[发明专利]基于频率性能指标的直流侧电容惯量补偿器设计方法

说明书

本发明涉及一种基于频率性能指标的直流侧电容惯量补偿器设计方法，该补偿器采用IDA‑PBC控制策略，包括以下步骤：1)建立VSG小信号模型，获得惯量与电网的频率性能指标间的定量关系；2)根据同步发电机频率响应曲线，采集期望的频率性能指标；3)基于步骤1)获得的定量关系及期望的频率性能指标，获得系统期望惯量；4)建立直流母线电压与频率模型，获得直流侧电容与惯量的定量关系；5)基于步骤4)获得的定量关系及系统期望惯量获得直流侧电容设计值；6)根据直流侧电容设计值获得IDA‑PBC控制策略的控制参数，实现直流侧母线电压跟踪其参考值变化。与现有技术相比，本发明可以有效提高系统惯性水平和频率稳定性。

技术领域

本发明涉及一种电网控制器设计方法，尤其是涉及一种基于频率性能指标的直流侧电容惯量补偿器设计方法。

背景技术

不断增长的能源需求和环境危机是驱动电网改革的主要因素，在当前的经济和环境条件下，发展可再生能源(Renewable Energy Source,RES)，如太阳能和风能，成为电网改革的重要环节。随着可再生能源渗透水平逐渐提高，电力系统大量应用并网逆变器接口，由于并网逆变器不具备旋转动能，因此其不具有同步发电机的惯性和调频能力，由此降低了系统的频率稳定性。

为了解决这个问题，一种针对逆变器的虚拟同步发电机(Virtual SynchronousGenerator，VSG)控制策略应运而生。这种控制策略是通过模拟同步发电机的一次调频控制，使虚拟同步发电机具有一定的惯性，实现频率调节。但虚拟同步发电机控制需要解决惯量与期望频率性能指标之间的量化关系问题，而且在可再生能源发电系统中，为了实现VSG需要额外配备一定储能，很难具有通用性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于频率性能指标的直流侧电容惯量补偿器设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于频率性能指标的直流侧电容惯量补偿器设计方法，该补偿器采用IDA-PBC控制策略，包括以下步骤：

1)建立VSG小信号模型，获得惯量与电网的频率性能指标间的定量关系；

2)根据同步发电机频率响应曲线，采集期望的频率性能指标；

3)基于步骤1)获得的定量关系及期望的频率性能指标，获得系统期望惯量；

4)建立直流母线电压与频率模型，获得直流侧电容与惯量的定量关系；

5)基于步骤4)获得的定量关系及系统期望惯量获得直流侧电容设计值；

6)根据直流侧电容设计值获得IDA-PBC控制策略的控制参数，实现直流侧母线电压跟踪其参考值变化。

进一步地，所述频率性能指标包括频率变化率和频率最低点。

进一步地，所述步骤1)具体为：

101)根据VSG小信号模型构建VSG输出功率到电网频率的传递函数G_pf(s)；

102)负荷阶跃变化下，基于所述传递函数G_pf(s)获得s域中的频率响应曲线表达式；

103)对所述s域中的频率响应曲线表达式进行反拉氏变换，得到频率时域表达式；

104)基于所述频率时域表达式获得惯量与频率变化率的定量关系以及惯量与频率最低点的定量关系。

进一步地，所述惯量与频率变化率的定量关系表示为：