[发明专利]一种提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法

摘要

一种提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法：针对低压微电网受到负荷突变等扰动后引起频率快速变化进而对系统造成瞬时冲击的问题，本发明提出了一种改善频率瞬时响应的控制策略。在虚拟同步发电机模型的基础上，将电角速度偏差Δω和虚拟阻尼系数D作为低压微电网孤岛运行状态下P/ω下垂控制的调节指标，使低压微电网在不同频率偏差情况下采用不同下垂系数，减小扰动后逆变器瞬时响应对系统造成的冲击，延缓频率变化速率。同时设计了Q-ω和Q/T协调控制的二次调频模块，既能实现频率无差调节，又能提供逆变器控制参考电压，抑制功率振荡。本发明适用于低压微电网受到负荷突变和状态转换等扰动的情况，可在电网受到扰动情况下减小频率因快速变化对系统造成的影响，有利于低压微电网的稳定运行。

主权项

一种提高低压微电网频率瞬时稳定性的调控方法，其特征是包括以下步骤：S1，将含有储能单元的低压微电网虚拟成同步发电机(VSG)模型设：所述的低压微电网中有n台DG，DG接口为电力电子型逆变器接口，经过开关S_k接入大电网，当开关S_k断开时低压微电网处在孤岛运行状态，P_e为电磁功率，T和T_i分别为虚拟同步发电机模型的机械转矩和电磁转矩，单位为N.m，其中T＝P/ω，J为转子的转动惯量，单位为kg.m²,ω^*为参考电角速度,ω_s为实际电角速度，D为定常阻尼系数，e为感应电动势，M_f为励磁绕组和磁场绕组之间的最大互感，i_e为励磁电流，δ为电角度，P为微电网中DG输出有功功率，Q为微电网DG输出无功功率，ω为微电网实际电角速度；在传统虚拟同步发电机(VSG)的数学模型为：Jω_ss＝(T‑T_i)‑D(ω^*‑ω_s)     (1)；$T_i=\frac{P_e}{{\mathrm{\ω}}_s}=\frac{3}{2}{M}_f{i}_{e}i\cos \mathrm{\δ}---\left(2\right);$e＝ω_sM_fi_e sinδ           (3)；$Q=\frac{3}{2}{M}_f{i}_{e}i\sin \mathrm{\δ}---\left(4\right);$由公式(1)得低压微电网孤岛状态下实现有功功率分配的T/ω下垂函数即参考电角速度表示为：ω^*＝ω_s‑m(T‑T_i)        (5)；S2，在低压微电网不同频率偏差情况下采用不同的下垂系数调频：$m_{\mathrm{droop}}=\left\{\begin{array}{cc}m-k_m{\left(k_n\right)}^{{\log }_D\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}& \mathrm{if\Δ\ω}>\left|{\mathrm{\Δ\ω}}_{\max }\right|\\ m& \mathrm{if\Δ\ω}\≤\left|{\mathrm{\Δ\ω}}_{\max }\right|\end{array}\right.---\left(6\right)$其中：m_droop为低压微电网总体下垂控制，k_m和k_n为低压微电网受到扰动时T‑ω下垂增益，k_m和k_n为低压微电网受到扰动时T‑ω下垂增益；只考虑阻尼系数D>0的情况，进行调频，调控方法如下式所示：令：${\mathrm{\ω}}^{*}={\mathrm{\ω}}_s-(m-k_m{\left(k_n\right)}^{{\log }_D\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|})(T-T_i)---\left(7\right);$其中Δω＝ω_s‑ω，k_m和k_n为低压微电网受到扰动时T‑ω下垂增益；虚拟阻尼系数D由系统最大电磁转矩ΔT_max和系统最大频率偏差Δω_max求得：$D=\frac{T_{\max }}{{\mathrm{\ω}}_s-{\mathrm{\ω}}^{*}}---\left(8\right);$$k_m=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_{\max }}{{\left(k_n\right)}^{{\log }_D\left|{\mathrm{\Δ\ω}}_{\max }\right|}}---\left(9\right);$参数Δω_max设计取值应满足国际标准IEEE1547的中的规定；S3，进行Q‑ω和Q/T下垂控制协调二次调频传统二次调频方程为：$\mathrm{\Δf}=-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_{\mathrm{load}}-{\mathrm{\ΔP}}_G}{K}---\left(10\right);$由公式(2)、(3)、(4)和(10)推导得：$\mathrm{\ΔP}={\mathrm{\Δei}}_e=\frac{3}{2}[\mathrm{\ΔQ}-(k_p+\frac{k_i}{s}){\mathrm{\Δ\ω}}_1-k_T\mathrm{\ΔT}]---\left(11\right);$本发明的二次调频方程为：${\mathrm{\Δ\ω}}_2={\mathrm{\Δ\ω}}_1-\frac{\mathrm{\ΔP}}{1+k_1+\frac{k_2}{s}+k_T}---\left(12\right);$其中：u为逆变器参考电压，k为无功控制增益系数；公式(12)中Δω₁和Δω₂分别为一次调频和二次调频后的电角速度。