含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法技术

本发明专利技术公开了一种含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法，该方法针对引入了虚拟惯量的微电网下垂控制模型，基于并网暂态模型的数学分析，给出了虚拟惯量对冲击电流影响的预测计算式，并给出了通过合理选取虚拟惯量值以抑制冲击电流的方法。在该方法下，系统动态性能好，并网过程平滑无冲击，对实际工程设计有较为重要的指导意义与实用价值。

Prediction of grid connected impulse current with virtual inertia model and selection of virtual inertia

【技术实现步骤摘要】
含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法
本专利技术属于微电网并网控制
，具体涉及一种含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法。
技术介绍
随着新能源的迅速发展，分布式发电被广泛引用，从而引起了诸多研究者对于微电网的关注。微电网可以工作在孤岛与并网两种模式下，其主要采用下垂控制。为了获得更好的动态性能，虚拟惯量(J)被引入到控制环中。虚拟惯量对于提高孤岛运行下的微电网动态性有积极的作用，但是其对于并网冲击电流产生的一些不利影响却没有被解决，如何解决虚拟惯量带来的冲击也是一个待研究的课题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法，该方法基于微电网并网暂态模型，通过系列理论推导给出，并结合并网冲击电流的预测计算式得出了临界虚拟惯量值的计算公式，从而选取合理的虚拟惯量值抑制并网冲击电流。为达到上述目的，本专利技术所述一种含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法，包括以下步骤：步骤1、对微电网电路进行等效电路变换，并求取微电网电路的等效电路电压vd与输出阻抗Zo，Zo＝jX，X为控制策略中引入的虚拟电抗值；步骤2、根据步骤1中计算得到的电路电压vd得到电压源的幅值Vd与相角θd；测取微电网与主电网的公共连接点的电压幅值Vp与相角θp；步骤3、选取虚拟惯量值J；步骤4、根据步骤2得到的电压源的幅值Vd与相角θd、公共连接点的电压幅值Vp与相角θp以及步骤3所选取的虚拟惯量值J，计算并网冲击电流幅值Ig和并网冲击电流的衰减速度v；步骤5、根据步骤1得到输出阻抗Zo和步骤2得到的电压源的幅值Vd与公共连接点的电压幅值Vp计算虚拟惯量临界值Jc，并根据虚拟惯量临界值Jc确定虚拟惯量值。进一步的，步骤1中，微电网电路的等效电路电压vd的计算公式为：vd＝vref，vref为下垂方程计算得到的参考电压相量。进一步的，步骤4中，并网冲击电流幅值Ig的计算公式如下：其中，ΔP的计算公式如下：其中，K＝3VdVp/2X；Vg为主电网电压幅值，ΔQ为并网发生时候系统产生的无功功率冲击值；ΔP为并网发生时候系统产生的有功功率冲击值，kp为有功下垂系数。进一步的，步骤4中，并网冲击电流衰减速度v的计算公式为：kp为有功下垂系数。进一步的，步骤5中，虚拟惯量临界值Jc的计算公式为：其中，kp为有功下垂系数。进一步的，步骤5中，选取的虚拟惯量值为Jc的50％～60％。进一步的，步骤5中，选取的虚拟惯量值为Jc的50％。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：本专利技术针对以上问题，通过建立并网暂态模型，详细分析了虚拟惯量对于并网冲击电流的影响，建立了数学表达式以预测虚拟惯量对并网冲击电流初始幅值、衰减趋势和衰减时间的影响。进一步地，提出了合理设计虚拟惯量值的计算公式，从而有效抑制并网冲击电流的产生，使微电网可以平滑无冲击的完成并网过程。临界值计算式简洁明了，通过该式选取的虚拟惯量值，能够抑制并网冲击电流，实现平滑无冲击并网。通过该式选取的虚拟惯量值对系统的稳定性与动态性产生的有利影响十分显著，具有较高的应用价值与工程指导意义。此外，搭建了系统仿真模型，对所提出的冲击电流抑制方法进行了仿真验证，证明了该方法的正确性与可靠性。附图说明图1为微电网逆变电源的控制框图；图2为简化后的并网电路模型图；图3为微电网有功功率控制环的控制框图；图4a为虚拟惯量J＝1时，并网冲击电流的仿真结果；图4b为虚拟惯量J＝10时，并网冲击电流的仿真结果；图4c为虚拟惯量J＝50时，并网冲击电流的仿真结果；图4d为虚拟惯量J＝102时，并网冲击电流的仿真结果；图4e为虚拟惯量J＝5×102时，并网冲击电流的仿真结果；图4f为虚拟惯量J＝103时，并网冲击电流的仿真结果；图4g为虚拟惯量J＝104时，并网冲击电流的仿真结果；图4h为虚拟惯量J＝105时，并网冲击电流的仿真结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术。本专利技术针对采用了下垂控制与虚拟惯量相结合控制策略的微电网并网暂态过程中，基于虚拟惯量对并网冲击电流的进行预测和抑制。在介绍具体实施步骤前，先对所用到的公式中的变量做如下诠释：(1)J：虚拟惯量值；(2)ω逆变电源输出角频率；(3)V：逆变电源输出电压幅值；(4)ω*和V*：逆变电源额定角频率；(5)V*：逆变电源额定电压幅值；(6)kp：有功下垂系数；(7)kq：无功下垂系数；(8)Q：逆变电源输出的平均无功功率；(9)Pref：有功功率参考值；(10)Qref：无功功率参考值；(11)X：控制策略中引入的虚拟电抗值；(12)vref：下垂方程计算得到的参考电压相量，vref＝Vsinωt；(13)vs：戴维南等效电路的电压相量值；(14)Vs：戴维南等效电路的电压幅值；(15)Δθ0：微电网输出电压与主电网电压的相角差；(16)Δω：微电网输出电压与主电网电压的角频率差；(17)ΔP：并网发生时候系统产生的有功功率冲击值；参照图1，一种含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法，具体实施步骤如下所述：针对引入了虚拟惯量的微电网下垂控制模型，采用该策略进行并网冲击电流的预测与抑制。步骤1、微电网控制方程为下式或其变形式：步骤2、根据附图1所示，对微电网电路进行戴维南等效电路的变换，按照下述公式求取微电网电路的等效电路电压vd与输出阻抗Zo的值：Zo＝jX,vd＝vref(b)；步骤3、利用戴维南等效电路将微电网的并网模型简化为如附图2所示的电路拓扑，根据步骤2中计算得到的电路电压vd可得到电压源的幅值Vd与相角θd。测取微电网与主电网的公共连接点(PCC)的电压幅值Vp与相角θp。步骤4、虚拟惯量值J为一变化量，根据实际需求选取。步骤5、并网冲击电流预测式如下：并网冲击电流幅值Ig：并网发生时候系统产生的有功功率冲击值ΔP的计算公式如下：其中K＝3VdVp/2X，Vg为主电网电压幅值。可以根据上式对并网冲击电流的冲击幅值与衰减速度进行预测计算。可以通过e的指数的系数对衰减速度v定性估算，当该数绝对值大于等于1时，越大冲击电流衰减速度越快；当该数绝对值小于1时，越大衰减速度越慢。步骤6、虚拟惯量临界值计算式如下：在设计控制策略时，选取虚拟惯量值为Jc的50％-60％时，可以有效抑制并网冲击电流，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、对微电网电路进行等效电路变换，并求取微电网电路的等效电路电压v

【技术特征摘要】
1.一种含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对微电网电路进行等效电路变换，并求取微电网电路的等效电路电压vd与输出阻抗Zo，Zo＝jX，X为控制策略中引入的虚拟电抗值；
步骤2、根据步骤1中计算得到的微电网电路的等效电路电压vd得到电压源的幅值Vd与相角θd；测取微电网与主电网的公共连接点的电压幅值Vp与相角θp；
步骤3、选取虚拟惯量值J；
步骤4、根据步骤2得到的电压源的幅值Vd与相角θd、公共连接点的电压幅值Vp与相角θp以及步骤3所选取的虚拟惯量值J，计算并网冲击电流幅值Ig和并网冲击电流的衰减速度v；
步骤5、根据步骤1得到输出阻抗Zo和步骤2得到的电压源的幅值Vd与公共连接点的电压幅值Vp计算虚拟惯量临界值Jc，并根据虚拟惯量临界值Jc确定虚拟惯量值。


2.根据权利要求1所述的一种含虚拟惯量模型的并网冲击电流预测及虚拟惯量选取方法，其特征在于，所述步骤1中，微电网电路的等效电路电压vd的计算公式为：vd＝vref，vref为下垂方程计算得到的参考电压相量。


3.根据权利要求1所述的一种含虚拟惯量模型的并网冲击...

【专利技术属性】
技术研发人员：易皓，张枭，王振雄，卓放，龚培娇，唐启迪，王瑞，李建伟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61