[发明专利]一种基于罚函数的VSG自适应转动惯量控制方法

说明书

本发明涉及一种基于罚函数的VSG自适应转动惯量控制方法，包括步骤：1)根据转动惯量的动态特性，获取j时刻VSG转子方程和暂态过程的功频变化机理；2)根据j时刻VSG转子方程和暂态过程的功频变化机理获取VSG角频率变化情况，利用罚函数作用于逆变器的VSG转子运动模块，获取j时刻转动惯量J的值，进而对转动惯量进行实时调节控制。与现有技术相比，本发明使虚拟同步发电机系统在超调量、稳定性、响应速度等方面具有一定的优越性，弥补了部分改进算法中转动惯量不能自适应调节以及调节方法不明确的缺陷，可有效降低逆变器并网端功率振荡和优化频率响应。

技术领域

本发明涉及一种VSG自适应转动惯量控制方法，尤其是涉及一种基于罚函数的VSG自适应转动惯量控制方法。

背景技术

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)技术可使并网逆变器模拟同步发电机运行机理。本质是通过控制逆变器模拟同步发电机的工作原理，从而获得类似同步发电机的运行特性。VSG因集成了同步发电机的优点而备受学者青睐，其在现代电力系统中的应用也将日益广泛。虽然针对VSG控制算法的研究已经比较深入且成熟，但其在实际工程应用中仍然存在一定的问题。部分应用中(1)将虚拟同步发电机与虚拟电抗以及电压调节器相结合，但是多种调节器组合未能达到自动控制的目的；(2)设计了一种新型VSG控制策略，运用非线性最小二乘法计算转动惯量和阻尼特性的取值，但其模型过于理想化不满足一般性要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于罚函数的VSG自适应转动惯量控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于罚函数的VSG自适应转动惯量控制方法，包括如下步骤：

步骤一、根据转动惯量的动态特性，获取VSG转子方程和暂态过程的功频变化机理。

VSG转子方程为：

式中，ω为转子角频率，ω₀为电网同步角频率，T_m和T_e分别为模拟同步发电机的机械转矩和电磁转矩，D_p为模拟阻尼系数，θ为模拟电角度，T_m和T_e分别为模拟同步发电机的机械转矩和电磁转矩。角频率变化差值Δω＝ω-ω₀。

步骤二、根据VSG转子方程和暂态过程的功频变化机理，利用罚函数作用于逆变器的VSG转子运动模块，根据输入变量的动态变化求取转动惯量J的值，进而实现通过输入量的不同对转动惯量的实时自动调节。

选取VSG角频率的变化率dω/dt和角频率变化差值Δω作为输入变量，步骤二的具体内容包括：

2.1、将VSG角频率的变化率dω/dt和角频率变化差值Δω作为输入变量，将转动惯量J作为输出变量，建立基于罚函数的方程，如下式所示：

式中，J_r为下一时刻的转动惯量值，J_p为当前转动惯量值，h_i为惩罚函数，k为惩罚系数，s为并联并网支路数量。h_i的值由j时刻的转动惯量J相较于j-1时刻转动惯量J的大小决定。

优选地，惩罚系数k的取值为1。

2.2、获取总的罚函数惩罚值。具体地：

1)获取j时刻并联并网每一条支路的输入变量，输入变量采用VSG角频率的变化率dω/dt和角频率变化差值Δω。