[發明專利]一種基于模糊控制的虛擬同步發電機參數自適應控制方法

在審

• 申請號: 202011046184.7
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112134500A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 曹山秀;文傳博
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30;H02J3/48;H02J3/16;H02P103/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種基于模糊控制的虛擬同步發電機參數自適應控制方法，在分析經典的二階同步發電機暫態數學模型的基礎上，將傳統同步發電機的慣量和阻尼特性引入到虛擬同步發電機逆變器的控制算法中，與傳統大型同步發電機固定參數相比，該發明的最大優勢為參數可以自由變化，增加了VSG的自由度；以系統的轉子頻率變化率及變化量作為輸入，并根據虛擬慣量、虛擬阻尼分別與系統轉子頻率變化率及變化量之間的關系設計出虛擬慣量和阻尼的模糊規則，通過模糊控制來達到兩個參數協同自適應控制的目的，使系統在受到外界擾動時能夠自適應調節從而保證系統的穩定性。

技術領域

本發明涉及新能源電力系統與微電網技術領域，尤其是涉及一種基于模糊控制的虛擬同步發電機參數自適應控制方法。

背景技術

目前針對微電網并網技術的逆變器控制策略大多數是通過逆變器模擬同步發電機的運行機理，引入同步發電機的機械特性、電氣特性等外特性，使逆變器具有類似于同步發電機的轉動慣量和阻尼特性，從而達到提高逆變器輸出電能質量的目的。現有的微電網中基于虛擬同步發電機參數自適應控制的方法大多數集中在對有功-頻率環引入的虛擬慣量、虛擬阻尼參數的設計上，而這些控制方法一般采用的是單一的參數自適應控制策略，尤其是針對基于模糊控制的虛擬慣量、虛擬阻尼自適應控制策略，無法夠充分利用虛擬同步發電機技術中參數可自由調節的這一優勢，進而無法有效抑制系統的頻率變化過快和偏移過大的問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于模糊控制的虛擬同步發電機參數自適應控制方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于模糊控制的虛擬同步發電機參數自適應控制方法，該方法將同步發電機中的轉子運動機制引入到VSG的逆變器外環控制中，根據系統轉子運動的動態特性及逆變器自身條件的限制，對虛擬同步發電機的逆變器參數建立模糊控制模型，根據一個振蕩周期內系統轉子頻率變化量、變化率與虛擬慣量和虛擬阻尼之間的關系，分別以頻率變化率及變化量為輸入變量，通過模糊化、模糊控制推理及去模糊化操作，輸出對應的虛擬慣量變化量、虛擬阻尼變化量，實現參數自適應變化。

根據系統轉子運動的動態特性及逆變器自身條件的限制，對虛擬同步發電機的逆變器參數建立模糊控制模型的具體流程包括：

S1：判斷系統是否處于穩定狀態，若是，則輸出虛擬慣量變化量為虛擬慣量的初始值、虛擬阻尼變化量為虛擬阻尼的初始值，否則，執行下一步；

S2：建立虛擬同步發電機的逆變器參數模糊控制模型，根據VSG功角振蕩曲線，分別獲取轉子角頻率的變化率、瞬時角頻率與額定角頻率的差值與虛擬慣量、虛擬阻尼之間的關系；

具體地：獲取模擬擾動下VSG功角曲線和一個振蕩周期的頻率變化曲線，獲取頻率變化率和瞬時角頻率與額定角頻率的差值，根據頻率變化率和瞬時角頻率與額定角頻率的差值建立虛擬慣量、阻尼的模糊自適應參數控制策略：

在模擬擾動下VSG功角曲線中，當某時間區間內，虛擬轉子角速度的變化率dω/dt先突增再逐漸減小，而虛擬轉子角速度大于電網額定角速度且不斷增加，則在該區間內增大轉動慣量和阻尼系數抑制dω/dt和瞬時角頻率與額定角頻率的差值Δω過大，此區間內dω/dt＞0,Δω＞0；當虛擬轉子角速度的變化率dω/dt＜0，轉子角速度開始從極大值逐漸減小，而轉子角速度仍大于電網角速度，則在此時間段內減小轉動慣量；當虛擬轉子角速度的變化率dω/dt＜0，且dω/dt先突減再逐漸減小，轉子角速度向極小值逐漸減小，轉子角速度小于電網角速度，則在此時間段內減小轉動慣量；當虛擬轉子角速度的變化率dω/dt＞0,Δω＞0，且dω/dt逐漸增大，轉子角速度小于電網角速度，則在此時間段內增大轉動慣量和阻尼系數。

S3：利用獲取的上述關系分別建立虛擬慣量、虛擬阻尼的模糊控制規則，根據模糊變化輸出虛擬慣量變化量、虛擬阻尼變化量，使虛擬慣量和虛擬阻尼自適應變化；