[发明专利]基于分段自适应虚拟惯量的虚拟同步机频率调节方法

说明书

本发明公开了一种基于分段自适应虚拟惯量的虚拟同步机频率调节方法，属于电力电子技术领域。该调节方法通过虚拟同步机双闭环控制方法、基于加权系数的分段自适应虚拟惯量控制方法，在不引入高频噪声不利影响的前提下，结合大惯量和小惯量的优点实现对虚拟同步机虚拟惯量的自适应控制，提高了虚拟同步机的调频性能和对电网的频率支撑能力。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种基于分段自适应虚拟惯量的虚拟同步机频率调节方法。

背景技术

近年来，随着可再生能源的快速发展，分布式发电由于其能源的可持续性和对环境的友好性快速发展，分布式发电通常通过电力电子接口将光伏、风力、燃料电池储能单元连接起来，形成自主的微电网系统。电力电子装置响应速度快、输出阻抗小、转动惯量低，不利于微电网的频率动态稳定性。当分布式发电的渗透率逐渐增加时，会导致电网频率响应差，由此提出了虚拟同步发电机技术。

虚拟同步机技术通过将同步发电机的数学模型嵌入到逆变器的控制中，控制逆变器产生输出电压，提高系统的惯性和阻尼以支撑电网电压和频率，增强并网装置接入稳定性。现有研究表明,大规模可再生能源发电设备接入电网时,接入一定比例的虚拟同步机有利于分布式发电系统的稳定性。现有虚拟同步机大多在不同运行状态下均采用同一惯量常数，但随着虚拟同步机技术在微电网的应用日益广泛，固定惯量常数的负面影响逐渐凸显出来。当虚拟同步机采用低转动惯量时，系统的暂态响应速度快，但此时频率波动较快，频率变化率较大，对虚拟同步机的稳定运行产生了威胁。当虚拟同步机采用高转动惯量时，系统对于外界发生扰动的响应迟缓使得恢复时间较长，虚拟同步机运行的稳定裕度也会受到影响。基于逆变器的分布式电源发电不受同步发电机的物理约束，可以实时灵活地设计惯量和阻尼参数。目前已有多篇文献对虚拟惯量灵活控制提高虚拟同步机稳定性的有效性进行了研究。

题为“Power System Stabilization UsingVirtual SynchronousGeneratorWith Alternating Moment of Inertia”(J.Alipoor,Y.Miura and T.Ise,Power System Stabilization UsingVirtual Synchronous Generator WithAlternating Moment of Inertia,in IEEE Journal of Emerging and SelectedTopics in Power Electronics,vol.3,no.2,pp.451-458,June 2015.)(“具有交变转动惯量的虚拟同步发电机系统稳定性”)采用bang-bang控制器产生实时虚拟惯量，通过判断角速度差及其变化率的状态来决定采用所设定好的最大或最小惯量值，这种策略提高了系统的动态性能，让系统变得更快更稳定，但没有给出虚拟惯量极值的整定方法，且引入的频率微分量使得系统更易受到扰动。

题为“基于自适应旋转惯量的虚拟同步发电机控制策略”(程启明,余德清,程尹曼,高杰,张宇,谭冯忍.基于自适应旋转惯量的虚拟同步发电机控制策略[J].电力自动化设备,2018,38(12):79-85.)提出在自适应虚拟惯量控制环节加入低通滤波单元，抑制系统负载波动造成的频率波动，但文中未给出低通滤波单元的参数设计准则。