[发明专利]一种基于模糊控制的虚拟同步发电机参数自适应控制方法

说明书

本发明涉及一种基于模糊控制的虚拟同步发电机参数自适应控制方法，在分析经典的二阶同步发电机暂态数学模型的基础上，将传统同步发电机的惯量和阻尼特性引入到虚拟同步发电机逆变器的控制算法中，与传统大型同步发电机固定参数相比，该发明的最大优势为参数可以自由变化，增加了VSG的自由度；以系统的转子频率变化率及变化量作为输入，并根据虚拟惯量、虚拟阻尼分别与系统转子频率变化率及变化量之间的关系设计出虚拟惯量和阻尼的模糊规则，通过模糊控制来达到两个参数协同自适应控制的目的，使系统在受到外界扰动时能够自适应调节从而保证系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及新能源电力系统与微电网技术领域，尤其是涉及一种基于模糊控制的虚拟同步发电机参数自适应控制方法。

背景技术

目前针对微电网并网技术的逆变器控制策略大多数是通过逆变器模拟同步发电机的运行机理，引入同步发电机的机械特性、电气特性等外特性，使逆变器具有类似于同步发电机的转动惯量和阻尼特性，从而达到提高逆变器输出电能质量的目的。现有的微电网中基于虚拟同步发电机参数自适应控制的方法大多数集中在对有功-频率环引入的虚拟惯量、虚拟阻尼参数的设计上，而这些控制方法一般采用的是单一的参数自适应控制策略，尤其是针对基于模糊控制的虚拟惯量、虚拟阻尼自适应控制策略，无法够充分利用虚拟同步发电机技术中参数可自由调节的这一优势，进而无法有效抑制系统的频率变化过快和偏移过大的问题。

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模糊控制的虚拟同步发电机参数自适应控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于模糊控制的虚拟同步发电机参数自适应控制方法，该方法将同步发电机中的转子运动机制引入到VSG的逆变器外环控制中，根据系统转子运动的动态特性及逆变器自身条件的限制，对虚拟同步发电机的逆变器参数建立模糊控制模型，根据一个振荡周期内系统转子频率变化量、变化率与虚拟惯量和虚拟阻尼之间的关系，分别以频率变化率及变化量为输入变量，通过模糊化、模糊控制推理及去模糊化操作，输出对应的虚拟惯量变化量、虚拟阻尼变化量，实现参数自适应变化。

根据系统转子运动的动态特性及逆变器自身条件的限制，对虚拟同步发电机的逆变器参数建立模糊控制模型的具体流程包括：

S1：判断系统是否处于稳定状态，若是，则输出虚拟惯量变化量为虚拟惯量的初始值、虚拟阻尼变化量为虚拟阻尼的初始值，否则，执行下一步；

S2：建立虚拟同步发电机的逆变器参数模糊控制模型，根据VSG功角振荡曲线，分别获取转子角频率的变化率、瞬时角频率与额定角频率的差值与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的关系；

具体地：获取模拟扰动下VSG功角曲线和一个振荡周期的频率变化曲线，获取频率变化率和瞬时角频率与额定角频率的差值，根据频率变化率和瞬时角频率与额定角频率的差值建立虚拟惯量、阻尼的模糊自适应参数控制策略：

在模拟扰动下VSG功角曲线中，当某时间区间内，虚拟转子角速度的变化率dω/dt先突增再逐渐减小，而虚拟转子角速度大于电网额定角速度且不断增加，则在该区间内增大转动惯量和阻尼系数抑制dω/dt和瞬时角频率与额定角频率的差值Δω过大，此区间内dω/dt＞0,Δω＞0；当虚拟转子角速度的变化率dω/dt＜0，转子角速度开始从极大值逐渐减小，而转子角速度仍大于电网角速度，则在此时间段内减小转动惯量；当虚拟转子角速度的变化率dω/dt＜0，且dω/dt先突减再逐渐减小，转子角速度向极小值逐渐减小，转子角速度小于电网角速度，则在此时间段内减小转动惯量；当虚拟转子角速度的变化率dω/dt＞0,Δω＞0，且dω/dt逐渐增大，转子角速度小于电网角速度，则在此时间段内增大转动惯量和阻尼系数。

S3：利用获取的上述关系分别建立虚拟惯量、虚拟阻尼的模糊控制规则，根据模糊变化输出虚拟惯量变化量、虚拟阻尼变化量，使虚拟惯量和虚拟阻尼自适应变化；