一种自适应参数的虚拟同步发电机控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术提出了一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法及控制系统，涉及光伏发电并网技术领域。该控制方法包括：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率‑有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；在获得的参数指标的解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组参数指标的输出值；将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组参数指标的优化值；基于得到的所述参数指标的优化值对虚拟同步发电机进行控制。本发明专利技术所提控制方法可使逆变器根据不同频率‑有功响应特性要求，为电力系统提供有效的频率支撑，提高了虚拟同步发电机控制方法的并网适应性，有利于大规模新能源并网情况下电网的安全和稳定。

A Control Method and Control System of Virtual Synchronous Generator with Adaptive Parameters

The invention provides a control method and a control system of a virtual synchronous generator with adaptive parameters, which relates to the technical field of grid-connected photovoltaic power generation. The control method includes: according to the small signal model of the virtual synchronous generator active loop, the analytical expression of one or more parameters in the frequency-active step response relationship is derived; on the basis of the analytical expression of the parameters obtained, the control parameters are input to obtain a set of parameters'output values; and the output values of the parameters' indexes are sent to the parameter optimization. The link is optimized to get a set of parameters, and the virtual synchronous generator is controlled based on the optimized values of the parameters. The control method of the invention can enable the inverters to provide effective frequency support for the power system according to the requirements of different frequencies and active power response characteristics, improve the networking adaptability of the virtual synchronous generator control method, and is conducive to the safety and stability of the power grid in the case of large-scale new energy grid-connected.

【技术实现步骤摘要】
一种自适应参数的虚拟同步发电机控制方法及控制系统
本专利技术涉及光伏发电并网
，具体涉及一种自适应参数的虚拟同步发电机控制方法及控制系统。
技术介绍
随着新能源产业的迅速发展和新能源并网控制技术的日趋成熟，以光伏和风电为主的新能源发电在电力系统中的占比逐渐提高。由于新能源电站并网取代了电力系统中原有的同步发电机组，系统等效惯量减小，导致负荷变化时出现剧烈的频率波动。此外，由于新能源机组多运行在最大功率点跟踪模式下，与电网频率解耦运行，无法对电网频率提供支撑，危害电力系统的频率稳定性。因此，研究如何利用电力电子器件的灵活性和可控性，使得新能源发电机组能够提供电力系统所需的频率-有功响应，对提高大规模新能源并网的能力具有重要意义。虚拟同步发电机控制方法是近年来国内外学者所提出的新型变流器控制技术，其通过真实等效同步发电机的运行机制和外特性，使电力电子变流器表现出类似同步发电机的并网特性。采用虚拟同步发电机控制策略的新能源机组可以主动参与电力系统动态响应，提供惯性支撑并参与电力系统的一次调频。然而，不同电力系统对新能源发电的频率-有功响应特性要求不同，已有的研究中对于定量计算虚拟同步发电机的频率-有功响应特性参数，以及虚拟同步发电机如何自适应地调整参数以满足不同电力系统需求的研究还很少。因此，有必要研究一种自适应参数的虚拟同步发电机控制方法，在已知电力系统对新能源发电的频率-有功响应特性指标要求的基础上，自适应地优化调整参数以满足电网要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的一个目的是提出了一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，以解决现有技术中的电力系统中缺乏自适应调整参数的缺陷。在一些说明下实施例中，所述自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，包括：步骤1：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；步骤2：在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；步骤3：将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；步骤4：基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制。在一些可选地实施例中，在所述步骤4之前，还包括：判断步骤3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若满足，则执行步骤4。在一些可选地实施例中，在所述步骤4之前，还包括：判断步骤3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若不满足，则返回步骤2，调整所述控制参数，重新获得新的一组所述参数指标的输出值。在一些可选地实施例中，所述参数优化环节的优化策略包括：各参数指标的输出值与电力系统要求的相应的目标值之差的绝对值之和的最小值。在一些可选地实施例中，所述参数指标为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间中的一种或几种。在一些可选地实施例中，所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式为：其中，ΔPe为虚拟同步发电机输出有功功率变化量；Δωg为电力系统电压角频率变化量；ω0为额定角速度；J为虚拟转动惯量；Dp为虚拟阻尼系数；E为虚拟同步发电机内电势有效值；Upcc为并网点电压有效值；XS为虚拟同步发电机滤波电抗；S为为拉普拉斯算子。在一些可选地实施例中，将以下公式代入所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式中，式中，ωn和ζ分别为虚拟同步发电机有功环的自然振荡频率和阻尼比；可得：式中，ωd为虚拟同步发电机的虚拟角速度；则当系统频率发生幅值为k的阶跃扰动时，虚拟同步发电机有功环路小信号模型的输出量可表示为：对上式进行拉氏反变换，得到虚拟同步发电机的输出功率阶跃响应为：式中，α为辅助参数，取α＝arccos(2ζ2-1)；基于以上公式推导出所述参数指标的解析表达式。在一些可选地实施例中，所述参数指标包括虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间；所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间的解析表达式为：式中tr为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间；所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的峰值时间的解析表达式为：式中tp为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的峰值时间；β为辅助参数，取β＝arccosζ；所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的超调量的解析表达式为：式中σ％为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的超调量；c(∞)为系统单位阶跃响应终值；所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的调节时间的解析表达式为：式中ts为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的调节时间；Δ为两条包络线之间的距离的1/2。在一些可选地实施例中，所述控制参数包括ωd、ωn和ζ；或者，影响ωd和ωn大小的虚拟转动惯量J和影响ζ大小的虚拟阻尼系数Dp。本专利技术的另一个目的在于提出一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统，以解决现有技术中存在的技术问题。在一些说明性实施例中，所述自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统包括：解析模块，用于根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；控制模块，用于在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；优化模块，用于将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；配置模块，用于基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制。与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：本专利技术所提控制方法可使逆变器根据不同频率-有功响应特性要求，为电力系统提供有效的频率支撑，提高了虚拟同步发电机控制方法的并网适应性，有利于大规模新能源并网情况下电网的安全和稳定。附图说明图1为本专利技术中自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法的流程图；图2为本专利技术中自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统的结构框；图3为虚拟同步发电机并入单机无穷大系统拓扑结构；图4为虚拟同步发电机控制策略；图5为虚拟同步发电机频率-有功小信号传递函数框图；图6为自适应参数优化方法流程图；图7为虚拟同步发电机的频率-有功响应曲线(tr＝0.15s，ts＝1s；σ％＝30％)；图8为虚拟同步发电机的频率-有功响应曲线(tr＝0.1s，ts＝0.5s；σ％＝25％)。具体实施方式以下描述和附图充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本专利技术的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“专利技术”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个专利技术或专利技术构思。需要说明的是，在不冲突的情况下本专利技术实施例中的各技术特征均可以相互结合。本专利技术实施例中提出了一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，具体地，如图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，包括：步骤1：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率‑有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；步骤2：在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；步骤3：将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；步骤4：基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，包括：步骤1：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；步骤2：在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；步骤3：将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；步骤4：基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制。2.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，在所述步骤4之前，还包括：判断步骤3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若满足，则执行步骤4。3.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，在所述步骤4之前，还包括：判断步骤3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若不满足，则返回步骤2，调整所述控制参数，重新获得新的一组所述参数指标的输出值。4.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述参数优化环节的优化策略包括：各参数指标的输出值与电力系统要求的相应的目标值之差的绝对值之和的最小值。5.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述参数指标为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式为：其中，ΔPe为虚拟同步发电机输出有功功率变化量；Δωg为电力系统电压角频率变化量；ω0为额定角速度；J为虚拟转动惯量；Dp为虚拟阻尼系数；E为虚拟同步发电机内电势有效值；Upcc为并网点电压有效值；XS为虚拟同步发电机滤波电抗；s为拉普...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭涛，胡正阳，焦龙，陈宁，曲立楠，任勇，葛路明，梁剑，薛飞，张迪，
申请(专利权)人：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，中国电力科学研究院有限公司，国网宁夏电力有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏,64