本发明专利技术公开了一种基于频率前馈补偿的虚拟同步机并网有功优化方法，该优化方法在传统虚拟同步机并网有功等效控制框图的基础上，通过增加一个频率前馈补偿环节的方式，提高虚拟同步机暂态阻尼以及抑制并网有功动态振荡的能力，其能够解决传统虚拟同步机并网运行为电网提供一定的虚拟惯量支撑的过程存在的并网有功动态特性与一次调频特性无法兼顾的问题，并具有不影响一次调频特性、控制参数设计简单、不增加控制系统阶数与避免输出频率出现过冲的优点，可适用于电力电子技术中的虚拟同步机并网控制领域。机并网控制领域。机并网控制领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于频率前馈补偿的虚拟同步机并网有功优化方法
[0001]本专利技术涉及虚拟同步机控制
，特别涉及一种基于频率前馈补偿的虚拟同步机并网有功优化方法，适用于电力电子技术中的虚拟同步机并网控制领域。
技术介绍
[0002]传统虚拟同步机的虚拟惯量控制环节使得自身的有功
‑
频率闭环控制系统变成一个典型二阶振荡系统，故其并网有功在有功参考指令扰动下不可避免地出现动态振荡与功率超调。此外，增加一次调频系数的数值可增强传统虚拟同步机并网有功动态振荡的抑制效果，但同时会影响系统有功
‑
频率的一次调频特性，故通过直接调节虚拟惯量系数、一次参数系数的方式，将难以保证传统虚拟同步机并网有功兼具良好的动态特性与稳态性能。
[0003]为此，人们做了各种研究，如题为“An improved virtual inertia algorithm of virtual synchronous generator”，XU H Z,YU C Z,LIU C,et al，《Journal of Modern Power Systems and Clean Energy》，2019，8(2)，377
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386(“一种改进的虚拟同步发电机虚拟惯性算法”，《现代电力系统与清洁能源期刊》2019年第8卷第2期第377～386页)的文章；该文提出了在传统虚拟同步机并网有功等效控制结构中通过引入并网有功、角频率的一阶微分前馈补偿环节来增加虚拟同步机并网系统的等效阻尼，可有效抑制虚拟同步机并网有功的动态振荡，但微分运算也会引入影响虚拟同步机并网系统稳定运行的高频谐波。
[0004]题为“优化储能VSG动态特性的d轴电流微分前馈控制”，《电网技术》2022年第46卷第07期第2510～2523页的文章；该文提出了将虚拟同步机有功电流一阶微分加一阶低通滤前馈环节加入至虚拟同步机有功
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频率控制环中的暂态阻尼控制方案，既能对虚拟同步机并网有功的动态振荡实现有效抑制，又能有效消除微分运算所引入的高频谐波对系统产生的不利影响，但一阶低通滤波器将虚拟同步机并网有功闭环系统的阶数提高至三阶，进而存在系统参数设计难度增加与输出频率过冲的缺点。
[0005]题为“引入暂态电磁功率补偿的VSG控制策略”，《电网技术》2022年第46卷第04期第1421～1429页的文章；该文提出了一种基于电磁功率前馈补偿的虚拟同步机(Power Feedforward Compensation
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Virtual Synchronous Generator，PFC
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VSG)并网有功动态振荡抑制策略，该PFC
‑
VSG控制策略利用电磁功率一阶滞后环节作差运算的方式提升了虚拟同步机并网系统的暂态阻尼，避免了微分运算环节，但虚拟同步机并网有功闭环系统的阶数仍为三阶，且在有功参考指令阶跃下虚拟同步机的输出频率存在过冲的风险。
[0006]题为“Areference
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feedforward
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based damping method for virtual synchronous generator control”，YUY,CHAUDHARY S K,TINAJERO GDA,et al.，《IEEE Transactions on Power Electronics》，2022，37(7)，7566
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7571(“基于有功参考指令前馈的虚拟同步机阻尼控制策略”，《IEEE电力电子期刊》2022年第37卷第7期第7566～7571页)的文章；该文提出了一种基于有功参考指令微分前馈的暂态阻尼控制策略，将虚拟同步机并网有功闭环系统设计成典型的二阶系统，具有系统控制参数设计直观的特点，但并未考虑虚拟同步机输出频率在有功参考指令扰动下的响应性能。
[0007]由上可知，现有技术虽然解决了传统虚拟同步机并网有功在有功参考指令扰动条件下所存在的功率超调与动态振荡的问题，但仍存在微分运算所带来的谐波放大、系统阶数增加所带来控制参数设计难度大与输出频率出现过冲风险等问题。
技术实现思路
[0008]鉴于以上内容，有必要提供一种基于频率前馈补偿的虚拟同步机并网有功优化方法，以解决传统虚拟同步机存在并网有功动态特性与一次调频特性难以兼顾的问题，该优化方法既能有效消除虚拟同步机并网有功动态振荡，又能不影响一次调频特性、不存在输出频率过冲风险、不需要进行微分运算与不增加控制系统阶数，响应快，控制效果好。
[0009]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0010]一种基于频率前馈补偿的虚拟同步机并网有功优化方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
[0011]步骤1，一次调频控制部分，将虚拟同步机的输出角频率ω
s
减去电网额定角频率ω0，得到两者的频率差
△
ω作为一次调频控制的输入量，将频率差
△
ω经过由一次调频系数D
p
与电网额定角频率ω0乘积构成的比例环节后得到一次调频控制的有功调节量P
d
；
[0012]步骤2，虚拟惯量控制部分，将虚拟同步机的有功参考指令P
ref
减去虚拟同步机的并网有功P
e
与步骤1中得到的一次调频控制的有功调节量P
d
后，经过包含虚拟惯量系数J与电网额定角频率ω0的虚拟惯量控制环节后得到虚拟同步机的输出角频率ω
s
；
[0013]步骤3，前馈补偿量计算，将电网额定角频率ω0经过包含有功参考指令P
ref
、虚拟惯量系数J、一次调频系数D
p
与电网额定角频率ω0的频率前馈补偿环节G
F
(s)后得到前馈补偿控制的补偿量ω
c
；
[0014]步骤4，将步骤2中得到的虚拟同步机的输出角频率ω
s
加上步骤3中得到的前馈补偿控制的补偿量ω
c
后得到两者的角频率之和ω
m
，将角频率之和ω
m
减去电网角频率ω
g
后经过积分运算得到虚拟同步机的功率因数角δ；
[0015]步骤5，将步骤4中得到的虚拟同步机的功率因数角δ乘以同步电压系数K得到虚拟同步机的并网有功P
e
；
[0016]步骤6，将步骤4中得到的角频率之和ω
m
经过积分运算得到虚拟同步机的输出相位θ，将输出相位θ作为dq坐标变换所用相位，对无功控制环得到dq坐标系下的电压参考指令E
*dq
进行dq坐标变换得到abc坐标系下的三相电压调制信号E
*abc
，再由三相电压调制信号E
*abc
经过SVPWM调制环节生成变换器逆变桥开关管的驱动信号。
[0017]优选地，步骤1中的频率本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于频率前馈补偿的虚拟同步机并网有功优化方法，其特征在于，主要包括如下步骤：步骤1，一次调频控制部分，将虚拟同步机的输出角频率ω
s
减去电网额定角频率ω0，得到两者的频率差
△
ω作为一次调频控制的输入量，将频率差
△
ω经过由一次调频系数D
p
与电网额定角频率ω0乘积构成的比例环节后得到一次调频控制的有功调节量P
d
；步骤2，虚拟惯量控制部分，将虚拟同步机的有功参考指令P
ref
减去虚拟同步机的并网有功P
e
与步骤1中得到的一次调频控制的有功调节量P
d
后，经过包含虚拟惯量系数J与电网额定角频率ω0的虚拟惯量控制环节后得到虚拟同步机的输出角频率ω
s
；步骤3，前馈补偿量计算，将电网额定角频率ω0经过包含有功参考指令P
ref
、虚拟惯量系数J、一次调频系数D
p
与电网额定角频率ω0的频率前馈补偿环节G
F
(s)后得到前馈补偿控制的补偿量ω
c
；步骤4，将步骤2中得到的虚拟同步机的输出角频率ω
s
加上步骤3中得到的前馈补偿控制的补偿量ω
c
后得到两者的角频率之和ω
m
，将角频率之和ω
m
减去电网角频率ω
g
后经过积分运算得到虚拟同步机的功率因数角δ；步骤5，将步骤4中得到的虚拟同步机的功率因数角δ乘以同步电压系数K得到虚拟同步机的并网有功P
e
；步骤6，将步骤4中得到的角频率之和ω
m
经过积分运算得到虚拟同步机的输出相位θ，将输出相位θ作为dq坐标变换所用相位，对无功控制环得到dq坐标系下的电压参考指令E
*dq
进行dq坐标变换得到abc坐标系下的三相电压调制信号E
*abc
，再由三相电压调制信号E
*abc
经过SVPWM调制环节生成变换器逆变桥开关管的驱动信号...
【专利技术属性】
技术研发人员：石荣亮，兰才华，陆东平，于雁南，兰玉洁，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：
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