[發明專利]一種基于并行退火算法的微網虛擬同步機參數優化方法

有效

• 申請號: 201811182433.8
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109390969B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 吳爭;季昆玉;賈俊;翁蓓蓓;蔣中軍;梅鑫
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司泰州供電分公司;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 楊本官

1.一種基于并行退火算法的微網虛擬同步機參數優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、結合線路、負載和采用下垂控制與二次調頻控制的虛擬同步機特性，以虛擬同步機節點為參考節點建立基于虛擬同步機型逆變器的微電網模型；包括線路與負載的建模、下垂控制逆變器建模、采用下垂控制和二次調頻控制的虛擬同步機建模以及參考節點整體仿真模型；

步驟二、根據虛擬同步機型逆變器微電網模型確定虛擬同步機優化參數的約束條件表達式和優化目標表達式；

步驟三、采用并行退火算法求解虛擬同步機參數優化模型，得到優化問題的最優解，確定該微電網中的最優控制參數；

所述步驟一，在線路與負載的建模過程中，將線路表示為電網節點i處有功功率P_i(V(t)，θ(t))、無功功率Q_i(V(t)，θ(t))和電壓相角θ_i(t)、電壓幅值V_i(t)之間關系的代數方程：

V(t)＝[V₁(t),V₂(t),...,V_n(t)]^T

θ(t)＝[θ₁(t),θ₂(t),...,θ_n(t)]^T

將負載表示為外部干擾：S_load(t)＝P_load(t)+jQ_load(t)；

對負載所連接的節點k引入代數約束，表示為：P_load(t)＝P_k(V,θ)，Q_load(t)＝Q_k(V,θ)；

其中，表示節點i的相鄰節點k的電導總和，表示節點i的相鄰節點k的電納總和，k∈N(i)，表示并聯導納，Y_ik＝G_ik+jB_ik表示節點i與節點k之間線路的導納；

在下垂控制逆變器建模過程中，將逆變器用微分方程描述為可控交流電壓源：

其中為瞬時頻率，為一階延遲電壓控制；且

其中k_P,i(P_nom，i-P_i*(V*，θ*))和k_Q,i(Q_nom，i-Q_i*(V*，θ*))分別是指基于離散式比例控制器，在下垂控制的閉環系統穩定狀態下由擾動引起的附加有功功率和無功功率；*表示閉環系統穩定狀態；

P_nom,i和Q_nom,i表示每個設備的額定有功和無功功率注入；V_nom和ω_nom分別表示額定電壓幅值和頻率；系數k_P,i和k_Q,i是確定設備之間所需分配功率的參數；

電壓源逆變器用瞬時頻率和一階延遲電壓控制建模，其中ω_sp,i(t)和V_sp,i(t)表示可自由調節頻率和電壓的設定運行點；功率測量由低通濾波器處理，其時間常數T_iT_inv；選擇設定點ω_sp,i(t)和V_sp,i(t)得到：

且根據每個設備的額定功率S_i，以及電網頻率和電壓幅值的約束可以得到：

在采用下垂控制和二次調頻控制的虛擬同步機建模過程中，虛擬同步機作為可編程逆變器的整體數學模型為：

T_i為時間常數；J0為慣性矩，k_d0為機械阻尼因子，T_d0為阻尼時間常數；P_inject(t)表示由虛擬同步機注入電網的有功功率，且：

P_inject(t)＝P_droop(t)+P_secondary(t)

二次調頻控制P_secondary(t)僅由虛擬同步機執行，并通過集成控制器實現，且：

虛擬同步機的電壓動態為具有快速時間常數T_inv,i的一階延遲，虛擬同步機的特定電壓控制策略使用均方根值V_grid,i(t)實現；該電壓從定子和電網之間的電網電壓測量得到：

虛擬同步機定子方程為，R_S0為定子電阻和L_S0為定子電感；

在參考節點整體仿真模型過程中，選擇虛擬同步機節點作為參考節點，

定義角度狀態Δθ(t)＝[Δθ₂(t),...,Δθ_n(t)]^T∈R^n-1；

其中表示任意節點的電壓相角與參考節點電壓相角的差值，且Δθ₁(t)≡0；

對于線路和負載，使用替代θ_i(t)；

對于未連接至參考節點的逆變器，使用替代復電壓

在虛擬同步機定子或逆變器濾波器與電網之間則為：

其中Y_coup1為復耦合導納，S_i＝P_i+Q_i為復功率，為復電壓。