[發(fā)明專利]一種虛擬同步發(fā)電機(jī)的控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810255540.2
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN110311402A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盛萬興;宋振浩;吳鳴;呂志鵬;孫麗敬;鄭楠;徐斌;王劉芳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院有限公司;國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)安徽省電力有限公司;國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

一種虛擬同步發(fā)電機(jī)的控制方法及系統(tǒng)，包括：依據(jù)電網(wǎng)頻率的波動范圍計算轉(zhuǎn)動慣量；基于所述轉(zhuǎn)動慣量和預(yù)設(shè)的虛擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量自適應(yīng)控制算法，對所述虛擬同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。本發(fā)明的技術(shù)方案通過不同情況下虛擬同步發(fā)電機(jī)慣量的自適應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)了分布式電源并網(wǎng)的穩(wěn)定性，降低了分布式電源對電網(wǎng)安全優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的負(fù)面影響，提高了網(wǎng)?源互動能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及配電網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種虛擬同步發(fā)電機(jī)的控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著分布式電源在電力系統(tǒng)的滲透率不斷提升，傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)裝置比例逐漸降低，電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量及轉(zhuǎn)動慣量相對減少。由于一次能源具有間歇性及不可控性，且常規(guī)的并網(wǎng)發(fā)電控制較多采用電力電子并網(wǎng)逆變器模式，即將新能源發(fā)出的電量最大限度饋入電網(wǎng)，該模式并未體現(xiàn)常規(guī)電力系統(tǒng)固有的慣性及調(diào)頻調(diào)壓控制特性，這使得電網(wǎng)穩(wěn)定性問題越發(fā)嚴(yán)峻。在常規(guī)的電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)頻率、電壓的動態(tài)特性與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量及系統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)壓控制有關(guān)。然而分布式電源還不能有效地參與電網(wǎng)的調(diào)節(jié)，因此如何讓分布式電源友好地并網(wǎng)，降低分布式電源對電網(wǎng)安全優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的負(fù)面影響，提高電網(wǎng)對分布式電源的接納能力，是智能配電網(wǎng)亟需解決的重大問題。

如果在基于電力電子逆變器并網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)中，若借助配備的儲能環(huán)節(jié)，并采用適當(dāng)?shù)牟⒕W(wǎng)逆變器控制算法，使基于并網(wǎng)逆變器的分布式電源從外特性上模擬或部分模擬出同步發(fā)電機(jī)的頻率及電壓控制特性，從而改善分布式系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這就是所謂的虛擬同步發(fā)電機(jī)(Virtual Synchronous Generator，VSG)控制。

虛擬同步機(jī)技術(shù)是通過模擬同步機(jī)組的機(jī)電暫態(tài)特性，使采用變流器的電源或負(fù)荷具有同步機(jī)組的慣量、阻尼、頻率和電壓調(diào)整等運(yùn)行外特性的技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)的控制方式無法滿足在轉(zhuǎn)動慣量實(shí)時變化的情況下，對虛擬同步發(fā)電機(jī)的控制，這是其局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種虛擬同步發(fā)電機(jī)的控制方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種虛擬同步發(fā)電機(jī)的控制方法，包括：

依據(jù)電網(wǎng)頻率的波動范圍計算轉(zhuǎn)動慣量；

基于所述轉(zhuǎn)動慣量和預(yù)設(shè)的虛擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量自適應(yīng)控制算法，對所述虛擬同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，所述基于所述轉(zhuǎn)動慣量和預(yù)設(shè)的虛擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量自適應(yīng)控制算法，對所述虛擬同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，包括：

基于所述預(yù)設(shè)的虛擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量自適應(yīng)控制算法獲得慣性時間常數(shù)與轉(zhuǎn)動慣量關(guān)系；

通過所述轉(zhuǎn)動慣量對所述慣性時間常數(shù)的影響減緩頻率下降速率實(shí)現(xiàn)對所述虛擬同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的虛擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量自適應(yīng)控制公式為：

式中，J：轉(zhuǎn)動慣量，P_ref：有功指令信號，P：實(shí)際輸出功率信號，ω₀：電網(wǎng)額定角速度，ω：電網(wǎng)實(shí)際角速度，k_f：頻率跟蹤系數(shù)，D：阻尼系數(shù),K_ω：功率調(diào)整系數(shù)，頻率的變化對應(yīng)有功功率的變化。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的虛擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量自適應(yīng)控制公式還包括：采用慣性時間常數(shù)和有功頻率下垂系數(shù)進(jìn)行表達(dá)，表達(dá)式如下：

式中，τ′：慣性時間常數(shù)，D′_P：有功頻率下垂系數(shù)。

優(yōu)選地，所述慣性時間常數(shù)與轉(zhuǎn)動慣量的關(guān)系如下式：

優(yōu)選地，所述依據(jù)電網(wǎng)頻率的波動范圍計算轉(zhuǎn)動慣量，如下式：