一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法技术

本发明专利技术公开了一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法，包括：S1、通过同步发电机的运动方程的二阶暂态模型、功率与转矩的关系，推导出VSG模型的转子运动方程；S2、建立VSG系统的二阶传递函数模型，选取稳态时的虚拟转动惯量J和阻尼系数D；S3、根据改进参数自适应策略的传递函数，通过设置VSG系统的阻尼比，选定VSG系统的幅值裕度和相位裕度，求得虚拟转动惯量J和阻尼系数D的边界条件；S4、对VSG系统实际的频率和有功功率进行采样计算，代入改进参数自适应策略和边界条件中进行判断，得到自适应后的虚拟转动惯量J和阻尼系数D。本发明专利技术可以有效避免有功振荡和系统超调，同时动态响应性能得到提升。性能得到提升。性能得到提升。

【技术实现步骤摘要】
一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法


[0001]本专利技术涉及虚拟同步机控制
，更具体地说，特别涉及一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法。

技术介绍

[0002]光伏等可再生能源得到了大力发展，分布式储能逆变器作为近年来光伏领域发展的一个重点，其装机量不断提升。但相比于传统电力系统，逆变器并入电网时由于不具备同步发电机的惯性和阻尼系数，在负载或者电网突变时难以保持稳定，为解决该问题，虚拟同步机技术(virtual synchronous generator，VSG)应运而生。虚拟同步机技术可以通过虚拟转动惯量J和阻尼系数D模拟同步发电机的惯性和阻尼系数来维持系统的稳定，但是当外部扰动较大时，仍可能出现频率和电压幅值大幅波动的情况，严重时有可能造成器件损坏危害系统稳定性。
[0003]针对上述问题，有研究者提出各种转动惯量和阻尼系数自适应调节策略，但大多数研究是基于转动惯量或阻尼系数进行自适应调整，未将转动惯量和阻尼系数协同分析；少数研究利用径向基函数神经网络算法、改进的粒子群算法和深度神经网络各种智能算法对VSG参数进行优化以提高系统稳定性，但其结构过于复杂且实现过程繁琐，对控制芯片有较高要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法，以克服现有技术所存在的缺陷。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法，包括以下步骤：
[0007]S1、通过同步发电机的运动方程的二阶暂态模型、功率与转矩的关系，推导出VSG模型的转子运动方程；
[0008]S2、建立VSG系统的二阶传递函数模型，选取稳态时的虚拟转动惯量J和阻尼系数D；
[0009]S3、根据改进参数自适应策略的传递函数，通过设置VSG系统的阻尼比，选定VSG系统的幅值裕度和相位裕度，求得虚拟转动惯量J和阻尼系数D的边界条件；
[0010]S4、对VSG系统实际的频率和有功功率进行采样计算，代入改进参数自适应策略和边界条件中进行判断，得到自适应后的虚拟转动惯量J和阻尼系数D。
[0011]进一步地，所述步骤S1中VSG模型的转子运动方程为：
[0012][0013]式中，P
m
为额定有功功率，P
e
为输出有功功率，J为虚拟惯性系数，D为虚拟阻尼系数，ω
m
为输出电压的实际角速度，ω0为给定的参考角速度。
[0014]进一步地，所述步骤S2中VSG系统的二阶传递函数模型为：
[0015][0016]其中：
[0017][0018]式中，ξ为阻尼比，ω
n
为自然角速度，t
s
为回复时间，σ为超调量，U为输出电压，U
grid
为交流母线电压，X为线路阻抗。
[0019]进一步地，所述步骤S3中的改进参数自适应策略的传递函数为：
[0020][0021][0022]进一步地，所述步骤S3中VSG系统的幅值裕度h和相位裕度γ为：
[0023][0024]得到自适应后的虚拟转动惯量J和阻尼系数D为：
[0025][0026]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术提供的一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法，相比于传统的自适应策略，将虚拟转动惯量J和阻尼系数D联系起来，并综合考虑了频率的变化率对策略的影响，可以有效避免有功振荡和系统超调，同时动态响应性能得到提升。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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他的附图。
[0028]图1是本专利技术的VSG控制原理图。
[0029]图2是本专利技术阻尼比边界为曲线簇的两条特征曲线图。
[0030]图3是本专利技术改进型自适应策略关于J与D的流程图。
[0031]图4是本专利技术的控制环路图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0033]本专利技术提供一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法，包括以下步骤：
[0034]步骤S1、通过同步发电机的运动方程的二阶暂态模型、功率与转矩的关系，推导出VSG模型的转子运动方程。
[0035]具体的，参阅图1所示，为本专利技术的VSG控制原理图，其中L
f
为滤波电感，C
f
为滤波电容，Z
line
为逆变器输出到交流母线的线路阻抗，P
e
、Q为分别逆变器输出的有功功率、无功功率。
[0036]由同步发电机的运动方程的二阶暂态模型、功率与转矩的关系可得：
[0037][0038]式中，T
m
为机械转矩，T
e
为电磁转矩，J0为惯性系数，D0为阻尼系数，ω
grid
为电网角频率，P
m
为机械功率，ω
m
为实际角速度。
[0039]根据公式(1)整理可得VSG的转子运动方程：
[0040][0041]为模拟同步发电机的特性，在基于VSG的逆变器中，视P
m
为额定有功功率，P
e
为输出有功功率，J为虚拟惯性系数，其大小为J0，D为虚拟阻尼系数，其大小为D0ω
m
，ω
m
为输出电压的实际角速度，ω0为给定的参考角速度。
[0042]步骤S2、建立VSG系统的二阶传递函数模型，选取稳态时的虚拟转动惯量J和阻尼系数D。
[0043]具体的，逆变器并联系统中的传统下垂控制见式(3)，其中k
p
为有功下垂系数，结合式(2)和式(3)，可得式(4)，为本系统的有功控制方程。
[0044]P
m
＝P0+k
p
(ω0‑
ω
m
)
ꢀꢀ
(3)
[0045][0046]由VSG的下垂控制，当输出的线路阻抗呈感性为X且输出电压U与交流母线电压Ugrid的相位差δ足够小时，有：
[0047][0048]其中：
[0049]δ＝∫(ω
m
‑
ω
grid
)
ꢀꢀ
(6)
[0050]对时间进行一阶与二阶求导：
[0051][0052][0053]将上式(7)(8)代入式(4)得：
[0054][0055]进行拉氏变换：
[0056]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过同步发电机的运动方程的二阶暂态模型、功率与转矩的关系，推导出VSG模型的转子运动方程；S2、建立VSG系统的二阶传递函数模型，选取稳态时的虚拟转动惯量J和阻尼系数D；S3、根据改进参数自适应策略的传递函数，通过设置VSG系统的阻尼比，选定VSG系统的幅值裕度和相位裕度，求得虚拟转动惯量J和阻尼系数D的边界条件；S4、对VSG系统实际的频率和有功功率进行采样计算，代入改进参数自适应策略和边界条件中进行判断，得到自适应后的虚拟转动惯量J和阻尼系数D。2.根据权利要求1所述的用于单相光伏储能的VSG改进参数自适应方法，其特征在于，所述步骤S1中VSG模型的转子运动方程为：式中，P
m
为额定有功功率，P
e
为输出有功功率，J为虚拟惯...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡炫，蔡典仑，薛家祥，冯金生，肖丽军，周宜福，叶文斌，舒名华，
申请(专利权)人：广州菲利斯太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：