一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法技术

本发明专利技术涉及一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法，其所述方法包括下列步骤：采集虚拟同步发电机系统的相关参数；根据相关参数，判断虚拟同步发电机系统是否发生低频振荡，若否则返回继续采集，若是则根据采集的相关参数，自适应调整虚拟同步发电机系统中的虚拟阻尼值；根据虚拟阻尼值，实现对虚拟同步发电机系统的频率调节。与现有技术相比，本发明专利技术具有能够有效抑制系统的低频振荡的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法
本专利技术涉及逆变器控制领域，尤其是涉及一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法。
技术介绍
随着化石能源问题的日益加剧，以新能源为主体的分布式发电(DistributedGeneration，DG)开始引起人们的重视。光伏、风电为主的分布式能源在接入电网时以电力电子逆变器为接口，与传统的同步发电机相比，具有暂态响应快速的特点。但由于电力电子器件缺少惯性，并且往往存在着过载能力差、输出阻抗小等特性，导致系统在发生扰动或故障时各电能参数响应过快，不利于系统的稳定性。传统电力系统多由大型同步发电机来提供电力。由于同步发电机的转子具有机械转动惯量，因此当电网中发生负荷突变或发电机跳闸时，能够利用转子的动能与电网进行能量交换，来维持电网稳定性。如果能够使并网逆变器模拟同步发电机的外特性，具有同步发电机的“惯性量”，则可以大幅提高系统稳定性。基于上述考虑，国内外学者提出了虚拟同步发电机(Virtualsynchronousgenerator，VSG)的概念，它成功借鉴了同步发电机中的机械与电磁方程，从外特性上等效了同步发电机的模型，增加了逆变器的惯性支撑。虚拟同步发电机具有与传统同步发电机一样的同步机理是因为惯性量和阻尼特性的引入。然而对于含VSG的单机无穷大系统来说，当系统参数一定时，虽然VSG通过引入同步机的转子运动方程使其含有一定的惯量和阻尼，但由于其引入的惯量和阻尼相对于整个系统来说比较小，系统中的其他部分可能会发生负阻尼作用从而抵消系统中原有的正阻尼，使系统总的阻尼很小甚至为负，导致系统产生低频振荡，对系统的稳定性产生影响。因此如何提出一种虚拟同步发电机系统的控制方法，可以实现低频振荡的抑制，成为现如今一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法，所述方法包括下列步骤：1)采集虚拟同步发电机系统的相关参数；2)根据步骤1)采集的相关参数，判断虚拟同步发电机系统是否发生低频振荡，若是则进入步骤3)，若否则返回步骤1)；3)根据步骤1)采集的相关参数，自适应调整虚拟同步发电机系统中的虚拟阻尼值；4)根据步骤3)得到的虚拟阻尼值，实现对虚拟同步发电机系统的频率调节。优选地，所述虚拟同步发电机系统的相关参数包括：虚拟转子的角频率偏差、虚拟转子的角频率变化率、阻尼功率和功率偏差。优选地，所述步骤2)包括：21)根据步骤1)采集的相关参数，计算低频振荡判定值ε；22)判断低频振荡判定值是否为负值，若是则表明虚拟同步发电机系统发生低频振荡，进入步骤3)，若否则返回步骤1)。优选地，所述低频振荡判定值ε具体为：ε＝PD×Δω其中，PD为阻尼功率，Δω为虚拟转子的角频率偏差。优选地，所述步骤3)具体为：根据虚拟同步发电机系统中虚拟转子的角频率偏差值所在区间范围，调整虚拟阻尼值，所述虚拟阻尼值具体为：其中，D为虚拟阻尼值，D0为虚拟阻尼的稳态值，k为虚拟阻尼自适应系数，Din为基于功率偏差和虚拟转子的角频率变化率得到的输入信号，Δω为虚拟转子的角频率偏差值，M为虚拟转子角速度变化率的阈值。优选地，所述输入信号具体为：功率偏差与虚拟转子角频率变化率的乘积移相90°的值和功率偏差与虚拟转子角频率变化率的乘积值之和。优选地，所述步骤4)包括：s41)根据步骤3)得到的虚拟阻尼值，根据虚拟同步发电机系统转子运动方程求解得到更新后的系统电角度；s42)根据步骤41)得到的更新后的系统电角度，结合虚拟同步发电机系统中PI控制器输出的虚拟励磁电动势幅值，通过虚拟阻抗得到输出的三相调制波电流；s43)根据步骤42)得到的输出的三相调制波电流，通过脉宽调制发生器产生控制脉冲，控制虚拟同步发电机系统中开关管的开断，实现对虚拟同步发电机系统的频率调节。优选地，所述虚拟同步发电机系统转子运动方程具体为：其中，Pm、Pe和PD分别为虚拟同步发电机机械功率、电磁功率和阻尼功率；ω为虚拟同步发电机电角速度；ω0为额定电角速度；Δω为虚拟转子的角频率偏差值；J和D分别为同步发电机转动惯量和阻尼系数；θ为系统电角度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提出的方法，通过在虚拟同步发电机系统发生低频振荡时，根据虚拟同步发电机系统当前的相关参数，对虚拟同步发电机系统中的虚拟阻尼值进行自适应调节，通过这种自适应调节，可以使得系统在发生低频振荡的情况下，自动增加需要的正阻尼来对振荡进行抑制，保证系统的稳定性。(2)在对于虚拟阻尼值进行调整时，通过引入低频振荡判定值来对系统是否发生进行判断，然而这种判断有时会受到干扰，比如在虚拟转子的角频率偏差接近0时会产生微弱的波动，此时会导致低频振荡判定值因政府判断紊乱而失效，此时的判定是不准确的，因此引入虚拟转子角速度变化率的阈值，只有在虚拟转子的角频率偏差值大于此阈值时，才会自适应的增加系统所需的正阻尼，来抑制低频振荡。(3)功率偏差与虚拟转子角频率变化率的乘积并不受系统本身的虚拟阻尼值的正负影响，而且该乘积会随功角的变化而变化，因此可以用来在系统发生低频振荡时来自适应的提供正阻尼抑制低频振荡，然而由于该乘积成正弦变化，为了提供更加稳定的正阻尼，因此将该乘积移相90°后再与该乘积本身相加，来改变其正弦变化的特性，增加提供的正阻尼的稳定性，从而实现更加稳定的低频振荡的抑制。附图说明图1为虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法的方法流程图；图2为虚拟同步发电机的控制方法的方法框图；图3为功角振荡轨迹图，其中，(3a)为虚拟阻尼为正时的轨迹图，(3b)为虚拟阻尼为负时的轨迹图；图4为含有虚拟同步发电机的微网系统结构图；图5为发生低频振荡后系统相关参数的曲线图，其中，(5a)为频率变化曲线图，(5b)为有功变化曲线图，(5c)为阻尼变化曲线图；图6为通过低频振荡判据加入自适应阻尼控制时系统相关参数曲线图，其中，(6a)为频率变化曲线图，(6b)为有功变化曲线图，(6c)为阻尼变化曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。虚拟同步发电机(Virtualsynchronousgenerator，VSG)成功借鉴了同步发电机中的机械与电磁方程，从外特性上等效了同步发电机的模型，增加了逆变器的惯性支撑，由于VSG通过用逆变器做载体来实现对同步电机的模拟，因此VSG具有并网逆变器的拓扑结构，根据其拓扑结构，可知虚拟同步发电机的转子运动方程为：式中：Pm、Pe、PD分别为同步发电机机械功率、电磁功率和阻尼功率；ω为同步发电机电角速度；ω0为额定电角速度；Δω为同步电角速度与额定电角速度之差；J、D分别为同步发电机转动惯量和阻尼系数；θ为电角度。上述方程中的机械转矩、电磁转矩、转动惯量以及电角速度等参数与真实同步发电机相应参数的物理意义是相同的，可以根据实际情况，合理选择功率相匹配的实际同步发电机参数作为控制虚拟同步发电机方法的相关参数。由于转子机械方程中存在惯量J和阻尼D，使得并网逆变器在功率和频率动态过程中具有惯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：1)采集虚拟同步发电机系统的相关参数；2)根据步骤1)采集的相关参数，判断虚拟同步发电机系统是否发生低频振荡，若是则进入步骤3)，若否则返回步骤1)；3)根据步骤1)采集的相关参数，自适应调整虚拟同步发电机系统中的虚拟阻尼值；4)根据步骤3)得到的虚拟阻尼值，实现对虚拟同步发电机系统的频率调节。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：1)采集虚拟同步发电机系统的相关参数；2)根据步骤1)采集的相关参数，判断虚拟同步发电机系统是否发生低频振荡，若是则进入步骤3)，若否则返回步骤1)；3)根据步骤1)采集的相关参数，自适应调整虚拟同步发电机系统中的虚拟阻尼值；4)根据步骤3)得到的虚拟阻尼值，实现对虚拟同步发电机系统的频率调节。2.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机系统的相关参数包括：虚拟转子的角频率偏差、虚拟转子的角频率变化率、阻尼功率和功率偏差。3.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法，其特征在于，所述步骤2)包括：21)根据步骤1)采集的相关参数，计算低频振荡判定值ε；22)判断低频振荡判定值是否为负值，若是则表明虚拟同步发电机系统发生低频振荡，进入步骤3)，若否则返回步骤1)。4.根据权利要求3所述的虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法，其特征在于，所述低频振荡判定值ε具体为：ε＝PD×Δω其中，PD为阻尼功率，Δω为虚拟转子的角频率偏差。5.根据权利要求1所述的虚拟同步发电机的自适应阻尼控制方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：根据虚拟同步发电机系统中虚拟转子的角频率偏差值所在区间范围，调整虚拟阻尼值，所述虚拟阻尼值具体为：其中，D为虚拟阻尼值，D0为虚拟阻尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东东，刘庆飞，赵耀，杨帆，边晓燕，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31