一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法，该方法采用自适应虚拟转动惯量J、自适应虚拟阻尼D在VSG控制系统中，对混合微网AC/DC换流器功率波动进行抑制。进一步的为了得到额定虚拟参数取值范围，对自适应VSG控制系统建立小信号模型，通过分析其特征值并参考同步发电机振荡角频率取值，得到阻尼比和额定阻尼系数。本发明专利技术采用自适应虚拟转动惯量J、自适应虚拟阻尼D在VSG控制系统中，提出一种在角频率增加阶段，增加J同时适当减少D；在角频率减少阶段，减少J同时适当增加D的双虚拟参数自适应控制方案。本发明专利技术可以保证系统响应速度，并且加快功率进入稳定状态。双自适应虚拟参数可以有效抑制功率波动。虚拟参数可以有效抑制功率波动。虚拟参数可以有效抑制功率波动。

【技术实现步骤摘要】
一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法


[0001]本专利技术涉及一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法，该方法采用双自适应参数提高混合微网换流器虚拟同步机控制系统功率调节能力，通过对自适应虚拟同步机控制系统建立小信号模型分析额定虚拟参数取值。

技术介绍

[0002]交直流混合微电网由交流子网、直流子网以及AC/DC接口变换器组成，交直流混合微网是未来微网发展的高级形式，综合了交流微电网和直流子网两者的优点，增强了多种不同类型微电源和各类形式的负荷接入微电网系统的灵活性，AC/DC接口变换器作为交流子网、直流子网功率传输介质，不仅需要维持子网之间功率动态平衡，还需要保证整个微电网稳定运行。如何通过控制策略实现AC/DC接口变换器功率稳定传输，是保障交直流混合微电网协调运行的关键。
[0003]交直流混合微电网中AC/DC接口变换器通常采用下垂控制，下垂控制不具备惯性和阻尼环节，无法维持分布式电源高渗透率混合微电网换流器控制系统稳定。通过模仿传统同步发电机使AC/DC接口变换器具备惯性的控制策略，即虚拟同步机(Virtual Synchronous Generation,VSG)控制策略，受到了业内的广泛关注。但常规VSG控制中，虚拟参数为定值，无法抑制交直流微电网功率交换过程中的功率震荡。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法，该方法采用自适应虚拟转动惯量J、自适应虚拟阻尼D在VSG控制系统中，对混合微网AC/DC换流器功率波动进行抑制。进一步的为了得到额定虚拟参数取值范围，对自适应VSG控制系统建立小信号模型，通过分析其特征值并参考同步发电机振荡角频率取值，得到阻尼比和额定阻尼系数。
[0005]本专利技术采取如下技术方案来实现的：
[0006]一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]1)建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，并对功率传输方程进行化简；
[0008]2)根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，建立AC/DC换流器有功交换表达式；
[0009]3)将步骤2)中交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量分别展开为稳态有功变化量与动态功率变化量；
[0010]4)根据步骤3)交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量展开式，模拟同步发电机，得到交直流混合微网AC/DC换流器流器虚拟同步机VSG转子运动方程和无功调节表达式；
[0011]5)分析步骤4)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程里的虚拟转动
惯量J及虚拟阻尼系数D，对功率调节稳定性能的影响，构建自适应虚拟惯量和虚拟阻尼系数；
[0012]6)为得到步骤5)自适应虚拟惯量和虚拟阻尼系数中的额定虚拟参数J0和D0取值范围，对步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧有功功率进行一阶、二阶求导；
[0013]7)将步骤6)得到的换流器交流侧有功功率一阶、二阶导数及步骤3)交流子网有功出力调节量展开式带入步骤4)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程中，得到VSG输出功率参考值表达式；
[0014]8)步骤7)VSG输出功率参考值建立小信号模型并进行拉氏变换，并计算其特征根；
[0015]9)分析步骤8)VSG输出功率参考值小信号模型及特征根，得到系统自然震荡转速和阻尼比；
[0016]10)参考同步发电机振荡频率，得到额定虚拟惯量取值范围，在考虑阻尼系数的基础上，利用最优二阶系统分析法，考虑阻尼系数的基础上，确定步骤9)阻尼比和额定阻尼系数；
[0017]11)根据步骤10)额定虚拟惯量取值范围和额定阻尼系数，设置步骤5)自适应虚拟惯量和虚拟阻尼系数，代替步骤4)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程中原虚拟惯量和虚拟阻尼系数，实现混合微网换流器自适应虚拟同步机功率稳定控制。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程：
[0019]其中：R
f
、X
f
为滤波电路电阻值及感抗值；E为AC/DC换流器交流侧桥臂电压幅值，U
ac
为交流侧电压幅值；δ为功角；AC/DC换流器内部参数中，满足R
f
＜＜X
f
，交流侧功率传输方程简化为：
[0020]换流器交流侧桥臂电压与交流侧电压之间功角δ很小，有：有功功率表示为：
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，建立AC/DC换流器有功交换表达式：P
acref
‑
P
ac
＝P
dc
‑
P
dcref
＝ΔP。
[0022]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：将步骤2)中交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量分别展开为稳态有功变化量与动态功率变化量；交流微电网中有功出力调节量表示为：
[0023]其中：k
ω
为交流电网下垂调节系数；k
ω
(ω
‑
ω0)是稳态有功变化量；为虚拟转子惯量吸收或者发出的瞬时有功功率，在虚拟同步机控制中为交流频率提供惯性环节；直流微电网有功出力调节量表示为：
[0024]其中：k
udc
为直流电网下垂调节系数；U
dc
为直流母线电压实际值；U
dc0
为直流母线电压初始值；是稳态有功变化量，是直流电容的充放电功率，属于动态功率波动。
[0025]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤3)交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量展开式，模拟同步发电机，得到交直流混合微网AC/DC换流器流器虚拟同步机转子运动方程：其中：J为虚拟转动惯量；ω为角频率；k
udc
为直流子网下垂调节系数；U
dc
为直流母线电压实际值；U
dc0
为直流母线电压初始值；C
dc
为直流电容值；交直流混合微网AC/DC换流器控制同样具有励磁调节惯性，无功调节表达式为：
[0026]其中：u为VSG虚拟内电势；U0为额定电压有效值；Δu为虚拟内电势与额定电压之间偏差；k
q
为无功调节系数；Q
e
为无功功率实际输出值；Q
ref
为无功功率参考值。
[0027]本专利技术进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：分析步骤4)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，并对功率传输方程进行化简；2)根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，建立AC/DC换流器有功交换表达式；3)将步骤2)中交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量分别展开为稳态有功变化量与动态功率变化量；4)根据步骤3)交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量展开式，模拟同步发电机，得到交直流混合微网AC/DC换流器流器虚拟同步机VSG转子运动方程和无功调节表达式；5)分析步骤4)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程里的虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D，对功率调节稳定性能的影响，构建自适应虚拟惯量和虚拟阻尼系数；6)为得到步骤5)自适应虚拟惯量和虚拟阻尼系数中的额定虚拟参数J0和D0取值范围，对步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧有功功率进行一阶、二阶求导；7)将步骤6)得到的换流器交流侧有功功率一阶、二阶导数及步骤3)交流子网有功出力调节量展开式带入步骤4)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程中，得到VSG输出功率参考值表达式；8)步骤7)VSG输出功率参考值建立小信号模型并进行拉氏变换，并计算其特征根；9)分析步骤8)VSG输出功率参考值小信号模型及特征根，得到系统自然震荡转速和阻尼比；10)参考同步发电机振荡频率，得到额定虚拟惯量取值范围，在考虑阻尼系数的基础上，利用最优二阶系统分析法，考虑阻尼系数的基础上，确定步骤9)阻尼比和额定阻尼系数；11)根据步骤10)额定虚拟惯量取值范围和额定阻尼系数，设置步骤5)自适应虚拟惯量和虚拟阻尼系数，代替步骤4)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程中原虚拟惯量和虚拟阻尼系数，实现混合微网换流器自适应虚拟同步机功率稳定控制。2.根据权利要求1所述的一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法为：建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程：其中：R
f
、X
f
为滤波电路电阻值及感抗值；E为AC/DC换流器交流侧桥臂电压幅值，U
ac
为交流侧电压幅值；δ为功角；AC/DC换流器内部参数中，满足R
f
＜＜X
f
，交流侧功率传输方程简化为：
换流器交流侧桥臂电压与交流侧电压之间功角δ很小，有：有功功率表示为：3.根据权利要求2所述的一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，建立AC/DC换流器有功交换表达式：P
acref
‑
P
ac
＝P
dc
‑
P
dcref
＝ΔP。4.根据权利要求3所述的一种混合微网换流器自适应虚拟同步机控制方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：将步骤2)中交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量分别展开为稳态有功变化量与动态功率变化量；交流微电网中有功出力调节量表示为：其中：k
ω
为交流电网下垂调节系数；k
ω
(ω
‑
ω0)是稳态有功变化量；为虚拟转子惯量吸收或者发出的瞬时有功功率，在虚拟同步机控制中为交流频率提供惯性环节；直流微电网有功出力调节量表示为：其中：k
udc

【专利技术属性】
技术研发人员：冯仰敏，杨沛豪，赵勇，李立勋，张宝锋，王燕，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：