[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

本發明公開了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及系統，包括：將虛擬同步機并聯的大電網等效成一臺同步機，并考慮其的原動機模型及其一次二次調頻能力；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。本發明以優化虛擬同步機儲能容量、降低儲能裝置成本為導向，相較于傳統虛擬同步機控制，不僅實現了與之相同的電網頻率支撐，而且極大地降低了儲能裝置成本。

技術領域

本發明涉及并網逆變器控制技術領域，特別涉及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。

背景技術

為實現以化石能源為主導的傳統電力系統向以新能源為主體的新型電力系統轉型，建設適應高比例新能源廣泛接入的新型電力系統，構建“清潔低碳、安全高效”的能源體系。新能源通常通過并網逆變器接入電網，而傳統的并網逆變器無法像傳統同步機一樣為電網提供電壓支撐、慣性支撐和一次調頻能力，這給電力系統穩定性運行帶來嚴峻挑戰。因此，隨著越來越多的新能源接入電網，傳統同步機不足以繼續維持電力系統的穩定運行，新能源并網逆變器在電網中的占比受到了限制。

圖1所示的虛擬同步機(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制是解決上述問題的有效方案，通過模擬同步機的擺動方程與電磁方程，使得逆變器具有與同步機相似的外特性，從而對電網的頻率和電壓起到主動支撐的作用，被認為是在“雙碳”目標背景下維護“雙高”電網(高比例可再生能源、高比例電力電子裝備)穩定運行的關鍵技術。隨著對虛擬同步機控制研究的不斷深入，近年來，研究者又進一步提出了虛擬同步機自適應控制，通過在控制過程中靈活地改變轉動慣量及阻尼系數等參數，相較于傳統虛擬同步機控制，實現了暫態響應更優的效果。

目前，虛擬同步機自適應控制的研究主要可分為抑制頻率/功率振蕩及改善電網頻率支撐效果兩類。在抑制頻率/功率振蕩的研究中，文獻1提出了一種改進的轉動慣量自適應控制，提出虛擬同步機并網時，提供較小的轉動慣量以避免功率震蕩，頻率偏差超出死區范圍時，動態調節轉動慣量。文獻2提出了采用模糊控制，在虛擬同步機調速器輸出側增加一個矯正控制量，在線調節暫態過程中轉動慣量參數，從而改善系統頻率的動態響應。然而，通過合理設計虛擬同步機的阻尼環節，虛擬同步機的頻率、功率振蕩問題即可得到有效解決，采用自適應參數的必要性不大。在改善電網頻率支撐效果的研究中，文獻3提出線性二次型最優控制，最優設計轉動慣量與阻尼系數，減小了多臺逆變器與同步機并聯時的電網頻率最大偏差。文獻4提出了一種基于Fuzzy-MPC-VSG聯合控制的方法，通過模糊控制在線調節轉動慣量與阻尼系數，利用模型預測控制算法調節虛擬同步機輸出功率，最終相較于Fuzzy-VSG控制或MPC-VSG控制，進一步減小了電網頻率最大偏差。然而，上述以改善電網頻率支撐效果為目的的自適應控制雖然減小了電網頻率最大偏差，但常以消耗更多的虛擬同步機暫態能量為代價，這增加了VSG的儲能成本。

根據以上對虛擬同步機自適應控制的分析，到目前為止，尚沒有一種同時考慮頻率支撐效果與降低儲能容量的優化設計方法。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供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及系統。本發明以虛擬同步機為電網提供頻率支撐為前提，以降低儲能容量為導向，提出一種自適應調節虛擬同步機關鍵參數的控制策略。

為實現上述目的，采取以下具體流程：

一種虛擬同步機自適應控制方法，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；