一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法及装置制造方法及图纸

本方案公开了智能电网技术领域的一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法，包括以下步骤：步骤1：根据采集第i个虚拟同步的本地电压信息和电流信息；步骤2：获取自适应惯性项；再根据线路电流角频率信息、电压角频率、阻尼初始系数以及自适应阻尼控制系数，获取自适应阻尼项；步骤3：根据步骤2结合步骤1获取角频率微分项；再根据角频率微分项，计算第i个虚拟同步机的角频率，获取第i个虚拟同步机的正弦电压参考量；步骤4：利用电压调节模块对第i个虚拟同步机进行调节。本方案解决了串联型虚拟同步机功率振荡和频率振荡问题。荡问题。荡问题。

【技术实现步骤摘要】
一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及智能电网
，特别涉及一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法及装置。

技术介绍

[0002]进行能源革命，调整能源结构，允许大规模可再生能源接入，已成为电力系统发展的必由之路。微电网已成为可再生能源接入电网的有效途径，串联和并联是组成微电网的两种基本架构。随着可再生能源比重的增加，系统低惯性和欠阻尼特征凸显，当系统发生扰动时，将会发生功率振荡和频率振荡，甚至引发连锁故障导致系统失稳，发生大面积停电。因此，探索系统功率振荡抑制控制方法具有重要意义。
[0003]虚拟同步机技术已广泛应用到电力网络中，能够为电网提供惯性和阻尼支撑，能够有效的抑制功率振荡和频率振荡，塑造系统较好的动态性能。目前针对虚拟同步机控制方法的研究主要针对并联系统，着重针对功率振荡机理分析和功率振荡抑制做了大量的研究工作。但由于并联结构和串联结构的差异性，并联结构中的虚拟同步机控制方法不能够直接用于串联系统中。为了有效抑制串联系统中的功率振荡，需要将虚拟同步机技术拓展到串联系统当中。
[0004]目前，针对串联型虚拟同步机技术的研究较少，有文献提出了分散式互阻尼的控制方法，可以有效的抑制串联系统的功率振荡。但该方法没有很好的利用串联型虚拟同步机惯性和阻尼这两个自由度，来提高系统整体的动态性能。因此，非常有必要探索分散式自适应虚拟惯性和阻尼结合的串联型虚拟同步机控制方法抑制系统的频率振荡，改善系统的动态性能。
专利技术内容
[0005]本专利技术意在提供一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法及装置，以解决串联型虚拟同步机功率振荡和频率振荡问题。
[0006]本方案中的一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法及装置，包括以下步骤：
[0007]步骤1：根据采集第i个虚拟同步的本地电压信息和电流信息，计算有功功率、无功功率、线路电流角频率和电压角频率；
[0008]步骤2：根据步骤1的线路电流角频率信息、电压角频率、惯性初始系数以及自适应惯性控制系数，获取自适应惯性项；再根据线路电流角频率信息、电压角频率、阻尼初始系数以及自适应阻尼控制系数，获取自适应阻尼项；
[0009]步骤3：根据步骤2所述自适应惯性项和自适应阻尼项，结合步骤1所述有功功率、无功功率，获取角频率微分项；再根据角频率微分项，计算第i个虚拟同步机的角频率，将第i个虚拟同步机的电压幅值设为定值，获取第i个虚拟同步机的正弦电压参考量；
[0010]步骤4：根据步骤3所述的正弦电压参考量，利用电压调节模块对第i个虚拟同步机进行调节。
[0011]进一步，步骤2中第i个虚拟同步机自适应惯性项和自适应阻尼项的计算方法如下：根据本地采集电压角频率ω
i
、线路电流角频率ω
com,i
，初始惯性系数J
0i
，自适应惯性控制系数k
J
，以及角频率微分项dω
Di
/dt，获取第i个虚拟同步机自适应惯性项，其表达式为：
[0012][0013]再根据初始阻尼系数D
0i
，自适应阻尼控制系数k
D
，取第i个虚拟同步机自适应阻尼项，其表达式为：
[0014][0015]进一步，步骤3中第i个虚拟同步机的正弦电压参考量的计算方法包括：根据有功功率P
i
和无功功率Q
i
，步骤2所述自适应惯性项和自适应阻尼项，获取第i个虚拟同步机角频率微分项，其表达式为：
[0016][0017]式中，P
*
为额定有功功率，ω
*
为额定角频率，ω
Di
＝ω
i
‑
ω
*
；sgn(
·
)为符号函数。
[0018]根据所述角频率微分项，获取第i个虚拟同步机的正弦电压参考u
i
，其表达式为u
i
＝V
i
sin(ω
i
t)，其中
[0019][0020]式中，V
*
为第i个虚拟同步机设定电压幅值，为常数。
[0021]进一步，步骤4中第i个虚拟同步机的电压调节模块包括电压外环和电流内环控制器，根据正弦电压参考量，利用电压外环和电流内环控制器，用于对第i个虚拟同步机进行电压跟踪，使得输出电压与给定的正弦电压参考一致。
[0022]进一步，电压调节模块包括电压外环模块、电流内环模块以及PWM调制模块，电压外环模块与电流内环模块的输出作为PWM调制模块的输入，PWM调制模块的输出用于控制H桥虚拟同步机各开关管的开通和关断。
[0023]本方案工作原理：本方案根据采集第i个虚拟同步机本地的电压信息和电流信息，计算有功功率、无功功率、线路电流角频率、电压角频率；根据线路电流角频率信息、电压角频率、惯性初始系数以及自适应惯性控制系数，获取自适应惯性项；再根据所述线路电流角频率信息、电压角频率、阻尼初始系数以及自适应阻尼控制系数，获取自适应阻尼项；根据所述有功功率、无功功率，结合所述自适应虚拟惯性项和自适应阻尼项，获取第i个虚拟同步机的角频率微分项；根据所述角频率微分项，将第i个虚拟同步机的电压幅值参考量设定为定值，获取第i个虚拟同步机的正弦电压参考量。根据所述正弦电压参考量，利用电压外环电流内环对第i个虚拟同步机进行调节，实现对系统的控制。根据本专利技术提供的串联型虚拟同步机分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法，能够有效的抑制系统频率振荡，改善系统的动态性能，提高系统的可靠性，确保系统的可靠供电。
[0024]本方案的有益效果：现有控制方法仅利用阻尼或惯性两个自由度中的一个自由
度，用于实现系统的功率振荡抑制和频率振荡抑制，但这两个自由度没有很好的发挥作用，振荡抑制效果还有提升的空间。而本方案提出了分散式自适应虚拟惯性和虚拟结合的串联型虚拟同步控制方法，可以有效的利用惯性和阻尼两个调节自由度实现功率振荡抑制控制，进一步改善系统的动态性能。本方案是一种完全分散式的控制方式，不需要各虚拟同步机之间的通讯，仅需要本地电压电流信息便可构造控制器，系统可靠性高，能够根据实时采样动态调节惯性和阻尼系数，改善系统的动态性能，不影响系统的稳态特征。本方案中有利于推动可再生能源的接入和消纳，为电力电子化网络的建设奠定技术基础。可以解决串联型虚拟同步机功率振荡和频率振荡的问题。
[0025]社会效果：能够有效的抑制功率振荡和频率振荡，改善系统的动态性能，提高系统的稳定性，进而提高供电可靠性，为国民经济发展和人们的日常生活提供必要保障。
[0026]经济效果：可再生能源具有随机性和波动性，解决好功率振荡问题，有利于促进可再生能源的消纳，进而减小化石燃料的消耗，降低总的用电成本，具有较好的经济效益。
[0027]技术效果：利用串联型虚拟同步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据采集第i个虚拟同步的本地电压信息和电流信息，计算有功功率、无功功率、线路电流角频率和电压角频率；步骤2：根据步骤1的线路电流角频率信息、电压角频率、惯性初始系数以及自适应惯性控制系数，获取自适应惯性项；再根据线路电流角频率信息、电压角频率、阻尼初始系数以及自适应阻尼控制系数，获取自适应阻尼项；步骤3：根据步骤2所述自适应惯性项和自适应阻尼项，结合步骤1所述有功功率、无功功率，获取角频率微分项；再根据角频率微分项，计算第i个虚拟同步机的角频率，将第i个虚拟同步机的电压幅值设为定值，获取第i个虚拟同步机的正弦电压参考量；步骤4：根据步骤3所述的正弦电压参考量，利用电压调节模块对第i个虚拟同步机进行调节，实现对系统频率振荡的抑制控制。2.根据权利要求1所述的一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法，其特征在于：步骤2中第i个虚拟同步机自适应惯性项和自适应阻尼项的计算方法如下：根据本地采集电压角频率ω
i
、线路电流角频率ω
com,i
，初始惯性系数J
0i
，自适应惯性控制系数k
J
，以及角频率微分项dω
Di
/dt，获取第i个虚拟同步机自适应惯性项，其表达式为：再根据初始阻尼系数D
0i
，自适应阻尼控制系数k
D
，取第i个虚拟同步机自适应阻尼项，其表达式为：3.根据权利要求2所述的一种串联型虚拟同步机的分散式自适应虚拟惯性和阻尼控制方法，其特征在于：步骤3中第i个虚拟同步机的正弦电压参考量的计算方法包括：根据有功功率P...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浪，田鹏，周克，闫庚龙，
申请(专利权)人：茅台学院，
类型：发明
国别省市：