虚拟同步机的自适应控制方法技术

本发明专利技术公开了一种虚拟同步机的自适应控制方法，包括实时获取电网侧的运行参数；计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量；计算虚拟同步机的阻尼系数调整量；进行实时下垂控制；根据以上计算结果，对虚拟同步机进行自适应控制。本发明专利技术提供的这种虚拟同步机的自适应控制方法，其中的下垂控制系数、虚拟惯量和阻尼系数均采用分段自适应函数给出，因此相比于传统的虚拟同步发电机控制方法，本发明专利技术方法既克服了原本固定不变的虚拟同步机惯量和下垂控制系数的问题，也避免了因小的瞬时频率波动调整参数引起大的系统振荡，可以显著改善系统振荡问题，提高系统的稳定性，而且可靠性高、实用性好而且效果较好。且效果较好。且效果较好。

【技术实现步骤摘要】
虚拟同步机的自适应控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子领域，具体涉及一种虚拟同步机的自适应控制方法。

技术介绍

[0002]随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。
[0003]而随着新能源的增加，大量的可再生能源通过并网逆变器组成分布式电源，并接入电网；然而，这些电子设备中的大多数都是由数字电路控制的，瞬态响应速度快，而且没有惯性，同时还不参与电网的调频和电压调节，不能为电网提供电力支持，难以满足电网的要求。
[0004]因此，有关学者提出了下垂控制方案：在微电网应用中，下垂控制分别通过P/F下垂控制和Q/V下垂控制获得稳定的频率和电压，并且已经表明下垂系数和辅助下垂控制环的优化有助于提高系统稳定性。但是，具有下垂控制的DG仍然没有对电力系统的惯性支持。为了模拟同步发电机的阻尼和惯性，有学者提出了虚拟同步机的控制方法。
[0005]如图1所示为现有的含储能端口的T型三电平逆变系统。系统整体包含三大部分：储能端口(图中的储能点出端)、DC/AC变换器和并网端口(图中的交流电网端)。在DC/AC变换器中，储能端口采用级联Buck
‑
Boost变换器，并网端口采用T型三电平变换器。T型三电平逆变器具有器件数目少、损耗低、输出波形好、效率高的优点，在储能系统中运用能够显著提高整个系统的效率。图2则为图1中DC/AC变换器的整体控制流程示意图，图中采用了虚拟同步机算法进行控制。
[0006]但是，现有的虚拟同步机的控制方法存在虚拟惯量不连续的问题，而基于乒乓控制的虚拟同步机容易因微小频率波动调整参数而引起系振荡，导致系统稳定性较差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种可靠性高、实用性好而且效果较好的虚拟同步机的自适应控制方法。
[0008]本专利技术提供的这种虚拟同步机的自适应控制方法，包括如下步骤：
[0009]S1.实时获取电网侧的运行参数；
[0010]S2.根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量；
[0011]S3.根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的阻尼系数调整量；
[0012]S4.根据步骤S1获取的运行参数，进行实时下垂控制；
[0013]S5.根据步骤S2～S4的计算结果，对虚拟同步机进行自适应控制。
[0014]步骤S2所述的根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量，具体为采用如下算式计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量J
vsg
：
[0015][0016]式中J0为初始虚拟惯量；k1为设定的大于0的常数；x为中间值，且ω为同步发电机的转子角速度；ω0为额定角速度；Δω为同步发电机的转子角速度的变化值；k2为设定的大于0且小于1的常数。
[0017]步骤S3所述的根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的阻尼系数调整量，具体为采用如下算式计算虚拟同步机的阻尼系数调整量D
vsg
：
[0018][0019]式中D0为初始阻尼系数；k2为设定的大于0且小于1的常数；x为中间值，且ω为同步发电机的转子角速度；ω0为额定角速度；Δω为同步发电机的转子角速度的变化值；k1为设定的大于0的常数。
[0020]步骤S4所述的根据步骤S1获取的运行参数，进行实时下垂控制，具体为采用如下算式计算下垂控制系数K
vsg
：
[0021][0022]式中K
vsg
为下垂控制系数；K0为VSG下垂系数初始值；k1为设定的大于0的常数；k2为设定的大于0且小于1的常数；x为中间值，且ω为同步发电机的转子角速度；ω0为额定角速度；Δω为同步发电机的转子角速度的变化值。
[0023]步骤S5所述的根据步骤S2～S4的计算结果，对虚拟同步机进行自适应控制，具体为采用如下步骤进行控制：
[0024]A.采用如下公式计算虚拟同步机输出的有功功率参考值的修正量ΔP
vsg
：
[0025]ΔP
vsg
＝ΔP+ΔP1[0026]式中ΔP为第一额外能量，且D
vsg
为步骤S3
得到的虚拟同步机的阻尼系数调整量，ω为同步发电机的转子角速度，ω
ref
为额定的转子角速度，J
vsg
为步骤S2得到的虚拟同步机的虚拟惯量调整量；ΔP1为第二额外能量，且K
droop
为直流侧电压下垂系数，V
dc
为直流输电系统的输出电压实时值，V
dc
‑
ref
为直流电源额定值，V
ω
为额定电压修改指令值，且V
ω
＝K
vsg
Δω，K
vsg
为步骤S4得到的下垂控制系数，Δω为同步发电机的转子角速度的变化值；
[0027]B.采用如下公式计算虚拟同步机输出的无功功率参考值的修正量ΔQ
vsg
：
[0028]ΔQ
vsg
＝(V
ac
‑
V
ac
‑
ref
)K
ac
[0029]式中V
ac
为电网侧的交流电压值实时值；V
ac
‑
ref
为电网侧的交流电压值参考值；K
ac
为交流电压下垂系数。
[0030]本专利技术提供的这种虚拟同步机的自适应控制方法，其中的下垂控制系数、虚拟惯量和阻尼系数均采用分段自适应函数给出，因此相比于传统的虚拟同步发电机控制方法，本专利技术方法既克服了原本固定不变的虚拟同步机惯量和下垂控制系数的问题，也避免了因小的瞬时频率波动调整参数引起大的系统振荡，可以显著改善系统振荡问题，提高系统的稳定性，而且可靠性高、实用性好而且效果较好。
附图说明
[0031]图1为现有技术的含储能端口的T型三电平逆变系统结构示意图。
[0032]图2为现有技术的DC/AC变换器的整体控制流程示意图。
[0033]图3为本专利技术方法的方法流程示意图。
[0034]图4为本专利技术方法的控制框图。
[0035]图5为本专利技术方法的角速度变化阶段示意图。
具体实施方式
[0036]如图3所示为本专利技术方法的方法流程示意图：本专利技术提供的这种虚拟同步机的自适应控制方法，包括如下步骤：
[0037]S1.实时获取电网侧的运行参数；
[0038]S2.根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量；具体为采用如下算式计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量J
vsg
：
[0039][0040]式中J0为初始虚拟惯量；k1为设定的大于0的常数；x为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步机的自适应控制方法，包括如下步骤：S1.实时获取电网侧的运行参数；S2.根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量；S3.根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的阻尼系数调整量；S4.根据步骤S1获取的运行参数，进行实时下垂控制；S5.根据步骤S2～S4的计算结果，对虚拟同步机进行自适应控制。2.根据权利要求1所述的虚拟同步机的自适应控制方法，其特征在于步骤S2所述的根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量，具体为采用如下算式计算虚拟同步机的虚拟惯量调整量J
vsg
：式中J0为初始虚拟惯量；k1为设定的大于0的常数；x为中间值，且ω为同步发电机的转子角速度；ω0为额定角速度；Δω为同步发电机的转子角速度的变化值；k2为设定的大于0且小于1的常数。3.根据权利要求1所述的虚拟同步机的自适应控制方法，其特征在于步骤S3所述的根据步骤S1获取的运行参数，计算虚拟同步机的阻尼系数调整量，具体为采用如下算式计算虚拟同步机的阻尼系数调整量D
vsg
：式中D0为初始阻尼系数；k2为设定的大于0且小于1的常数；x为中间值，且ω为同步发电机的转子角速度；ω0为额定角速度；Δω为同步发电机的转子角速度的变化值；k1为设定的大于0的常数。4.根据权利要求1所述的虚拟同步机的自适应控制方法，其特征在于步骤S4所述的根据步骤S1获取的运行参数，进行实时下垂控制，具体为采用如下算式计算下垂控制系数K
vsg
：
式中K
vsg
为下垂控制系数；K0为VSG下垂系数初始值；k1为设定的大于0的常数；k2为设定的大于0且小于1的常数；x为中间值，且ω为同步发电机的转子角速度；ω0为额定角速度；Δω为同步发电机的转子角速度的变化值。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王逸超，王立娜，谭丽平，罗磊鑫，肖劲鹏，陈娟，徐志强，齐增清，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：