[发明专利]含高比例可再生能源的海岛微电网频率稳定的优化控制方法

说明书

本发明提出一种含高比例可再生能源的海岛微电网频率稳定的优化控制方法，通过构建含有虚拟同步发电机的海岛微电网系统模型，得到系统的微分‑代数方程组；利用时域仿真法分析虚拟同步发电机的虚拟惯量和虚拟下垂控制系数对海岛微电网系统频率稳定的影响，获取相应控制参数的变化区间；创建衡量系统扰动后能量不平衡大小的最优二次型目标函数，并利用优化控制理论结合约束条件和目标函数对虚拟同步发电机模型的虚拟惯量和虚拟下垂控制系数进行优化设计，实现海岛微电网系统频率稳定性的优化控制。其能够显著提升海岛微电网系统频率稳定性。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种含高比例可再生能源的海岛微电网频率稳定的优化控制方法。

背景技术

风电机组、光伏发电系统是海岛微电网的主要电力生产设备，海岛微电网是典型的新能源高渗透微型电力系统。由于可再生能源发电具有随机性、间歇性等特点，其通过电力电子变换器装置接入电网，不具备旋转设备、不具备一次调频能力，使得微电网普遍存在系统惯性小、频率稳定性差等问题，系统的频率稳定控制难度显著高于一般的大型电网。

虚拟同步发电机技术可以很好的减弱新能源并网给海岛微电网系统带来的影响，原因在于虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator，虚拟同步发电机)能够模拟传统微电网中柴油发电机的特性，具有虚拟惯性和下垂控制环节，可以参与系统的频率和电压的调节，对电网的稳定性具有积极的作用。但是当系统有多台虚拟同步机时，系统的动态特征更复杂，对虚拟同步发电机的认识不能仅停留在于同步机相似的特性，因此有必要分析虚拟同步发电机主要控制参数对系统频率稳定的影响，以及寻找到不同虚拟同步发电机之间最优的控制参数配置，保证系统的稳定性运行。

现有的微电网规划设计仅仅对虚拟同步机单一参数有考虑，没有对下垂控制参数的考虑，且缺乏对两种参数的协调优化，不利于提升微电网的频率稳定性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种含高比例可再生能源的海岛微电网频率稳定的优化控制方法，用于解决高比例新能源并网后微电网系统的频率稳定问题，减少发电侧扰动对系统频率稳定的影响。本发明以海岛微电网发生扰动后系统的能量不平衡最小为目标，建立含约束条件的动态优化模型，通过遗传优化算法求解优化模型，得到不同虚拟同步发电机之间虚拟惯量和虚拟下垂控制参数的最优配置，以此获取频率稳定优化控制方法。

其具体采用以下技术方案：

一种含高比例可再生能源的海岛微电网频率稳定的优化控制方法，其特征在于：通过构建含有虚拟同步发电机的海岛微电网系统模型，得到系统的微分-代数方程组；利用时域仿真法分析虚拟同步发电机的虚拟惯量和虚拟下垂控制系数对海岛微电网系统频率稳定的影响，获取相应控制参数的变化区间，即获取控制参数优化所需的约束条件；创建衡量系统扰动后能量不平衡大小的最优二次型目标函数，并利用优化控制理论结合约束条件和目标函数对虚拟同步发电机模型的虚拟惯量和虚拟下垂控制系数进行优化设计，实现海岛微电网系统频率稳定性的优化控制，提升海岛微电网系统频率稳定性，从而为微电网的规划设计以及频率稳定性分析提供理论支撑。

优选地，具体包括以下步骤：

步骤S1：构建含有虚拟同步发电机的海岛微电网系统模型，包括柴油发电机、风电机组、光伏发电系统以及电池储能系统；获取系统的微分-代数方程组；

步骤S2：通过分析虚拟同步发电机的虚拟惯量和虚拟下垂控制系数对海岛微电网频率稳定性的影响，以及通过时域仿真分析，获取虚拟惯量和虚拟下垂控制系数的变化区间；

步骤S3：构建微电网频率控制的动态优化模型；

步骤S4：采用Dymola/Modelica中的遗传算法优化求解器对动态优化模型进行优化求解，并将所需的参数结果输出；

步骤S5：优化设计虚拟同步发电机的控制参数，实现海岛微电网频率稳定性的优化控制。