考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法及系统，首先根据微网系统发生功率波动时的响应特性及微网系统虚拟惯性及虚拟阻尼系数具有灵活可变的特点，分析获取扰动发生时所需的控制参数的变化情况，据此提出了虚拟惯性系数及虚拟阻尼系数自寻优的控制策略；建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自寻优控制策略下的响应特性进行了分析，并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析，对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

Virtual Inertial Control Method and System for DC Microgrid Considering Self-optimization of Parameters

The invention discloses a virtual inertia control method and system for DC micro-grid considering self-optimization of parameters. Firstly, according to the response characteristics of micro-grid system when power fluctuation occurs and the flexible characteristics of virtual inertia and virtual damping coefficient of micro-grid system, the variation of control parameters needed to obtain disturbance is analyzed and the virtual inertia coefficient and virtual resistance are proposed accordingly. A small signal model is established to analyze the response characteristics of DC/DC converters under the proposed virtual inertia and damping coefficient self-optimizing control strategy for DC microgrid. The effects of key control parameters on the system response characteristics and system stability are discussed. Finally, a DC microgrid model is built in PSCAD/EMTDC, and the simulation results verify the correctness and effectiveness of the proposed control strategy.

【技术实现步骤摘要】
考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法及系统
本专利技术属于直流微电网运行控制领域，更具体地，涉及一种考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法及系统。
技术介绍
化石能源的过度开采利用造成了资源的枯竭和环境的污染，人类社会面对的能源形势越来越严峻，因此全球各国高度重视可再生能源的发展。以可再生能源为主体的分布式发电技术，以及由分布式发电组建成的微电网的重要性日益凸显。微电网主要包括直流微电网和交流微电网，其中直流微电网相较于交流微电网具有变换装置简单及成本较低等优点，并且直流微电网中不需要考虑无功功率及频率问题，给负载供电也不存在三相不平衡所导致的一系列问题及谐波等影响，其供电质量更高。但是目前直流微电网仍存在许多亟待解决的问题，和交流微电网类似，直流微电网中也包含众多电力电子器件，与常规电网相比系统惯性很低，在发生负荷波动或分布式电源出力波动时会引起母线电压剧烈变化，危及系统的安全稳定运行。对于直流微电网的控制，目前主要采用传统下垂控制。但传统下垂控制不具有惯性，并且还有暂态响应时间长、响应超调量较大、输出电压偏差较大等缺点。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法及系统，由此解决传统的下垂控制无法解决直流微电网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法，包括：在所述直流微电网的控制中引入虚拟惯性系数及作为负反馈环节的虚拟阻尼系数，使得经过所述虚拟惯性系数调节后的第一变量与公共耦合点的电压角频率之差通过所述虚拟阻尼系数的负反馈调节后得到第二变量，由源侧有功功率与所述第二变量及微网系统与电网间的交换功率之差作为所述虚拟惯性系数调节的输入，进而得到所述直流微电网的虚拟惯性控制方程；根据初始功率波动情况及直流母线电压变化率与直流母线电压大小之间的关系，调节所述虚拟惯性控制方程中的虚拟惯性系数和虚拟阻尼系数的大小，其中，在所述直流母线电压增大时，增大所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数，在所述直流母线电压减小时，减小所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数，在所述直流母线电压停止波动前的时刻，增大所述虚拟惯性系数，减小所述虚拟阻尼系数。优选地，所述直流微电网的虚拟惯性控制方程为：其中，Udc表示母线电压，Uref表示母线电压参考值，表示虚拟角频率的参考值，J表示虚拟惯性系数，Pr表示源侧有功功率，Pgrid表示微网系统与电网间的交换功率，D表示虚拟阻尼系数，表示公共耦合点的电压角频率，Pref表示有功功率的参考值，kp表示一次调频系数。优选地，在初始功率波动情况及直流母线电压满足Pr＞Pgrid，U＞Uref时，所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数的调节方式为：其中，kuon及kdon分别为进行调整的启动阈值上限及下限，J0及D0分别为正常运行时虚拟惯性系数和虚拟阻尼系数，α0、α1、α2及β0、β1、β2分别为不同运行状态下虚拟惯性和阻尼的调整系数，λp为常数，U表示母线电压。优选地，在初始功率波动情况及直流母线电压满足U＜Uref，Pr＜Pgrid时，所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数的调节方式为：其中，kuon及kdon分别为进行调整的启动阈值上限及下限，J0及D0分别为正常运行时虚拟惯性系数和虚拟阻尼系数，α0、α1、α2及β0、β1、β2分别为不同运行状态下虚拟惯性和阻尼的调整系数，λm为常数，U表示母线电压。按照本专利技术的另一方面，提供了一种考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制系统，包括：虚拟惯性控制方程构建模块，用于在所述直流微电网的控制中引入虚拟惯性系数及作为负反馈环节的虚拟阻尼系数，使得经过所述虚拟惯性系数调节后的第一变量与公共耦合点的电压角频率之差通过所述虚拟阻尼系数的负反馈调节后得到第二变量，由源侧有功功率与所述第二变量及微网系统与电网间的交换功率之差作为所述虚拟惯性系数调节的输入，进而得到所述直流微电网的虚拟惯性控制方程；自寻优调节模块，用于根据初始功率波动情况及直流母线电压变化率与直流母线电压大小之间的关系，调节所述虚拟惯性控制方程中的虚拟惯性系数和虚拟阻尼系数的大小，其中，在所述直流母线电压增大时，增大所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数，在所述直流母线电压减小时，减小所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数，在所述直流母线电压停止波动前的时刻，增大所述虚拟惯性系数，减小所述虚拟阻尼系数。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)常规的下垂控制策略在实际应用中具有许多缺陷，例如暂态响应时间长、响应超调量较大及输出电压偏差较大等。并且下垂控制为无惯性控制，无法为直流微电网系统提供惯性和阻尼来增强母线电压的稳定性能；为解决上述问题，本专利技术首先对常规机组中同步发电机的转子惯性及其一次调频特性进行分析，然后以常规机组同步发电机惯性方程作为参考，并根据直流微电网控制器的特点，提出适用于直流微电网的虚拟惯性阻尼控制策略。(2)在同步发电机并网运行时，如果发生负荷波动，系统会在瞬间产生不平衡功率。假设可以根据暂态过程中角频率和功角等物理量的变化情况，实时调节虚拟惯量和阻尼系数的大小，则可减弱频率或功率振荡以优化系统的暂态响应。但在实际同步发电机中，虚拟惯量和阻尼系数与转子特性有关，是无法调节的恒定常数。但在直流微电网虚拟惯性阻尼控制中，虚拟惯量和阻尼系数均为虚拟参数，可以实现灵活调节，因此可以根据电压(或虚拟角频率)的变化情况实时调节虚拟惯性系数和虚拟阻尼系数的大小，提高系统响应特性。(3)在直流微电网的控制中引入与逆变器VSG控制相似的虚拟惯性和虚拟阻尼，引入虚拟频率，提出与虚拟同步发电机类似的控制方程，使直流微网系统惯性得到了提升。(4)自寻优调节方程中采用了具有限幅能力的反正切函数来构造参数的自寻优调整方程；结合了理想虚拟惯性及阻尼响应与初始功率波动、直流母线电压变化率及电压大小情况的关系，使得直流微电网运行时具有更好的动态响应。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种直流微电网拓扑结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种DC/DC变换器的并网等效电路图；图3是本专利技术实施例提供的一种直流微电网虚拟惯性控制示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种负荷波动时电压变化率dU/dt变化曲线图；图5是本专利技术实施例提供的一种负荷波动时母线电压U变化曲线图；图6是本专利技术实施例提供的一种不同的一次调频系数值下传函的阶跃响应图；图7是本专利技术实施例提供的一种不同的一次调频系数值下传函的零极点图；图8是本专利技术实施例提供的一种不同的虚拟惯性系数下传函的阶跃响应图；图9是本专利技术实施例提供的一种不同的虚拟阻尼系数下传函的阶跃响应图；图10是本专利技术实施例提供的一种下垂控制与自寻优控制的母线电压响应对比图；图11是本专利技术实施例提供的一种一次调频系数变化时响应情况图；图12是本专利技术实施例提供的一种虚拟惯性系数变化时响应情况图；图13是本专利技术实施例提供的一种虚拟阻尼系数变化时响应情况图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法，其特征在于，包括：在所述直流微电网的控制中引入虚拟惯性系数及作为负反馈环节的虚拟阻尼系数，使得经过所述虚拟惯性系数调节后的第一变量与公共耦合点的电压角频率之差通过所述虚拟阻尼系数的负反馈调节后得到第二变量，由源侧有功功率与所述第二变量及微网系统与电网间的交换功率之差作为所述虚拟惯性系数调节的输入，进而得到所述直流微电网的虚拟惯性控制方程；根据初始功率波动情况及直流母线电压变化率与直流母线电压大小之间的关系，调节所述虚拟惯性控制方程中的虚拟惯性系数和虚拟阻尼系数的大小，其中，在所述直流母线电压增大时，增大所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数，在所述直流母线电压减小时，减小所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数，在所述直流母线电压停止波动前的时刻，增大所述虚拟惯性系数，减小所述虚拟阻尼系数。

【技术特征摘要】
1.一种考虑参数自寻优的直流微电网虚拟惯性控制方法，其特征在于，包括：在所述直流微电网的控制中引入虚拟惯性系数及作为负反馈环节的虚拟阻尼系数，使得经过所述虚拟惯性系数调节后的第一变量与公共耦合点的电压角频率之差通过所述虚拟阻尼系数的负反馈调节后得到第二变量，由源侧有功功率与所述第二变量及微网系统与电网间的交换功率之差作为所述虚拟惯性系数调节的输入，进而得到所述直流微电网的虚拟惯性控制方程；根据初始功率波动情况及直流母线电压变化率与直流母线电压大小之间的关系，调节所述虚拟惯性控制方程中的虚拟惯性系数和虚拟阻尼系数的大小，其中，在所述直流母线电压增大时，增大所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数，在所述直流母线电压减小时，减小所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数，在所述直流母线电压停止波动前的时刻，增大所述虚拟惯性系数，减小所述虚拟阻尼系数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流微电网的虚拟惯性控制方程为：其中，Udc表示母线电压，Uref表示母线电压参考值，表示虚拟角频率的参考值，J表示虚拟惯性系数，Pr表示源侧有功功率，Pgrid表示微网系统与电网间的交换功率，D表示虚拟阻尼系数，表示公共耦合点的电压角频率，Pref表示有功功率的参考值，kp表示一次调频系数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在初始功率波动情况及直流母线电压满足Pr＞Pgrid，U＞Uref时，所述虚拟惯性系数和所述虚拟阻尼系数的调节方式为：其中，kuon及kdon分别为进行调整的启动阈值上限及下限，J0及D0分别为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹新慧，刘昱良，苗世洪，车勇，刘子文，李忠政，彭素江，李娟，周二彪，栗磊，赫嘉楠，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司经济技术研究院，华中科技大学，国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65