基于虚拟同步电机的IIDG的自适应惯性控制方法技术

一种基于虚拟同步电机的IIDG的自适应惯性控制方法，通过构建自适应虚拟惯量与IIDG输出频率模型，根据虚拟同步电机动态响应特点从模型中选取自适应控制灵敏因子、根据储能配置约束从模型中选取自适应惯量上下限，得到IIDG的优化控制策略。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，使得IIDG输出更稳定，能够更好的应对系统出现的干扰，同时兼顾超调量小和响应迅速的特点，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。

【技术实现步骤摘要】
基于虚拟同步电机的IIDG的自适应惯性控制方法
本专利技术涉及的是一种配电网智能控制领域的技术，具体是一种基于虚拟同步电机(VSG)的逆变型分布式电源(IIDG)的自适应惯性控制方法。
技术介绍
随着可再生能源发电的不断发展，逆变型分布式电源(InverterinterfacedDistributedgenerator，IIDG)已成为新能源发电并网的形式。为了提供转动惯量与阻尼稳定控制，通过模拟同步发电机惯性特性，在IIDG控制策略中加入虚拟惯量控制环节，提高IIDG参与配电网稳定调节能力。VSG算法通过虚拟惯量与阻尼控制器减小了频率波动，通过无功无差调节抑制了电压偏差，改善了分布式系统的稳定性，优化了IIDG动态响应。随着VSG技术的广泛应用，IIDG在不同运行状态下均采用同一惯量常数的负面影响日益凸显。若VSG采用低惯量，暂态响应速度快，但频率波动较大，不利于系统稳定运行；若VSG采用高惯量，在应对外界扰动时，响应迟缓且恢复时间较长，并且基于大虚拟惯量常数的IIDG功率波动较大，稳定裕度也相应降低。另外现有的多种IIDG控制策略也并未考虑频率波动以及外界系统对IIDG扰动的影响。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于虚拟同步电机的IIDG的自适应惯性控制方法，能够实现对并网IIDG的灵活惯性控制；并根据IIDG配置的电容或电池储能，给出了IIDG惯性常数的上下范围；基于VSG三层控制，建立了IIDG的自适应惯性控制系统，一方面能够在系统出现干扰时可提高系统运行稳定性，同时兼顾超调量小和响应迅速的特点，具有更强的动态调节能力。本专利技术可为配电网高渗透率逆变型分布式电源并网控制提供有效策略。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种基于虚拟同步电机的IIDG的自适应惯性控制方法，通过构建自适应虚拟惯量与IIDG输出频率模型，根据虚拟同步电机动态响应特点从模型中选取自适应控制灵敏因子、根据储能配置约束从模型中选取自适应惯量上下限，得到IIDG的优化控制策略。所述的自适应虚拟惯量与IIDG输出频率模型具体为：其中：ka为自适应控制灵敏因子，H0为IIDG额定虚拟惯量，即ω＝ωref时虚拟惯量H值为H＝H0，当|ω-ωref|→∞虚拟惯量H为H＝Hh。由于频率偏差越大，用于恢复稳定的虚拟惯性越大，因此本专利技术中Hh大于H0，而也是虚拟惯量变化范围的上限。所述的选取自适应控制灵敏因子是指：采用较大的ka，可以加强响应速度，保证参数重置及时，避免不必要的拖延；若采用较小的ka，则可以使控制参数能保持较为恒定的状态，避免为系统引入新的扰动。所述的自适应控制灵敏因子以偏差允许值Δfp十分之一设为响应灵敏区的边界，可以得到自适应控制灵敏因子所述的选取自适应惯量上下限是指：虚拟惯量H是一个随ω实时变化调节的参量，在变化过程中存在一个调节范围，其中Hh为H取值范围的上限，H0为虚拟惯量H取值范围的下限，本专利技术中可以根据IIDG的电容储能或电池储能配置约束，计算确定自适应惯量上下限Hh与H0。技术效果与现有技术相比，本专利技术基于VSG的三层控制策略，根据扰动后频率波动大小自适应调节虚拟惯量，平衡IIDG在外界系统扰动时的频率动态调节能力以及运行稳定性。附图说明图1为基于VSG的IIDG控制拓扑结构示意图；图2为实施例VSG有功-频率自适应惯量控制单元示意图；图3为自适应虚拟惯量常数H与IIDG输出角频率ω关系曲线示意图；图4为不同灵敏因子下响应灵敏区间变化趋势示意图；图5为光储系统拓扑结构示意图；图6为实施例上级电网波动仿真结果示意图；图中：(a)IIDG输出角频率，(b)自适应变化的虚拟惯量值图7为并网运行转为离网运行仿真结果示意图；图中：(a)IIDG输出角频率，(b)自适应变化的虚拟惯量值。具体实施方式如图1所示，为本实施例涉及的一种基于VSG的IIDG控制系统，包括：用于有功与频率调节的VSG有功-频率(P-f)自适应惯量控制单元以及用于生成逆变器中电力电子开关的通断信号的脉冲宽度调制控制单元，其中：有功-频率自适应惯量控制单元模拟同步发电机摇摆方程，通过引入了惯量特性并根据有功功率参考值Pref，通过自适应惯性控制方法给出IIDG输出三相电压相位δ；脉冲宽度调制控制单元根据IIDG输出三相电压幅值参考值E以及VSG自适应惯量控制单元给出的三相电压相位δ，结合实时采样IIDG电压电流输出情况，给出三相调制比系数m。图1中，PWM信号在驱动电路的驱动下控制逆变桥中开关管的通断，其桥臂输出电压模拟了同步发电机的内电势。Lf和C分别是滤波器电感、电容，经过LC滤波后，逆变器输出电压模拟了同步发电机的端电压。通过公共耦合点的开断，IIDG可以实现并网与离网两种运行模式的切换。如图2所示，所述的脉冲宽度调制控制单元完成调频的功能，通过接收能量管理层输出的Pref、ωref以及测量实际有功功率输出的P、ω、ωgrid计算得到三相电压相位δ，具体为：其中：H为自适应虚拟惯量，该参量随着频率ω实时变化，P为VSG控制下逆变器端口输出的有功功率，k为阻尼系数，ω为IIDG输出角频率，ωgrid为公共母线角频率，D为有功下垂系数。当IIDG工作在并网模式时，频率控制依靠阻尼项k(ω-ωgrid)跟踪外电网频率，并与之保持同步；当IIDG工作在离网模式运行时，频率控制采用有功-频率下垂控制模拟电力系统一次调频功能，为IIDG系统提供频率支撑。本实施例涉及上述系统的自适应惯性控制方法，通过自适应虚拟惯量与IIDG输出频率模型实现，具体为：其中：ka为自适应控制灵敏因子，为IIDG额定虚拟惯量，即时虚拟惯量H值为，当虚拟惯量H为。由于频率偏差越大，用于恢复稳定的虚拟惯性越大，因此本专利技术中大于，而也是虚拟惯量变化范围的上限。所述的自适应虚拟惯量H与ω关系曲线如图3，图中深色区域为响应灵敏区，此区域包含稳定运行点S，此点处IIDG输出角频率为ωref，控制系统中虚拟惯量常数H为H0。稳定运行点S附近虚拟惯量常数较小，系统特征根绝对值较大，动态稳定裕度较强。同时，稳定运行点附近小范围内斜率较小，惯量常数随频率波动变化较小，可以保证在稳定运行点附近工作时控制参数基本维持不变。整个响应灵敏区内，虚拟惯量常数均较小，这使得面对外界干扰时，控制系统可以迅速响应，压缩调节时间，尽快恢复至额定运行状态。当IIDG系统受到扰动时，运行状态偏离稳定运行点，控制系统将进入超调平抑区。此区域惯量常数均较大，这使得外界频率波动对IIDG自身频率输出影响大大降低，IIDG输出频率将保持平缓，不会有较大的波动。极限情况下，当频率偏移无穷大时，虚拟惯量H为Hh，因此Hh是整个自适应虚拟惯量常数调节的上限。而当IIDG输出频率无偏差时，虚拟惯量H为H0，这是自适应虚拟惯量常数调节的下限。虚拟惯量常数H在随着IIDG输出频率ω变化调节过程中，其值始终大于零，控制系统运行在渐近线之上。这使得控制系统始终存在正阻尼，且特征根始终位于虚轴左侧，确保调节过程中系统稳定性不受到破坏。由虚拟惯量H与IIDG输出频率ω的关系可见，当频率偏移达到1/ka时，H将为(H0+Hh)/2，即自适应调节区中值。因此，在图3中ω＝ωref±1/ka成为两个区域的分界处，自适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟同步电机的IIDG的自适应惯性控制方法，通过构建自适应虚拟惯量与IIDG输出频率模型，根据虚拟同步电机动态响应特点从模型中选取自适应控制灵敏因子、根据储能配置约束从模型中选取自适应惯量上下限，得到IIDG的优化控制策略；所述的自适应虚拟惯量与IIDG输出频率模型具体为：

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟同步电机的IIDG的自适应惯性控制方法，通过构建自适应虚拟惯量与IIDG输出频率模型，根据虚拟同步电机动态响应特点从模型中选取自适应控制灵敏因子、根据储能配置约束从模型中选取自适应惯量上下限，得到IIDG的优化控制策略；所述的自适应虚拟惯量与IIDG输出频率模型具体为：其中：ka为自适应控制灵敏因子，H0为IIDG额定虚拟惯量，即ω＝ωref时虚拟惯量H值为H＝H0，当|ω-ωref|→∞虚拟惯量H为H＝Hh。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的选取自适应控制灵敏因子是指：当采用较大的ka时，能够加强响应速度，保证参数重置及时，避免不必要的拖延；当采用较小的ka时，能够使控制参数能保持较为恒定的状态，避免为系统引入新的扰动。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的自适应控制灵敏因子以偏差允许值Δfp十分之一设为响应灵敏区的边界，从而得到自适应控制灵敏因子4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的选取自适应惯量上下限是指：虚拟惯量H是一个随ω实时变化调节的参量，在变化过程中存在一个调节范围，其中Hh为H取值范围的上限，H...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文焘，李美依，邰能灵，郑晓冬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31