[發明專利]基于慣量和阻尼自適應的虛擬同步發電機控制方法

在審

• 申請號: 202011618816.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112821445A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 程天琪;陳鳴慧;李建勇
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/42;H02M7/48;H02M7/493
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于慣量和阻尼自適應的虛擬同步發電機控制方法，屬于微電網運行控制領域。該方法設計了慣量和阻尼與角頻率變化率間的自適應關系，使得系統可以根據其暫態過程中不同階段的系統特征來自由配置慣量和阻尼。當時，系統頻率處于加速階段，此時需要增大慣量來約束虛擬轉子角速度的增加。雖然，大的慣量能提高抗擾性，但也會減緩響應速度，因此，此階段應同時適當減小阻尼來提高系統響應速度。同時，該方法還設置了角頻率變化率的閾值，減小慣量和阻尼的變化次數，保證系統穩態運行時不受影響。該方法減小了系統在暫態過程中的超調量和震蕩時間，有效增強了系統慣性。

技術領域

本發明屬于微電網運行控制領域，尤其涉及基于慣量和阻尼自適應的虛擬同步發電機控制方法。

背景技術

近年來。微電網作為一種可再生能源接入電網的有效載體，已受到越來越多的關注。傳統的基于虛擬同步發電機控制的逆變器可以擁有類似同步發電機的外特性，在這種控制技術中，系統的慣量和阻尼是重要的控制參數，慣量可以優化動態特性，阻尼可以改善角頻率的穩態特性，通過合理控制這兩個變量，可以使得逆變器具有更優良的控制性能。然而，現有的研究很多都僅局限于對同步發電機的模擬，并為考慮到逆變器控制的系統具有更優越的靈活性。相對于固定不變的慣量和阻尼，逆變器可以根據實際的應用場合自適應地選擇更合適的值。

本發明考慮到上述情況，提供一種基于慣量和阻尼自適應的虛擬同步發電機控制方法，同時，考慮到負載變化對逆變器系統的影響與實時性，控制系統可以根據角頻率的變化量和變化率自適應地調整慣量和阻尼的大小，使得逆變器輸出頻率變化最小，輸出電能質量最高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于慣量和阻尼自適應的虛擬同步發電機控制方法，構建了慣量和阻尼與角頻率變化率間的自適應關系，使得系統可以根據其暫態過程中不同階段的系統特征來自由配置慣量和阻尼。當時，系統頻率處于加速階段，此時需要增大慣量來約束虛擬轉子角速度的增加，減小超調。但是，大的慣量雖然能提高抗擾性，但也會減緩響應速度，因此，此階段應同時適當減小阻尼來提高系統響應速度。同時，該方法還設置了角頻率變化率的閾值，減小慣量和阻尼的變化次數，保證系統穩態運行時不受影響。與傳統的虛擬同步發電機的控制方法相比，該方法減小了系統在暫態過程中的超調量和震蕩時間，有效增強了系統慣性。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：基于慣量和阻尼自適應的虛擬同步發電機控制方法，包括以下步驟：

步驟1：建立虛擬同步發電機的逆變器控制模型，得到逆變器的輸出角頻率變化率與慣量J和阻尼D間的關系。根據傳統的同步發電機的二階模型，等效的虛擬同步發電機的轉子運動方程為：其中J為同步發電機的慣量，單位為Kg·m²，D為阻尼轉矩所對應的同步發電機的阻尼，單位為N·m·s/rad，Δω＝ω-ω₀，ω₀為同步發電機的額定角速度，單位為rad/s。

虛擬同步發電機的機械功率由調度指令P_ref和角頻率差值Δω共同決定，P_m＝P_ref+K_ω*Δω。

同步發電機通過調整勵磁電流實現端電壓及輸出無功功率的調整，而虛擬同步發電機通過調整虛擬同步發電機的虛擬電勢來實現端電壓及無功功率的調整。通過模擬同步發電機勵磁系統的調壓作用，參考無功-電壓下垂控制，得到虛擬同步發電機的無功-電壓控制：E＝E₀+K_q(Q_ref-Q)+K_v(U_ref-U)，式中，E為虛擬同步發電機的內電勢幅值，E₀為虛擬同步發電機的空載電動勢，Q_ref和Q分別為給定無功功率和無功功率的實際值，U_ref和U分別為機端電壓的額定值和實際值，K_q和K_v分別為無功功率調節系數和電壓調節系數。