基于改进VSG技术的混合微电网IC自适应控制策略制造技术

本发明专利技术是一种基于改进VSG技术的混合微电网IC自适应控制策略，其特点是，包括：混合微电网VSG控制原理、交直流混合微电网自适应虚拟惯性控制策略、自适应VSG控制算法流程内容，通过将固定惯性改为自适应惯性，对负荷波动时的系统动态性能进行了改善。在系统整流、逆变两种运行模式下，当频率偏离额定值时根据偏离程度相应增大系统惯性，当频率回归额定值时根据回归程度相应减小系统惯性。当电压波形产生超调时，相应增大系统惯性，减小电压的超调量。使得两种运行模式下的频率波形和电压波形都得到了进一步的优化，验证了所提控制策略的有效性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
基于改进VSG技术的混合微电网IC自适应控制策略


[0001]本专利技术涉及交直流混合微电网
，是一种基于改进VSG技术的混合微电网接口变换器(Interfacing Converter，IC)自适应控制策略。

技术介绍

[0002]随着传统化石能源的逐渐枯竭，分布式能源得以广泛发展。微电网作为接纳分布式电源的有效手段，已成为分布式电源并网消纳的重要方式。但是单个微电网存在工作容量有限、抗扰动能力弱等缺点。所以交直流混合微电网因其有可有效避免分布式电源出力不确定性以及负荷随机性对电力系统的影响的特点，成为未来智能电网的重要组成部分。然而目前广泛应用于微电网中的虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator，VSG)技术，虽然可解决传统下垂控制带来的惯性缺乏特点，但传统VSG控制策略中惯性大小均为固定值，而不同运行工况下所需惯性大小不同，所以此控制策略在提升了系统稳定性的同时，却忽略了系统调节的快速性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，适用性强的基于改进VSG技术的混合微电网IC自适应控制策略，通过自适应VSG控制策略，能够使交直流混合微电网中频率、电压波动减小，系统稳定性得到显著增强。
[0004]本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于改进VSG技术的混合微电网IC自适应控制策略，其特征是，它包括的内容有：
[0005]1.混合微电网VSG控制原理
[0006]1)交流频率
>‑
直流电压控制
[0007]式(1)为不考虑阻尼绕组作用时的虚拟同步发电机的转子运动方程：
[0008][0009]式中：J为转动惯量；P
m
、P
e
分别为原动机输出功率、电磁功率；ω、ω
n
分别为交流角速度、额定角速度；δ为功角；k
ω
为交流一次调频下垂系数；
[0010]由式(1)得，在交流与直流微网的动态调节过程中，瞬时功率平衡特性为式(2)
‑
式(3)；
[0011][0012][0013]式中：ΔP
e
、ΔP
dc
分别为交、直流子网的有功功率变化量；u
dc
、U
dcn
分别为实际直流电压、额定直流电压；C
dc
为直流电容；k
u
为直流下垂系数；
[0014]从功率平衡角度看，当混合微电网负荷增大或者减小时，经过接口变换器调节后，稳态时，交、直流子网的有功功率变化量相同，均衡承担混合微电网中总的有功变化量，即：
[0015]ΔP
e
＝ΔP
dc
ꢀꢀꢀ
(4)
[0016]将式(2)、(3)代入式(4)，得：
[0017][0018]根据式(5)得出交流频率
‑
直流电压控制系统，交直流混合微电网接口变换器虚拟同步机控制策略中，交流频率
‑
直流电压控制部分模拟了转子运动方程，以调节有功功率，控制环节最终所输出信号为虚拟电势的频率和相位；
[0019]2)虚拟励磁控制
[0020]虚拟同步发电机控制策略模拟励磁控制系统，调节无功功率，控制环节输出虚拟电势的有效值，控制方程式为：
[0021]E＝E
ref
+k
q
(Q
ref
‑
Q)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0022]式中：E
ref
为VSG空载电动势；E为虚拟电势有效值；kq为无功
‑
电压下垂系数；Q
ref
为VSG无功功率参考值；Q为VSG无功功率实际值；
[0023]2.交直流混合微电网自适应虚拟惯性控制策略
[0024]1)自适应虚拟转动惯量控制策略
[0025]在系统受到扰动时，频率和功率会产生震荡，自适应虚拟转动惯量控制能够提高交直流混合微电网在负荷变化初期的频率响应速度，并限制系统频率调整过程中的振荡程度，表述式为式(7)，
[0026][0027]式中：J0为系统在稳态时的转动惯量值；dω/dt为交流频率的变化率；ω为交流系统实际频率；ω
n
为额定交流频率；k1、k2分别为各项的影响因子，对其进行调整可以改变系统频率的动态特性；k为判定阈值；
[0028]当|Δω(dω/dt)|<k，系统判定变化量在设定阈值范围内时，系统转动惯量取稳态值J0，可有效避免参数的频繁切换，以保持系统的稳定运行；当系统判定变化量达到设定阈值，转动惯量J0为含有频率变化率与频率差值的表达式，当两者同号时，频率处于偏离状态，系数为正，转动惯量增加，其数值大于固定转动惯量J0，抑制频率偏离；当两者异号时，频率处于回归状态，系数为负，转动惯量减小，其数值小于固定转动惯量J0，加快频率回归；
[0029]2)自适应虚拟电容控制策略
[0030]交流系统与直流系统中的许多变量都具有一一对应的关系，通过类比推理的方法，提出与式(7)形式类似的自适应虚拟电容控制策略为式(8)：
[0031][0032]式中：C
v
为虚拟电容；C
v0
为系统在稳态时的虚拟电容值；dU
dc
/dt为直流母线电压的变化率；k0为设定阈值；U
dc
为实际直流母线电压；U
dcn
为直流母线额定电压；k3、k4分别为各项的影响因子；
[0033]虚拟电容数值的大小可反映直流微电网的惯性大小，当|Δu
dc
(du
dc
/dt)|<k0，系统判定变化量在设定阈值范围内时，虚拟电容等于固定值C
v0
，可避免参数的频繁切换，保持系统正常运行；当系统判定变化量达到所设定阈值k0时，虚拟电容C
v
不再是常数，为含有直流电压变化率与直流电压差值的表达式，根据式(8)，虚拟电容C
v
与直流母线电压变化正相关，当实际电压值与额定电压值不等时，虚拟电容随之增大，其数值大于固定虚拟电容C
v0
，直流电压质量得以改善，避免产生较大波动影响系统稳定运行；
[0034]3.自适应VSG控制算法流程
[0035]首先在自适应VSG控制模块中输入初始值，并对直流电压与交流频率进行实时检测，在系统产生负荷波动时，通过计算实际值与初始值的差值，计算判定值是否超过阈值，最后输出相应数值的虚拟惯性，
[0036]第一步：在自适应VSG控制模块中输入初始值；
[0037]第二步：分别投入、切除交流侧或直流侧负荷；
[0038]第三步：对直流电压与交流频率进行实时检测；
[0039]第四步：计算电压和频率的差值和导数项；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进VSG技术的混合微电网IC自适应控制策略，其特征是，它包括的内容有：1.混合微电网VSG控制原理1)交流频率
‑
直流电压控制式(1)为不考虑阻尼绕组作用时的虚拟同步发电机的转子运动方程：式中：J为转动惯量；P
m
、P
e
分别为原动机输出功率、电磁功率；ω、ω
n
分别为交流角速度、额定角速度；δ为功角；k
ω
为交流一次调频下垂系数；由式(1)得，在交流与直流微网的动态调节过程中，瞬时功率平衡特性为式(2)
‑
式(3)；式(3)；式中：ΔP
e
、ΔP
dc
分别为交、直流子网的有功功率变化量；u
dc
、U
dcn
分别为实际直流电压、额定直流电压；C
dc
为直流电容；k
u
为直流下垂系数；从功率平衡角度看，当混合微电网负荷增大或者减小时，经过接口变换器调节后，稳态时，交、直流子网的有功功率变化量相同，均衡承担混合微电网中总的有功变化量，即：ΔP
e
＝ΔP
dc
ꢀꢀꢀꢀ
(4)将式(2)、(3)代入式(4)，得：根据式(5)得出交流频率
‑
直流电压的控制关联，交直流混合微电网接口变换器虚拟同步机控制策略中，交流频率
‑
直流电压控制部分模拟了转子运动方程，以调节有功功率，控制环节最终所输出信号为虚拟电势的频率和相位；2)虚拟励磁控制虚拟同步发电机控制策略模拟励磁控制系统，调节无功功率，控制环节输出虚拟电势的有效值，控制方程式为：E＝E
ref
+k
q
(Q
ref
‑
Q)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)式中：E
ref
为VSG空载电动势；E为虚拟电势有效值；kq为无功
‑
电压下垂系数；Q
ref
为VSG无功功率参考值；Q为VSG无功功率实际值；2.交直流混合微电网自适应虚拟惯性控制策略1)自适应虚拟转动惯量控制策略在系统受到扰动时，频率和功率会产生震荡，自适应虚拟转动惯量控制能够提高交直流混合微电网在负荷变化初期的频率响应速度，并限制系统频率调整过程中的振荡程度，表述式为式(7)，
式中：J0为系统在稳态时的转动惯量值；dω/dt为交流频率的变化率；ω为交流系统实...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，王雪松，吕玲，孙成龙，火如意，郑昊，蔡国伟，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：