解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法技术

本发明专利技术涉及电力电子变流器技术领域，尤其涉及解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法，用于抑制所述虚拟同步机在暂态下由于指令功率波动或者外部频率波动导致的输出有功功率的振荡和输出频率的振荡，改善虚拟同步机的暂态性能，所述方法包括：获取虚拟同步机的逆变器输出的有功和无功潮流功率；对所述有功和无功潮流功率进行小信号线性化处理，得到所述虚拟同步机的精确小信号关系式；利用所述精确小信号关系式建立所述虚拟同步机的小信号模型；根据所述小信号模型，在所述逆变器的等效输出频率处增加超前滞后环节；利用所述超前滞后环节对所述虚拟同步机的暂态振荡进行抑制。本方法简单易行，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法


[0001]本专利技术涉及电力电子变流器
，尤其是涉及解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法。

技术介绍

[0002]随着分布式电源的迅速发展，其在电网中的占比也迅速提高。但这也带来许多挑战，尤其是其带来的电力系统的惯量的减少，导致电力系统暂态过程中的频率最大偏移超标，破坏电网频率稳定性，为了让分布式能源系统具有传统发电机一样的惯性，虚拟同步机技术应运而生。
[0003]虚拟同步机技术能为电网或孤岛微网提供惯性支撑的电压源型逆变器控制方案。然而，虚拟同步机技术复杂的电磁特性使得在功率指令阶跃或外部出现扰动时，会出现较大的输出有功功率振荡和输出频率振荡。
[0004]当前抑制虚拟同步机并网模式功率响应暂态振荡的方案主要分为四种，即参数配置、采用变化的转动惯量、增加虚拟阻抗和改变虚拟同步机的控制结构。专利文献CN114552675A提供了一种基于虚拟同步机的并网逆变器暂态稳定性控制方法及装置，利用无功反馈来实现有功功率的振荡抑制，但容易出现有功与无功功率的耦合，而且所提出的暂态补偿功率支路中的比例系数难以确定；专利文献CN108418256B提供了一种基于输出微分反馈的虚拟同步机自适应控制方法，但该方法使用动态虚拟惯量削弱了虚拟同步机本身的惯量支撑特性，带来了更高的非线性因素，而其中的微分反馈环节又放大了采样过程中的噪声，降低了系统稳定性；专利文献CN104734598B提供了一种基于带通阻尼电压型变流器虚拟同步电机控制方法，该方引入的带通滤波器会使虚拟同步机的阻尼特性发生改变，增加系统的阶数，容易带来稳定性问题，且参数难以设计；专利文献CN111478365B提供了一种直驱风电机组虚拟同步机控制参数的优化方法及系统，增加阻尼系数会降低系统动态特性。在电网中或孤岛微电网的各种限制下，难以通过核心参数配置的方式来降低传统虚拟同步机在功率指令阶跃或外部出现扰动时所出现的功率和频率振荡；专利文献CN111917133B提供了一种基于动态虚拟阻抗的虚拟同步机阻尼效应的控制方法，该方法设计过程复杂，而且变化的虚拟惯量会改变系统的频率支撑特性；专利文献CN111917133B提供了一种基于动态虚拟阻抗的虚拟同步机阻尼效应的控制方法，但需要明确系统具体参数，动态调节虚拟阻抗的非线性环节过于复杂，难以实用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法。
[0006]本专利技术的实施例是这样实现的，本专利技术提供解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法，所述方法包括：获取虚拟同步机的逆变器输出的有功和无功潮流功率；对所述有功和无功潮流功率进行小信号线性化处理，得到所述虚拟同步机的精确小信号关系
式；利用所述精确小信号关系式建立所述虚拟同步机的小信号模型；根据所述小信号模型，在所述逆变器的等效输出频率处增加超前滞后环节；利用所述超前滞后环节对所述虚拟同步机的暂态振荡进行抑制。本方法极大地提高了虚拟同步机的电网友好性，改善了虚拟同步机的暂态性能，并且简单易行，实用性强，有利于虚拟同步机的进一步推广应用。
[0007]可选地，所述有功和无功潮流功率包括有功功率和无功功率，所述有功功率和所述无功功率分别满足如下关系：，，其中，P为所述有功功率，Q为所述无功功率，为有功电流，为无功电流，为并网点输出电压d轴分量的小信号变化量，为并网点输出电压q轴分量的小信号变化量。
[0008]可选地，还包括如下步骤：依据所述无功功率对所述虚拟同步机进行下垂积分控制。
[0009]可选地，所述依据所述无功功率对所述虚拟同步机进行下垂积分控制的控制方程满足如下关系：
[0010]其中，为输出端电压指令，为无功功率下垂控制系数，K为积分控制器的增益，s为拉氏变换算子，为输出端电压额定值，为输出电压采样值，为无功功率指令值，为实际输出无功功率。
[0011]可选地，所述精确小信号关系式包括所述有功功率和所述无功功率之间的耦合项。
[0012]可选地，所述精确小信号关系式满足如下关系：，，，，，，，，
，其中，为有功功率小信号变化量，为无功功率小信号变化量，s为拉氏变换算子，δ为所述虚拟同步机与电网之间的功角差，为线性化功角差，E为所述虚拟同步机的输出端电压，为输出电压小信号变化量，为电网电压，为电网电压小信号变化量，为电网基波阻抗，为并网点与所述电网之间的线路阻抗，为所述虚拟同步机到电网的线路电感，为从所述虚拟同步机与所述电网之间的功角差到输出有功功率的传递函数，为所述输出端电压到输出有功功率的传递函数，为所述电网电压到输出有功功率的传递函数，为从所述虚拟同步机与所述电网之间的功角差到输出无功功率的传递函数，为所述输出端电压到输出无功功率的传递函数，为所述电网电压到输出无功功率的传递函数。
[0013]可选地，所述小信号模型包括有功功率控制环节、无功功率控制环节、电压电流双环和逆变器物理模型。
[0014]可选地，所述超前滞后环节的传递函数满足如下关系：
[0015]其中，G为所述超前滞后环节的传递函数，s为拉氏变换算子，为所述超前滞后环节的极点调节参数，为所述超前滞后环节的零点调节参数。
[0016]可选地，所述利用所述超前滞后环节改善所述虚拟同步机中有功环的暂态特性包括如下步骤：利用所述极点调节参数和所述零点调节参数调节所述超前滞后环节的相位超前特性；通过调节所述相位超前特性对所述虚拟同步机的暂态振荡进行抑制。
[0017]可选地，所述虚拟同步机的等效环路增益满足如下关系：
[0018]其中，为所述环路增益，J为所述虚拟转动惯量，s为拉氏变换算子，为所述超前滞后环节的极点调节参数，为所述超前滞后环节的零点调节参数，为额定角频率，D为下垂系数，为从虚拟同步机与电网之间的功角差到输出有功功率的传递函数，为虚拟同步机输出端电压到输出有功功率的传递函数，为从虚拟同步机与电网之间的功角差到输出无功功率的传递函数，为虚拟同步机输出端电压到输出无功功率的传递函数，为无功功率控制器的等效传递函数。
[0019]综上所述，本专利技术提出的方法通过在虚拟同步机的逆变器等效输出频率处增加一个超前滞后环节，有效改善了由于指令功率波动或者外部频率波动对虚拟同步机输出频率
的不良影响，平滑了虚拟同步机的输出频率，同时更加平滑的输出频率有利于抑制虚拟同步机输出有功功率的振荡，增强了虚拟同步机系统整体的频率和功率稳定性。
[0020]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举可选实施例，并配合相关附图作详细说明如下。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
[0022]图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法，其特征在于，包括如下步骤：获取虚拟同步机的逆变器输出的有功和无功潮流功率；对所述有功和无功潮流功率进行小信号线性化处理，得到所述虚拟同步机的精确小信号关系式；利用所述精确小信号关系式建立所述虚拟同步机的小信号模型；根据所述小信号模型，在所述逆变器的等效输出频率处增加超前滞后环节；利用所述超前滞后环节对所述虚拟同步机的暂态振荡进行抑制。2.根据权利要求1所述的解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法，其特征在于，所述有功和无功潮流功率包括有功功率和无功功率，所述有功功率和所述无功功率分别满足如下关系：，，其中，P为所述有功功率，Q为所述无功功率，为有功电流，为无功电流，为并网点输出电压d轴分量的小信号变化量，为并网点输出电压q轴分量的小信号变化量。3.根据权利要求2所述的解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法，其特征在于，还包括如下步骤：依据所述无功功率对所述虚拟同步机进行下垂积分控制。4.根据权利要求3所述的解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法，其特征在于：所述依据所述无功功率对所述虚拟同步机进行下垂积分控制的控制方程满足如下关系：，其中，为输出端电压指令，为无功功率下垂控制系数，K为积分控制器的增益，s为拉氏变换算子，为输出端电压额定值，为输出电压采样值，为无功功率指令值，为实际输出无功功率。5.根据权利要求4所述的解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法，其特征在于：所述精确小信号关系式包括所述有功功率和所述无功功率之间的耦合项。6.根据权利要求5所述的解决虚拟同步机暂态特性问题的串联超前滞后方法，其特征在于，所述精确小信号关系式满足如下关系：，，，，
，，，，，其中，为有功功率小信号变化量，为无功功率小信号变化量，s为拉氏变换算子，δ为所述虚拟同步机与电网之间的功角差，为线性化功角差，E为所述虚拟同步机的输出端电压，为输出电压小信号变化量，为电网电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：方健，田妍，尹旷，覃煜，林翔，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：