多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法，首先建立n台虚拟同步发电机并联运行的小信号模型，获得第i台虚拟同步发电机输出功率与负荷功率间的传递函数Gpli，然后使并联运行的各虚拟同步发电机的参数对应成比例，获得参数匹配的约束条件；再利用参数匹配的约束条件，在微网系统不同的工作模式下获得各台虚拟同步发电机的控制参数。本发明专利技术适用于独立光储微网系统，所提方法充分考虑了直流侧光伏单元的输出功率，实现了在优先利用光伏出力的前提下进行功率的合理公平分配，提高了光伏等可再生能源的利用率。

【技术实现步骤摘要】
多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法
本专利技术涉及虚拟同步发电机
，应用于光储微网等场合，更具体地说是涉及一种多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法。
技术介绍
微网中的以光伏、风力等可再生能源为主体的分布式电源一般通过电力电子逆变器连接到电力系统，逆变器控制灵活，响应速度快，但其属于静止元件，几乎没有惯性。可再生能源出力易受环境影响，具有较大的波动性和随机性，难以满足电网友好性的要求。随着可再生能源渗透率的增大，系统惯性显著降低，频率对负荷和可再生能源出力的波动更为敏感，电网的稳定运行存在较大的隐患。虚拟同步发电机技术(VSG)因能为系统提供惯性，改善频率稳定性而受到广泛关注。单独的光伏等可再生能源无法为虚拟同步发电机提供足够的能量缓冲，影响系统的稳定性。为了保证虚拟同步发电机的稳定运行，需要在其直流侧增加储能单元，维持直流母线电压恒定，补偿一次能源出力的随机波动性，同时为虚拟同步发电机的暂态过程提供能量缓冲。现有采用虚拟同步发电机控制的逆变器并联运行时，通常按照逆变器的额定容量进行功率分配，没有考虑直流侧一次能源的出力能力。直流侧集成光伏和储能单元的虚拟同步发电机在孤岛运行时，如果负荷功率分配不当，可能会导致有的虚拟同步发电机输出功率小于其直流侧光伏出力，直流侧光伏不能得到充分利用，而有的虚拟同步发电机输出功率大于其直流侧光伏出力，需要储能单元补偿功率缺额，不能保证最大限度的利用可再生能源。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法，以提高可再生能源的利用率。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法的特点是按如下步骤进行：步骤1、建立n台虚拟同步发电机并联运行的小信号模型，获得第i台虚拟同步发电机输出功率与负荷功率间的传递函数Gpli，i＝1,2...n；步骤2、使并联运行的各虚拟同步发电机的参数对应成比例，获得参数匹配的约束条件；步骤3、利用所述参数匹配的约束条件，在微网系统不同的工作模式下获得各台虚拟同步发电机的控制参数。本专利技术多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法的特点也在于：按如下过程获得传递函数Gpli:首先，将各虚拟同步发电机有功环和功率传输方程按式(1)和式(2)进行小信号化：式(1)中，△ωi，△Pi，△Prefi，Ji和Di分别为第i台虚拟同步发电机输出电压的角频率变化量，输出功率变化量，功率参考值变化量，转动惯量和等效阻尼系数，s为积分算子；式(2)中，V为公共耦合点的电压幅值，Ei，Xi分别为第i台虚拟同步发电机的输出电压幅值和虚拟电抗，ki为同步功率系数，δi为第i台虚拟同步发电机输出电压与公共耦合点电压间的相位差，△δi为相位差的变化量，并有：△ω为公共耦合点处角频率变化量；微网系统中含有n台虚拟同步发电机，△Pload为系统的负荷功率变化量，且满足式(4)：根据式(1)、式(2)、式(3)和式(4)得到由式(5)所表达的传递函数Gpli：式(5)中，Gi的物理意义是单台虚拟同步发电机运行时，功率参考值与输出功率间的传递函数；Jj和Dj分别为第j台虚拟同步发电机的转动惯量和阻尼系数，Gj的物理意义与Gi相同，j＝1,2...n。本专利技术多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法的特点也在于：所述使并联虚拟同步发电机的参数对应成比例，获得参数匹配的约束条件如式(6)：αi为功率分配系数，满足当参数满足式(6)所示的约束条件时，Gpli为比例环节，Gpli＝αi。本专利技术多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法的特点也在于：按如下方式获得各台虚拟同步发电机的控制参数：根据系统中总的光伏最大输出功率∑PPV-MPi与负荷功率Pload之间的关系将系统分为工作模式1和工作模式2；若：∑PPV-MPi>Pload，即为工作模式1；若：∑PPV-MPi<Pload，即为工作模式2；在工作在模式1中，负荷功率Pload按照虚拟同步发电机直流侧的光伏最大输出功率进行分配，功率分配系数αi表达式如式(7)：在工作在模式2中，使Prefi＝PPV-MPi，以保证逆变器先将直流侧的光伏出力输出；Prefi为第i台虚拟同步发电机的功率参考值，PPV-MPi为第i台虚拟同步发电机直流侧光伏的最大输出功率；剩下的负荷功率按照逆变器的剩余容量进行分配，功率分配系数αi的表达式如式(8)：式(8)中，SN为单台虚拟同步发电机的额定容量，∑SN为n台虚拟同步发电机的额定容量总和，∑PPV-MPi为n台虚拟同步发电机直流侧光伏的最大输出功率总和；在工作模式1和工作模式2下，在式(6)的约束下获得每台虚拟同步发电机的控制参数的表达式均为：Ji＝αiJN；Di＝αiDN；Lvi＝LN/αiJN和DN分别为整个微网系统的的转动惯量和等效阻尼系数，LN为虚拟同步发电机虚拟电感的基准值，Lvi为第i台虚拟同步发电机的虚拟电感。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1本专利技术适用于独立光储微网系统，在优先利用光伏出力的前提下进行功率分配，充分利用光伏出力，提高了可再生能源的利用率，同时保证了功率分配的合理公平性；2、本专利技术采用了虚拟同步发电机参数自适应调节控制策略，在增加了系统惯性和阻尼的同时，充分发挥了虚拟同步发电机参数可调的优势，进一步优化了控制的效果；3、本专利技术基于参数约束条件得到的控制参数，可以使负荷发生扰动时，虚拟同步发电机的输出功率对应成比例变化，不会发生功率振荡，减小了储能系统的充放电频率，延长了储能系统的寿命。附图说明图1为本专利技术中采用虚拟同步发电机控制的光储微网系统结构图；图2为本专利技术中在不同参数条件下Gpli的阶跃响应曲线；图3为本专利技术中分析时采用的虚拟同步发电机稳态时的f-P曲线；图4为本专利技术中参数自适应控制策略的流程示意图；图5为本专利技术仿真形式下负荷功率波形；图6为本专利技术仿真形式下两台虚拟同步发电机直流侧光伏最大输出功率波形；图7为本专利技术仿真形式下两台虚拟同步发电机输出功率波形；图8为本专利技术仿真形式下两台虚拟同步发电机功率分配比例系数αi；图9为本专利技术仿真形式下两台虚拟同步发电机功率参考值Prefi。具体实施方式微网系统的控制结构如图1所示，是由光伏单元、储能单元和采用虚拟同步发电机控制的逆变器单元构成。每台虚拟同步发电机的控制结构一致，直流侧集成光伏单元和储能单元。本实施例中多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法是按如下步骤进行：步骤1、建立n台虚拟同步发电机并联运行的小信号模型，获得第i台虚拟同步发电机输出功率与负荷功率间的传递函数Gpli(i＝1,2...n)，分析并联虚拟同步发电机的动态响应特性及参数对动态特性的影响情况。首先，将各虚拟同步发电机有功环和功率传输方程按式(1)和式(2)进行小信号化：式(1)中，△ωi，△Pi，△Prefi，Ji和Di分别为第i台虚拟同步发电机输出电压的角频率变化量，输出功率变化量，功率参考值变化量，转动惯量和等效阻尼系数，s为积分算子；式(2)中，V为公共耦合点的电压幅值，Ei，Xi分别为第i台虚拟同步发电机的输出电压幅值和本文档来自技高网...

【技术保护点】
多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、建立n台虚拟同步发电机并联运行的小信号模型，获得第i台虚拟同步发电机输出功率与负荷功率间的传递函数Gpli，i＝1,2...n；步骤2、使并联运行的各虚拟同步发电机的参数对应成比例，获得参数匹配的约束条件；步骤3、利用所述参数匹配的约束条件，在微网系统不同的工作模式下获得各台虚拟同步发电机的控制参数。

【技术特征摘要】
1.多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、建立n台虚拟同步发电机并联运行的小信号模型，获得第i台虚拟同步发电机输出功率与负荷功率间的传递函数Gpli，i＝1,2...n；步骤2、使并联运行的各虚拟同步发电机的参数对应成比例，获得参数匹配的约束条件；步骤3、利用所述参数匹配的约束条件，在微网系统不同的工作模式下获得各台虚拟同步发电机的控制参数。2.根据权利要求1所述多机并联虚拟同步发电机功率分配和参数自适应控制方法，其特征是：按如下过程获得传递函数Gpli:首先，将各虚拟同步发电机有功环和功率传输方程按式(1)和式(2)进行小信号化：式(1)中，△ωi，△Pi，△Prefi，Ji和Di分别为第i台虚拟同步发电机输出电压的角频率变化量，输出功率变化量，功率参考值变化量，转动惯量和等效阻尼系数，s为积分算子；式(2)中，V为公共耦合点的电压幅值，Ei，Xi分别为第i台虚拟同步发电机的输出电压幅值和虚拟电抗，ki为同步功率系数，δi为第i台虚拟同步发电机输出电压与公共耦合点电压间的相位差，△δi为相位差的变化量，并有：△ω为公共耦合点处角频率变化量；微网系统中含有n台虚拟同步发电机，△Pload为系统的负荷功率变化量，且满足式(4)：根据式(1)、式(2)、式(3)和式(4)得到由式(5)所表达的传递函数Gpli：式(5)中，Gi的物理意义是单台虚拟同...

【专利技术属性】
技术研发人员：茆美琴，钱程，张榴晨，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34