一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制方法技术

本发明专利技术涉及逆变型分布式电源控制技术领域，具体涉及一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略，对基于VSG的逆变型分布式电源的控制系统建立有功功率的传递函数，通过分析阻尼系数对系统输出的影响，制定了自适应阻尼控制策略，该策略根据逆变型分布式电源实时输出的有功功率与设定的有功功率参考值之间的偏差，改变阻尼系数以实现对系统响应速率的调节，减小系统受到干扰下产生的波动。本发明专利技术能够实现对并网逆变型分布式电源的控制，该控制策略使得逆变型分布式电源输出特性更为优良，能够更好的应对系统出现的干扰，保持稳定的输出，具有更强的动态特性，为配电网中的逆变型分布式电源控制提供有效策略。

Adaptive damping control strategy of inverter based distributed power supply based on VSG

The invention relates to the technical field of inverted distributed power control, in particular to an adaptive damping control strategy of inverted distributed power based on VSG. The transfer function of active power is established for the control system of inverted distributed power based on VSG. By analyzing the influence of damping coefficient on the output of the system, a self-adaptive damping control strategy of inverted distributed power is formulated. According to the deviation between the real-time output active power and the set reference value of active power, the strategy changes the damping coefficient to adjust the response rate of the system and reduce the fluctuation of the system under disturbance. The invention can realize the control of the grid-connected inverted distributed power supply. The control strategy makes the output characteristics of the inverted distributed power supply more excellent, can better deal with the interference of the system, maintain stable output, have stronger dynamic characteristics, and provide effective control for the inverted distributed power supply in the distribution network. Strategy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略
本专利技术涉及逆变型分布式电源控制
，具体涉及一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略。
技术介绍
分布式电源(distributedgenerators,DG)与煤炭、石油等传统能源相比，具有能效利用合理、损耗小、污染少、运行灵活，系统经济性好等特点，是未来世界能源技术发展的重要方向。由于分布式电源的电源特性与传统电网电源不同，其输出多为直流电或非工频交流电，必须采用并网逆变器上网，使得逆变型分布式电源(inverterinterfaceddistributedgenerators,IIDG)成为可再生能源的主要类型之一。IIDG运行工况不同控制策略也需要做相应的调整，这种调整主要体现在逆变器的外环控制。下垂控制是常见的分布式电源并网逆变器的外环控制方法。通过有功功率-电压相角，无功功率-电压幅值控制，可以模仿发电机功频静态特性，实现负荷在不同DG间的自主分配。下垂控制仅需检测本地的信息即可实现控制，无需通信线路，具有很高的可靠性和冗余性，且可以在孤岛并网模式间直接切换，避免模式切换的暂态振荡，易于实现微源的即插即用。但是，下垂控制的分布式电源不能给系统贡献惯性，对系统故障较为敏感，稳定性不足。为了使分布式电源模拟出类似同步发电机所具有的旋转惯性和阻尼特性，有学者提出了虚拟同步发电机技术(VirtualSynchronousGeneratorTechnology,VSG)。该技术借助配备的储能环节，并采用适当的并网逆变器控制算法，在提高系统稳定性上有较好的效果。但是针对VSG的研究目前多数局限于对传统同步发电机的模拟，而实际的控制系统拥有强的灵活性。相对于固定阻尼系数，根据运行工况自适应变化的阻尼系数可以使系统获得更好的动态性能，而目前关注于自适应阻尼系数控制方法的研究仍然较少。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略，具体技术方案如下：一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略包括以下步骤：(1)建立基于VSG的逆变型分布式电源的控制系统模型，所述控制模型包括中央控制器、VSG控制模块、电压电流内环控制模块、脉冲宽度调制模块；所述中央控制器、VSG控制模块、电压电流内环控制模块、脉冲宽度调制模块依次连接，所述脉冲宽度调制模块与逆变型分布式电源连接；VSG控制模块与配电网连接；逆变型分布式电源通过输电线路与配电网、负载连接；所述VSG控制模块包括频率控制单元、电压控制单元；(2)中央控制器给VSG控制模块输入设定的逆变型分布式电源的有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref；(3)VSG控制模块实时采集逆变型分布式电源输出的有功功率P、无功功率Q，通过计算得到逆变型分布式电源输出的参考电压E及其相位角δ，将得到的逆变型分布式电源输出的参考电压E及相位角δ输入至电压电流内环控制模块；(4)电压电流内环控制模块实时采集逆变型分布式电源输出的电压U和电流I，并根据VSG控制模块输入的逆变型分布式电源输出的参考电压E及相位角δ实时调整，进一步将调整指令m发送给脉冲宽度调制模块，对逆变型分布式电源输出的电压U和电流I进行实时调整；所述频率控制单元中采用有功-频率下垂控制策略，具体如下：设VSG的虚拟惯性时间常数为H，则转子机械方程：其中，Pm是VSG控制下逆变器端口输入的机械功率；P为逆变型分布式电源输出的有功功率；ω为逆变型分布式电源的角频率；θ为相位角；频率控制单元中有功-频率下垂控制传递函数如下：其中，D是有功下垂系数，Pref和ωref是逆变型分布式电源输出的参考有功功率以及频率，ωgrid为配电网公共母线的的角频率；为了更好模拟VSG的旋转轴，增加阻尼项k(ωr-ωgrid)，ωr为VSG控制下逆变型分布式电源输出的角频率，k为阻尼控制系数，则频率控制单元中有功-频率下垂控制传递函数为：结合逆变型分布式电源与同步发电机之间的等效关系和有功-频率下垂控制传递函数，得到逆变型分布式电源有功功率输出、输入之间的传递函数下所示：式中：δs和Es是参考功率Pref和Qref下逆变型分布式电源的电压相位与幅值；该传递函数为一个典型的二阶传递函数，系统特征根为：进而可得到二阶模型的自然振荡角频率ωn和阻尼系数ζ：由阻尼系数ζ表达式看出，阻尼控制系数直接影响系统的时域特性：当阻尼控制系数k较小时，0＜ζ＜1为欠阻尼系统，此时阶跃响应为振荡衰减过程；当k逐渐增加至ζ＝1，系统为临界阻尼，阶跃响应为无超调的单调上升过程；k继续增加，ζ＞1，系统呈现过阻尼，系统阶跃响应为无超调的单调上升过程，但响应速度变慢；根据阻尼控制系数k对系统的影响规律，采用自适应阻尼系数控制，阻尼控制系数k与逆变型分布式电源输出的有功功率P关系满足下式：当逆变型分布式电源输出的有功功率P小于设定的有功功率参考值Pref时，偏差越大，阻尼控制系数k越小，这样能加快系统响应速度，快速达到设定值；而当逆变型分布式电源输出的有功功率P大于设定的有功功率参考值Pref时，偏差越大，阻尼控制系数k越大，这样能减小系统超调，使得有功功率偏移较低。而当当逆变型分布式电源输出的有功功率P与设定的有功功率参考值Pref偏差大于一定值时，阻尼控制系数k保持恒定，不再变化。进一步，所述电压控制单元中采用“无功—电压”控制策略，通过引入比例积分，减小因无功功率调整造成逆变型分布式电源输出的电压波动，则逆变型分布式电源输出的参考电压E为：Eset为逆变型分布式电源输出电压设定值，kp、ki为PI控制器控制参数，DQ为无功控制下垂参数，Q为逆变型分布式电源输出的无功功率。进一步，所述步骤(4)中电压电流内环控制模块采用比例积分控制。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略，对基于VSG的逆变型分布式电源的控制系统建立有功功率的传递函数，通过分析阻尼系数对系统输出的影响，制定了自适应阻尼控制策略，该策略根据逆变型分布式电源实时输出的有功功率与设定的有功功率参考值之间的偏差，改变阻尼系数以实现对系统响应速率的调节，减小系统受到干扰下产生的波动。本专利技术能够实现对并网逆变型分布式电源的控制，该控制策略使得逆变型分布式电源输出特性更为优良，能够更好的应对系统出现的干扰，保持稳定的输出，具有更强的动态特性，为配电网中的逆变型分布式电源控制提供有效策略。附图说明图1为本专利技术的基于VSG的逆变型分布式电源的控制系统结构示意图；图2为本专利技术中有功-频率下垂控制示意图；图3为本专利技术中无功—电压控制示意图；图4为本专利技术中电压电流内环控制模块的示意图；图5为本专利技术中阻尼控制系数k与逆变型分布式电源输出的有功功率P的关系曲线示意图；图6为本专利技术中自适应阻尼系数控制与固定阻尼系数控制下IIDG有功功率响应曲线；图7为本专利技术中自适应阻尼系数控制与固定阻尼系数控制下IIDG无功功率响应曲线；图8为本专利技术中自适应阻尼系数控制与固定阻尼系数控制下IIDG频率响应曲线。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明：一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略包括以下步骤：(1)如图1所示，建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略，其特征在于：包括以下步骤：(1)建立基于VSG的逆变型分布式电源的控制系统模型，所述控制模型包括中央控制器、VSG控制模块、电压电流内环控制模块、脉冲宽度调制模块；所述中央控制器、VSG控制模块、电压电流内环控制模块、脉冲宽度调制模块依次连接，所述脉冲宽度调制模块与逆变型分布式电源连接；VSG控制模块与配电网连接；逆变型分布式电源通过输电线路与配电网、负载连接；所述VSG控制模块包括频率控制单元、电压控制单元；(2)中央控制器给VSG控制模块输入设定的逆变型分布式电源的有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref；(3)VSG控制模块实时采集逆变型分布式电源输出的有功功率P、无功功率Q，通过计算得到逆变型分布式电源输出的参考电压E及其相位角δ，将得到的逆变型分布式电源输出的参考电压E及相位角δ输入至电压电流内环控制模块；(4)电压电流内环控制模块实时采集逆变型分布式电源输出的电压U和电流I，并根据VSG控制模块输入的逆变型分布式电源输出的参考电压E及相位角δ实时调整，进一步将调整指令m发送给脉冲宽度调制模块，对逆变型分布式电源输出的电压U和电流I进行实时调整；所述频率控制单元中采用有功‑频率下垂控制策略，具体如下：设VSG的虚拟惯性时间常数为H，则转子机械方程：...

【技术特征摘要】
1.一种基于VSG的逆变型分布式电源自适应阻尼控制策略，其特征在于：包括以下步骤：(1)建立基于VSG的逆变型分布式电源的控制系统模型，所述控制模型包括中央控制器、VSG控制模块、电压电流内环控制模块、脉冲宽度调制模块；所述中央控制器、VSG控制模块、电压电流内环控制模块、脉冲宽度调制模块依次连接，所述脉冲宽度调制模块与逆变型分布式电源连接；VSG控制模块与配电网连接；逆变型分布式电源通过输电线路与配电网、负载连接；所述VSG控制模块包括频率控制单元、电压控制单元；(2)中央控制器给VSG控制模块输入设定的逆变型分布式电源的有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref；(3)VSG控制模块实时采集逆变型分布式电源输出的有功功率P、无功功率Q，通过计算得到逆变型分布式电源输出的参考电压E及其相位角δ，将得到的逆变型分布式电源输出的参考电压E及相位角δ输入至电压电流内环控制模块；(4)电压电流内环控制模块实时采集逆变型分布式电源输出的电压U和电流I，并根据VSG控制模块输入的逆变型分布式电源输出的参考电压E及相位角δ实时调整，进一步将调整指令m发送给脉冲宽度调制模块，对逆变型分布式电源输出的电压U和电流I进行实时调整；所述频率控制单元中采用有功-频率下垂控制策略，具体如下：设VSG的虚拟惯性时间常数为H，则转子机械方程：其中，Pm是VSG控制下逆变器端口输入的机械功率；P为逆变型分布式电源输出的有功功率；ω为逆变型分布式电源的角频率；θ为相位角；频率控制单元中有功-频率下垂控制传递函数如下：其中，D是有功下垂系数，Pref和ωref是逆变型分布式电源输出的参考有功功率以及频率，ωgrid为配电网公共母线的的角频率；为了更好模拟VSG的旋转轴，增加阻尼项k(ωr-ωgrid)，ωr为VSG控制下逆变型分布式电源输出的角频率，k为阻尼控制系数，则频率控制单元中有功-频率下垂控制传递函数为：结合逆变型分布式电源与同...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳健娜，陈绍南，梁朔，高立克，肖静，杨艺云，欧世锋，俞小勇，李珊，奉斌，李克文，周杨珺，陈千懿，秦丽文，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西,45