[发明专利]考虑频率偏移方向的模型预测虚拟同步机逆变器控制方法

说明书

本发明提出了考虑频率偏移方向的模型预测虚拟同步机逆变器控制方法，包括：获得基于逆变器基频的当前频率绝对值和基于基频的稳态绝对值；通过比较上述两个绝对值判断频率偏移状态：处于偏离基频的状态或回归基频的状态；根据频率偏移状态，设定相应预测输出域，构建考虑频率偏移状态的成本函数；基于所述成本函数计算最优虚拟功率增量值，继而计算最优虚拟功率，将最优虚拟功率输入至虚拟同步机的摆动方程，根据输出值进行频率调整。本发明在不更改虚拟同步发电机的转动惯量和阻尼系数的前提下，考虑频率偏移状态实现不同的频率调节目标。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及考虑频率偏移方向的模型预测虚拟同步机逆变器控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

作为分布式能源的有效利用形式，微电网具有传输电能和提供电网支撑的能力，是可再生能源有效利用的重要途径和大电网的重要补充。微电网具有并网运行和孤岛运行两种模式。孤岛模式下，微电网失去大电网支撑，仅能依靠其内部的分布式能源、微型燃气轮机和储能来支撑公共母线电压和频率。由于含分布式能源的微电网缺乏像大电网中同步发电机的旋转动能，特别是当分布式能源比例逐渐增加时，微电网惯量随之降低，稳定性减弱。而虚拟同步发电机技术能够模拟同步发电机的机电暂态特性，使孤岛模式下逆变器具有同步发电机组的惯性、阻尼、一次调频、无功调压等外特性。因此，虚拟同步发电机技术能有效增加系统惯性，有助于提升孤岛模式下微电网的稳定性。

发明人在研究中发现，传统的虚拟同步发电机技术中惯性参数固定，难以适应复杂的微电网环境。当虚拟同步机设定的惯性较大时，系统频率一旦偏离基频就很难返回，不利于系统功率分配调节。相反，当虚拟同步机设定的惯性较小时，微电网的抗扰能力弱，系统稳定性差，负荷投切时易导致系统振荡甚至系统失稳，控制效果不佳。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了考虑频率偏移方向的模型预测虚拟同步机逆变器控制方法，用于提升系统弹性。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，本发明公开了考虑频率偏移方向的模型预测虚拟同步机逆变器控制方法，包括：

获得基于逆变器基频的当前频率绝对值和基于基频的稳态绝对值；

通过比较上述两个绝对值判断频率偏移状态：处于偏离基频的状态或回归基频的状态；

根据频率偏移状态，设定相应预测输出域，构建考虑频率偏移状态的成本函数；

基于所述成本函数计算最优虚拟功率增量值，继而计算最优虚拟功率，将最优虚拟功率输入至虚拟同步机的摆动方程，根据输出值进行频率调整。

作为进一步的实施方式，获得基于逆变器基频的当前频率绝对值和基于基频的稳态绝对值的方式为：

检测微电网孤岛模式下逆变器输出的系统频率，由逆变器当前功率计算系统稳态频率，确定基于基频的当前频率绝对值和基于基频的稳态绝对值。

作为进一步的实施方式，判断频率偏移状态时，基于基频的当前频率绝对值小于基于基频的稳态绝对值时，处于偏离基频的状态；

基于基频的当前频率绝对值大于基于基频的稳态绝对值时，处于回归基频的状态。

作为进一步的实施方式，所述考虑频率偏移状态的成本函数包含频率偏移波动值的预测域最小化目标，也包含频率回归波动值预测域最小化目标。

作为进一步的实施方式，根据频率偏移状态不同，偏离状态权重因子矩阵、回归状态权重因子矩阵及功率波动惩罚因子矩阵的赋值不同；

其中，频率偏离状态下，通过赋值以实现关于频率偏离波动值的预测域输出最优化为主；