有惯量特性和阻尼特性等动态特性。当微电网或大电网受到扰动或发生故障时，VSG可以有效地进行频率和电压调节，维持系统的稳定性。此外在其有功控制环(APCM)中的虚拟惯量、虚拟阻尼系数和VG中的下垂系数以及无功控制环(QPCM)中的下垂系数都可以根据实际需要灵活调整，以改善系统的稳定性，而传统SG的相应参数都是固定的。

现有的含VSG微电网的暂态稳定性分析基本都是根据系统发生扰动后的频率变化率和频率变化量这两个指标进行分析，暂态稳定性控制基本是通过调整虚拟惯量或者虚拟阻尼这两个参数，改善系统频率和有功功率输出。虽方便直接，但分析方法较为单一，对于电压骤降，短路等故障情况的分析略显不足，而且仅靠频率无法解释系统的变化机理、反应变化本质。对于VSG而言，除了虚拟惯量和阻尼系数，VG中的下垂系数以及QPCM的下垂系数也可以影响其暂态稳定性。另外，基于频率的暂态稳定性分析需要时域仿真验证VSG对微电网暂态稳定性的作用，难以判断系统的稳定裕度，无法定量衡量系统受扰程度，而且当微电网中含有多台VSG并联运行时，不同VSG之间的频率偏差也容易影响分析的准确性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种含多虚拟同步机的微电网暂态稳定性控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是一种含多虚拟同步机的微电网暂态稳定性控制方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：构建含多台VSG并联运行的并网微电网的功率平衡模型，该模型包括包括VSG等效输出功率模型、联络线路等效传输功率模型和并网微电网的功率平衡方程；

步骤1.1：构建VSG等效输出功率模型，其中包含参数虚拟调速器VG、虚拟惯量、虚拟阻尼系数，包含有功控制模块APCM和无功控制模块QPCM两个部分；

步骤1.1.1：有功控制模块APCM由VG和虚拟机械转动模块两部分组成，分别模拟SG的调速器和转子的机械运动方程，具体如下：

其中，P_ei、P_refi分别为微电网中第i台VSG(VSGi,i＝1,2,...,N)的输出有功功率和控制器设置的有功功率参考值；分别为VSGi的虚拟转动惯量和虚拟阻尼系数，用于模拟SG的转子运动特性；ω_n、ω_i分别为VSGi的额定角速度和VSGi的虚拟转子角速度,ω_ni＝ω_n-ω_i代表两者之差；δ_ni表示VSGi虚拟转子的相对位移角，同时也是QPCM中输出电压与额定电压的相角差；和表示VSGi中VG输出的虚拟机械功率和虚拟下垂系数。

步骤1.1.2：无功控制模块QPCM，在于模拟VSG的无功-电压调节特性，具体如下：