VSG惯量和阻尼自适应控制方法、系统及计算机可读介质技术方案

VSG惯量和阻尼自适应控制方法、系统及计算机可读介质，涉及电力技术领域。其中，前述VSG惯量和阻尼自适应控制方法，包括以下步骤：S1、计算VSG的角频率变化率与频率偏差；S2、将步骤S1中得到的角频率变化率与频率偏差结合自适应控制方程计算惯量系数和阻尼系数；S3、根据步骤S2中得到的惯量系数和阻尼系数设定VSG控制参数，对VSG进行调控。上述VSG惯量和阻尼自适应控制方法不仅考虑了频率偏差和频率变化率的阈值，可以避免参数过调节，而且需整定参数少，运算简单，并且通过验证可知，该控制方法对VSG的稳定性和动态性能具有提升作用。方法对VSG的稳定性和动态性能具有提升作用。方法对VSG的稳定性和动态性能具有提升作用。

【技术实现步骤摘要】
VSG惯量和阻尼自适应控制方法、系统及计算机可读介质


[0001]本专利技术涉及电力
，特别涉及一种VSG惯量和阻尼自适应控制方法、系统及计算机可读介质。

技术介绍

[0002]目前，传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)控制大多仍像传统同步发电机(synchronous generator,SG)控制一样采用固定的惯量和阻尼，难以根据实际运行场景进行灵活的参数调节，极大限制了VSG控制的灵活性，当受到类似SG的外部扰动后，导致VSG的输出功率和频率暂态过程较长、动态性能较差且易发生振荡失稳，由于电力电子装备暂态承受能力远低于SG，VSG还可能因大幅剧烈振荡而损坏。
[0003]为改善VSG的输出功率和频率动态性能，现有技术中已提出了多种VSG参数自适应控制方法，但是或多或少都存在着忽略阻尼的影响，未考虑频率偏差阈值，易导致惯量过调节而发生抖动，增加了每个周期内参数的调节次数和多参数调节的复杂性等各种问题。
[0004]中国专利CN202110784238公开了一种VSG虚拟惯量和阻尼协同自适应控制系统及方法，其主要通过将频率偏差Δω、频率变化率dω/dt结合至虚拟惯性系数J和阻尼系数D的自适应控制方程中进行运算，再根据得到的惯性系数J和阻尼系数D设定VSG控制参数，对VSG进行调控。虽然该方案较好地改善了上述问题，但是该方案中需要整定k
J1
、k
J2
两个惯量调节系数和k
D1
、k
D2
两个阻尼调节系数，需整定参数较多，运算较复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一是提供一种VSG惯量和阻尼自适应控制方法，需整定参数少，运算简单，并且可提升VSG稳定性和动态性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]VSG惯量和阻尼自适应控制方法，包括以下步骤：
[0008]S1、计算VSG的角频率变化率与频率偏差；
[0009]S2、将步骤S1中得到的角频率变化率与频率偏差结合下式计算惯量系数和阻尼系数：
[0010][0011][0012]其中，J、D分别为惯量系数和阻尼系数，J0、D0分别为固定参数下VSG的惯量系数和阻尼系数，k
j
、k
d
分别为惯量调节系数和阻尼调节系数，dω/dt为角频率变化率，Δω为频率
偏差，M、N分别为dω/dt阈值和Δω阈值；
[0013]S3、根据步骤S2中得到的惯量系数J和阻尼系数D设定VSG控制参数，对VSG进行调控。
[0014]进一步地，步骤S2中的惯量系数J满足以下条件：
[0015][0016]其中，J
max
为惯量系数J的最大值，H为VSG的时间常数，S
n
为VSG的额定容量，ω0为VSG的额定角速度。
[0017]进一步地，步骤S2中的阻尼系数D满足以下条件：
[0018][0019]其中，D
max
为阻尼系数D的最大值，H为VSG的时间常数，S
n
为VSG的额定容量，ω0为VSG的额定角速度。
[0020]进一步地，步骤S2中的惯量系数J、阻尼系数D与角频率变化率dω/dt、频率偏差Δω之间还具备如下关系：
[0021][0022]其中，T
m
、T
e
分别为VSG的机械转矩和电磁转矩，ω、ω0分别为VSG的角速度和额定角速度；在第一个方程中，若T
m
‑
T
e
‑
D(ω
‑
ω0)恒定，则J与dω/dt呈反比关系；在第二个方程中，若T
m
‑
T
e
‑
Jdωdt恒定，则D与Δω呈反比关系。
[0023]进一步地，在步骤S1之前还具有以下步骤：
[0024]a、建立VSG的摇摆方程和无功电压方程；
[0025]b、将VSG的摇摆方程和无功电压方程在稳态工作点附近线性化，建立VSG小信号模型，得到VSG输入输出功率之间的小信号传递函数和VSG输入功率与输出频率之间的小信号传递函数；
[0026]c、根据步骤b得到的两个小信号传递函数并结合根轨迹法和阶跃响应分析惯量和阻尼变化与VSG之间的关系，进而得到步骤S2中用于计算惯量系数和阻尼系数的方程式。
[0027]进一步地，步骤a建立的VSG的摇摆方程和无功电压方程分别为：
[0028][0029]E＝U0+k
q
(Q
ref
‑
Q
e
)；
[0030]其中，J、D分别为VSG的惯量系数和阻尼系数；δ、ω、ω0分别为VSG的功角、角速度和额定角速度；T
m
、T
e
分别为VSG的机械转矩和电磁转矩；P
m
、P
e
分别为VSG的机械功率和电磁功率；Q
ref
、Q
e
分别为无功功率指令值和实际值；E、U0分别为VSG输出电压参考值和额定有效
值；k
q
为无功调压系数。
[0031]进一步地，步骤b中得到的VSG输入输出功率之间的小信号传递函数为：
[0032][0033]其中，ΔP
m
、ΔP
e
分别为VSG的机械功率和电磁功率的扰动量，Δδ、Δω分别为VSG的功角和角速度的扰动量，U
g
为电网电压额定值，X
g
为线路电抗。
[0034]进一步地，步骤b中得到的VSG输入功率与输出频率之间的小信号传递函数为：
[0035][0036]其中，ΔP
m
、ΔP
e
分别为VSG的机械功率和电磁功率的扰动量，Δδ、Δω分别为VSG的功角和角速度的扰动量，U
g
为电网电压额定值，X
g
为线路电抗。
[0037]本专利技术的目的之二是提供一种计算机可读介质，其存储有VSG惯量和阻尼自适应控制程序，所述VSG惯量和阻尼自适应控制程序运行时用以执行上述VSG惯量和阻尼自适应控制方法中的步骤。
[0038]本专利技术的目的之三是提供一种VSG惯量和阻尼自适应控制系统，其包括存储单元和运算单元，所述存储单元存储有VSG惯量和阻尼自适应控制程序，所述VSG惯量和阻尼自适应控制程序通过运算单元运行以执行上述VSG惯量和阻尼自适应控制方法中的步骤。
[0039]本专利技术提供的VSG惯量和阻尼自适应控制方法不仅考虑了频率偏差和频率变化率的阈值，可以避免参数过调节，而且需整定参数少，运算简单，并且通过验证可知，该控制方法对VSG的稳定性和动态性能具有提升作用。值得一提的是，本专利技术的VSG惯量和阻尼自适应控制方法中只需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.VSG惯量和阻尼自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算VSG的角频率变化率与频率偏差；S2、将步骤S1中得到的角频率变化率与频率偏差结合下式计算惯量系数和阻尼系数：S2、将步骤S1中得到的角频率变化率与频率偏差结合下式计算惯量系数和阻尼系数：其中，J、D分别为惯量系数和阻尼系数，J0、D0分别为固定参数下VSG的惯量系数和阻尼系数，k
j
、k
d
分别为惯量调节系数和阻尼调节系数，dω/dt为角频率变化率，Δω为频率偏差，M、N分别为dω/dt阈值和Δω阈值；S3、根据步骤S2中得到的惯量系数J和阻尼系数D设定VSG控制参数，对VSG进行调控。2.根据权利要求1所述的VSG惯量和阻尼自适应控制方法，其特征在于：步骤S2中的惯量系数J满足以下条件：其中，J
max
为惯量系数J的最大值，H为VSG的时间常数，S
n
为VSG的额定容量，ω0为VSG的额定角速度。3.根据权利要求1所述的VSG惯量和阻尼自适应控制方法，其特征在于：步骤S2中的阻尼系数D满足以下条件：其中，D
max
为阻尼系数D的最大值，H为VSG的时间常数，S
n
为VSG的额定容量，ω0为VSG的额定角速度。4.根据权利要求1所述的VSG惯量和阻尼自适应控制方法，其特征在于：步骤S2中的惯量系数J、阻尼系数D与角频率变化率dω/dt、频率偏差Δω之间还具备如下关系：其中，T
m
、T
e
分别为VSG的机械转矩和电磁转矩，ω、ω0分别为VSG的角速度和额定角速度。5.根据权利要求1所述的VSG惯量和阻尼自适应控制方法，其特征在于，在步骤S1之前还具有以下步骤：a、建立VSG的摇摆方程和无功电压方程；
b、将VSG的摇摆方程和无功电压方程在稳态工作点附近线性化，建立VSG小信号模型，得到VSG输入输出功率之间的小信号传递函数和VSG输入功率与输出频率之间的小信号传递函数；c、根据步骤b得到的两个小信号传递函数并结合根轨迹法和阶跃响应分析惯量和阻尼变化与VSG之间的关系，进而得到步骤S2中用于计算惯量系数和阻尼系数的方程式。6.根据权利要求5所述的V...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雪婷，杨万里，何西，李祖林，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：