[發明專利]一種頻率支撐暫態能量優化的虛擬同步機自適應控制方法

在審

• 申請號: 202211407126.1
• 申請日: 2022-11-10
• 公開（公告）號: CN115693773A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 劉佳;劉昕宇;劉進軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/48;H02J3/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

1.一種頻率支撐暫態能量優化的虛擬同步機自適應控制方法，其特征在于，包括：

將虛擬同步機并聯的大電網等效成一臺同步機；

分析負載擾動變化時所述虛擬同步機的暫態能量過程，將虛擬同步機輸出功率進行分區域，分析不同區域中暫態能量；

結合有關虛擬同步機不同區域中暫態能量的分析，依據電網頻率偏差與頻率變化率乘積符號的變化，自適應調節虛擬同步機關鍵參數，實現虛擬同步機自適應控制策略。

2.根據權利要求1所述的一種頻率支撐暫態能量優化的虛擬同步機自適應控制方法，其特征在于，所述將虛擬同步機并聯的大電網等效成一臺同步機，并考慮其原動機模型及其一次二次調頻能力。

3.根據權利要求1所述的一種頻率支撐暫態能量優化的虛擬同步機自適應控制方法，其特征在于，將虛擬同步機并聯的大電網等效成一臺同步機還設計虛擬同步機的有功-頻率控制，具體是：

基于虛擬同步機的有功-頻率控制關系，提出狀態反饋控制方程進行控制。

4.根據權利要求3所述的一種頻率支撐暫態能量優化的虛擬同步機自適應控制方法，其特征在于，所述狀態反饋控制方程為：

P_in+P_d+P_out＝J_sfω₀sω_m (2)

其中，ω_m為電網頻率，ω_db為虛擬同步機下垂死區，ω₀為額定電網頻率，k_p為虛擬同步機下垂系數，J_sf為名義轉動慣量，T_fsf為一階濾波器時間常數，k_xω，k_xp，k_xi為狀態反饋系數，P₀為有功功率參考值，P_in為輸入軸功率，P_d為阻尼功率，P_out為輸出功率。

5.根據權利要求1所述一種頻率支撐暫態能量優化的虛擬同步機自適應控制方法，其特征在于，分析負載擾動變化時所述虛擬同步機的暫態能量過程，將虛擬同步機輸出功率進行分區域，分析不同區域中暫態能量，包括：

分析帶下垂死區的虛擬同步機對電網頻率支撐的暫態過程，提出將虛擬同步機輸出功率分為四個區域：

負載突增電網頻率跌落時，轉動慣量立刻響應負載變化，使得虛擬同步機對外輸出能量增大，為區域I；

電網頻率偏差越過下垂死區范圍后，下垂環節開始參與電網一次調頻，使虛擬同步機輸出足夠大的暫態功率來主動支撐電網頻率，為區域Ⅱ；

區域Ⅲ、Ⅳ為在電網二次調頻的作用下，電網頻率開始緩慢恢復過程中，虛擬同步機轉動慣量吸收來自下垂環節所提供的能量。

6.根據權利要求5所述一種頻率支撐暫態能量優化的虛擬同步機自適應控制方法，其特征在于，所述確定不同區域中暫態能量占比后還包括：

將暫態能量細分為電網頻率跌落至谷值前釋放的能量與跌落至谷值后釋放的能量；其中，電網頻率跌落至谷值前的能量主動支撐暫態過程中的電網頻率，減小電網頻率最大偏差，使得電網安全穩定運行；跌落至谷值后的一部分能量，由電網中火電機組的一次二次調頻來承擔。

7.根據權利要求1所述一種頻率支撐暫態能量優化的虛擬同步機自適應控制方法，其特征在于，所述依據電網頻率偏差與頻率變化率乘積符號的變化，自適應調節虛擬同步機關鍵參數，包括：

判斷電網頻率偏差與下垂死區絕對值的大小關系，電網頻率小于下垂死區絕對值時，下垂系數保持恒為0；電網頻率超出下垂死區范圍時，根據電網頻率偏差與頻率變化率乘積符號的變化，自適應調節包括下垂系數的虛擬同步機參數，具體表達式如下：

其中，ω_m為電網頻率，ω_db為下垂死區，ω₀為額定電網頻率，k_p為虛擬同步機下垂系數，k_{p_adapt}為虛擬同步機自適應下垂系數。