一种基于模糊控制的虚拟同步机虚拟惯性自适应调节方法及频率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊控制的虚拟同步机虚拟惯性自适应调节方法，该方法针对目前微电网中采用虚拟同步发电机控制技术进行逆变输出的微源，以其输出频率误差及误差变化率为模糊输入，基于二维模糊原理动态调节虚拟惯性时间常数。本发明专利技术还提供了一种频率控制方法，结合虚拟同步机的机械方程，对虚拟同步机的输出频率进行调节，使其在参与具体频率调节过程中达到频率支撑和动态响应间的平衡，减小负荷投切及微源并网带来的频率波动，保证微电网在孤岛状态下频率稳定及快速反应。

A virtual inertial adaptive adjustment method and frequency control method for virtual synchronous machine based on fuzzy control

The invention discloses a method for regulating the virtual inertial virtual synchronous machine based on adaptive fuzzy control, this method aiming at the micro grid with micro source virtual synchronous generator control technology of inverter output, the output frequency error and error change rate as fuzzy input, fuzzy dynamic adjustment principle based on virtual inertia time constant. The invention also provides a method of frequency control, combined with the mechanical equations of virtual synchronous machine, the output frequency of the virtual synchronous machine is adjusted to reach a balance between response and dynamic frequency support in specific frequency adjustment process, reduce the frequency fluctuation of load switching and micro source and network brings, ensure the micro in the island state grid frequency stability and rapid response.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊控制的虚拟同步机虚拟惯性自适应调节方法及频率控制方法
本专利技术涉及分布式电源基于虚拟同步机技术的逆变器控制领域，尤其涉及一种基于模糊控制的虚拟同步机虚拟惯性自适应调节方法及频率控制方法。
技术介绍
近年来，为解决日渐突出的能源环境问题，以太阳能、风能等可再生能源为代表的新能源的开发和利用受到了极高的重视，包含各种能源形式的分布式电源在微电网中渗透率也随之不断提高，为微网稳定性带来了极大的挑战，尤其在孤岛运行工况下，缺乏大电网的频率支撑，加上普遍的多逆变器环境，使微网频率受负荷变化和分布式电源投切影响明显，多逆变器并联协同的暂态过程较长，不仅使微网电能质量降低，也使微网安全稳定运行受到威胁，用电安全性下降。为解决微网电力电子化后响应速度变快，而传统逆变器缺乏同步电机带来的转动惯量，难以参与电网频率调节等问题，借鉴传统电力系统的运行经验，虚拟同步机控制技术得到了快速的发展，其目的在于使传统逆变器在暂态过程中表现出与同步电机相似的外特性，带来频率调节过程中重要的惯性和阻尼特性，为微网提供必要的电压和频率支撑，保证微网频率稳定性。然而现有虚拟同步机技术更倾向于根据微网实际情况设计恒定的控制参数，一方面不利于分布式电源适应微网结构变化，一方面不能充分发挥虚拟同步机“虚拟惯性可调”这一优势，保守地引入大惯性虽能为微网带来明显的电压支撑，抵御负荷变化，但也不可避免地使系统动态响应变慢，调整时间变长，使微网频率始终处于不稳定状态，为负荷安全带来隐患。因此，在保证系统安全稳定运行的情况下，需要一种能综合微网系统的整体要求以及分布式电源自身的响应特性，而实时调节逆变器虚拟惯性的方法，使其在负荷与分布式电源投切过程中保持足够的惯性与阻尼，抵御扰动，又能在频率调节和分布式电源协同过程中获得良好的动态响应，快速渡过暂态过程。基于此思想，加上虚拟同步发电机控制的非线性与时变特性，本专利技术采用模糊控制来实现虚拟同步机虚拟惯性的自适应调节，使其在调节过程中具有较佳的鲁棒性、适应性及较佳的容错性。有效地抵御微网系统发生负荷变化和微源投切时造成的频率突变，减小逆变器微源与微网受到的冲击，防止扰动带来的系统振荡，保证微网电能质量，同时缩短暂态过程，使频率调节能快速、准确地完成，提升系统的整体动态响应。
技术实现思路
针对现有虚拟同步机控制方法的不足，本专利技术的目的在于提出了一种基于模糊控制的虚拟同步机虚拟惯性自适应调节方法及频率控制方法。本专利技术的目的是通过以下技术手段实现的：一种基于模糊控制的虚拟同步机虚拟惯性自适应调节方法，该方法为：以ts为采样周期，采集额定频率f0与逆变器输出频率f，获得f0与f间误差e＝f0-f，以及e对时间的导数将e和ec通过零阶保持器后的两个输出结果e’和e’c作为模糊控制器实际输入；模糊控制器实际输出u作为虚拟惯性时间常数TJ，实现虚拟惯性自适应调节；所述模糊控制器的控制方法具体包括以下步骤：1.1将实际输入信号e’和e’c进行模糊化处理：做线性尺度变换得到控制输入信号E和EC，使E和EC的论域均在基本论域[-6,6]区间内；并在此基本论域上进行空间模糊分割，分别确定E和EC的隶属函数，使得精确输入量E和EC变为模糊输入量E*和EC*；1.2建立模糊规则，对步骤1.1中得到的模糊输入量E*和EC*进行模糊推理，得出输出在基本论域上的模糊输出U*，对U*进行解模糊，得到基本论域上的精确控制输出U，对控制输出U进行反向线性尺度变化后得到实际输出信号u，即为输出虚拟惯性时间常数TJ；1.3重复1.1-1.2，以ts为周期更新TJ，自适应调节虚拟同步机的虚拟惯性(虚拟惯性时间常数TJ)。进一步地，所述步骤1.1中的模糊化处理，具体为：2.1.将零阶保持器后的两个输出结果e’和e’c做线性尺度变换，具体为：其中k为量化因子，x表示线性尺度变换输入，X表示线性尺度变换输出；[xL,xH]为线性尺度变换输入信号的连续取值范围，线性尺度变换后得到控制输入信号E和EC，论域均为[-6,6]。2.2.将基本论域[-6，6]模糊分割为：正方向大的偏差(PB)，正方向小的偏差(PS)，近于零的偏差(Z0)，负方向小的偏差(NS)，负方向大的偏差(NB)五个模糊集；2.3.控制输入信号E和EC的隶属度函数为：E:EC:NB:fgauss(e；1.27,-6)；NB:fgauss(e；1.27,-6)；NS:fgauss(e；1.27,-3)；NS:fgauss(e；1.27,-3)；Z0:ftri(e；-3,0,3)；Z0:fgauss(e；1.27,0)；PS:fgauss(e；1.27,3)；PS:fgauss(e；1.27,3)；PB:fgauss(e；1.27,6)；PB:fgauss(e；1.27,6)；使得将控制输入信号精确量转为模糊量E*和EC*。其中，fgauss(x；σ,c)为高斯函数ftri(x；a,b,c)为三角形函数进一步地，所述步骤1.2中的模糊规则，是基于虚拟同步机输出频率特性与虚拟惯性时间常数间的相关性建立的，具体为：3.1.对步骤1.1中得到的模糊输入量E*和EC*进行模糊推理：推理得到模糊输出U*。3.2.对步骤3.1中推理得到的模糊输出U*进行解模糊操作：控制输出U的隶属度函数为：U:NB:ftri(e；-9,-6,-3)；NS:ftri(e；-6,-3,0)；Z0:ftri(e；-3,0,3)；PS:ftri(e；0,3,6)；PB:ftri(e；3,6,9)；；根据重心法，对模糊输出量U*中各元素及其对应的隶属度求加权平均值，得到精确控制输出U，论域也为[-6,6]。3.3对步骤3.2中得到的精确控制输出U进行反向线性尺度变化，具体为：其中k’为比例因子，[uL,uH]为实际信号的连续取值范围，得到实际输出信号u。一种基于虚拟同步机虚拟惯性自适应调节的频率控制方法，该方法通过虚拟惯性自适应调节方法，得到虚拟惯性时间常数TJ，进一步根据虚拟同步机的机械方程，对虚拟同步机的输出频率进行调节，所述虚拟同步机的机械方程为：其中，TJ为虚拟惯性时间常数，f为逆变器输出频率，ω为逆变器输出角频率，Tm为等效机械转矩，Te为等效电磁转矩，D为阻尼系数，Kf为频率调差系数，f0，P0分别为额定频率和额定有功功率，fp为同步补偿频率；Pe为虚拟同步机输出有功功率。本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对目前微电网中采用虚拟同步发电机控制技术进行逆变输出的微源，以其输出频率误差及误差变化率为模糊输入，基于二维模糊原理动态调节虚拟惯性时间常数，结合虚拟同步机的机械方程，对虚拟同步机的输出频率进行调节。使分布式电源在参与微网频率调节过程中达到频率支撑和动态响应间的平衡，减小负荷投切及微源并网带来的频率波动，保证微电网在孤岛状态下频率稳定及快速反应。附图说明图1是本专利技术算例实验的系统结构图；图2是本专利技术的控制结构图；图3是本专利技术的模糊控制器输入-输出曲面图；图4是算例实验中微源1和微源2的共同功率输出曲线；图5是算例实验中微源1和微源2的输出频率对比。图6是算例实验中微源1模糊控制器的实际输入频率误差e；图7是算例实验中微源1模糊控制器的实际输入频率误差变化率ec；图8是算例实验中微源1模糊控制器的实际输出u，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模糊控制的虚拟同步机虚拟惯性自适应调节方法，其特征在于，该方法为：以t

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊控制的虚拟同步机虚拟惯性自适应调节方法，其特征在于，该方法为：以ts为采样周期，采集额定频率f0与逆变器输出频率f，获得f0与f间误差e＝f0-f，以及e对时间的导数将e和ec通过零阶保持器后的两个输出结果e’和e’c作为模糊控制器实际输入；模糊控制器实际输出u作为虚拟惯性时间常数TJ，实现虚拟惯性自适应调节；所述模糊控制器的控制方法具体包括以下步骤：1.1将实际输入信号e’和e’c进行模糊化处理：做线性尺度变换得到控制输入信号E和EC，使E和EC的论域均在基本论域[-6,6]区间内；并在此基本论域上进行空间模糊分割，分别确定E和EC的隶属函数，使得精确输入量E和EC变为模糊输入量E*和EC*；1.2建立模糊规则，对步骤1.1中得到的模糊输入量E*和EC*进行模糊推理，得出输出在基本论域上的模糊输出U*，对U*进行解模糊，得到基本论域上的精确控制输出U，对控制输出U进行反向线性尺度变化后得到实际输出信号u，即为输出虚拟惯性时间常数TJ；1.3重复1.1-1.2，以ts为周期更新TJ，自适应调节虚拟同步机的虚拟惯性(虚拟惯性时间常数TJ)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1.1中的模糊化处理，具体为：2.1.将零阶保持器后的两个输出结果e’和e’c做线性尺度变换，具体为：其中k为量化因子，x表示线性尺度变换输入，X表示线性尺度变换输出；[xL,xH]为线性尺度变换输入信号的连续取值范围，线性尺度变换后得到控制输入信号E和EC，论域均为[-6,6]。2.2.将基本论域[-6，6]模糊分割为：正方向大的偏差(PB)，正方向小的偏差(PS)，近于零的偏差(Z0)，负方向小的偏差(NS)，负方向大的偏差(NB)五个模糊集；2.3.控制输入信号E和EC的隶属度函数为：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，赵海麟，蒋乐，曾红梅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33