[发明专利]基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法，属于微电网运行控制领域。该方法设计了惯量和阻尼与角频率变化率间的自适应关系，使得系统可以根据其暂态过程中不同阶段的系统特征来自由配置惯量和阻尼。当时，系统频率处于加速阶段，此时需要增大惯量来约束虚拟转子角速度的增加。虽然，大的惯量能提高抗扰性，但也会减缓响应速度，因此，此阶段应同时适当减小阻尼来提高系统响应速度。同时，该方法还设置了角频率变化率的阈值，减小惯量和阻尼的变化次数，保证系统稳态运行时不受影响。该方法减小了系统在暂态过程中的超调量和震荡时间，有效增强了系统惯性。

技术领域

本发明属于微电网运行控制领域，尤其涉及基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法。

背景技术

近年来。微电网作为一种可再生能源接入电网的有效载体，已受到越来越多的关注。传统的基于虚拟同步发电机控制的逆变器可以拥有类似同步发电机的外特性，在这种控制技术中，系统的惯量和阻尼是重要的控制参数，惯量可以优化动态特性，阻尼可以改善角频率的稳态特性，通过合理控制这两个变量，可以使得逆变器具有更优良的控制性能。然而，现有的研究很多都仅局限于对同步发电机的模拟，并为考虑到逆变器控制的系统具有更优越的灵活性。相对于固定不变的惯量和阻尼，逆变器可以根据实际的应用场合自适应地选择更合适的值。

本发明考虑到上述情况，提供一种基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法，同时，考虑到负载变化对逆变器系统的影响与实时性，控制系统可以根据角频率的变化量和变化率自适应地调整惯量和阻尼的大小，使得逆变器输出频率变化最小，输出电能质量最高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法，构建了惯量和阻尼与角频率变化率间的自适应关系，使得系统可以根据其暂态过程中不同阶段的系统特征来自由配置惯量和阻尼。当时，系统频率处于加速阶段，此时需要增大惯量来约束虚拟转子角速度的增加，减小超调。但是，大的惯量虽然能提高抗扰性，但也会减缓响应速度，因此，此阶段应同时适当减小阻尼来提高系统响应速度。同时，该方法还设置了角频率变化率的阈值，减小惯量和阻尼的变化次数，保证系统稳态运行时不受影响。与传统的虚拟同步发电机的控制方法相比，该方法减小了系统在暂态过程中的超调量和震荡时间，有效增强了系统惯性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立虚拟同步发电机的逆变器控制模型，得到逆变器的输出角频率变化率与惯量J和阻尼D间的关系。根据传统的同步发电机的二阶模型，等效的虚拟同步发电机的转子运动方程为：其中J为同步发电机的惯量，单位为Kg·m²，D为阻尼转矩所对应的同步发电机的阻尼，单位为N·m·s/rad，Δω＝ω-ω₀，ω₀为同步发电机的额定角速度，单位为rad/s。

虚拟同步发电机的机械功率由调度指令P_ref和角频率差值Δω共同决定，P_m＝P_ref+K_ω*Δω。

同步发电机通过调整励磁电流实现端电压及输出无功功率的调整，而虚拟同步发电机通过调整虚拟同步发电机的虚拟电势来实现端电压及无功功率的调整。通过模拟同步发电机励磁系统的调压作用，参考无功-电压下垂控制，得到虚拟同步发电机的无功-电压控制：E＝E₀+K_q(Q_ref-Q)+K_v(U_ref-U)，式中，E为虚拟同步发电机的内电势幅值，E₀为虚拟同步发电机的空载电动势，Q_ref和Q分别为给定无功功率和无功功率的实际值，U_ref和U分别为机端电压的额定值和实际值，K_q和K_v分别为无功功率调节系数和电压调节系数。