一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法技术

一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，涉及智能电网及智能算法技术领域。该方法采用自适应惯量和自适应阻尼取代传统的虚拟惯量、虚拟阻尼，具体为引入复合函数erf(arctan(x))和erf(|arctan(x)|)进行虚拟同步发电机自适应惯量和阻尼控制。通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量和变化率，自适应的控制惯量和阻尼的大小来控制角频率的变化，实现虚拟同步发电机的自适应控制，使虚拟同步发电机控制更加稳定。使虚拟同步发电机控制更加稳定。使虚拟同步发电机控制更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法


[0001]本专利技术涉及虚拟同步发电机(VSG)控制
，具体为一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法。

技术介绍

[0002]双碳目标下，以风能、太阳能为代表的新能源发电得到快速大规模发展。新能源发电通过电力电子并网，呈现为弱阻尼与低惯性的特征，使得系统抗干扰、维持稳定运行能力减弱。为此电力电子装置模拟同步发电机的阻尼与惯性控制技术，即虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)得到广泛关注。
[0003]一种依托于高灵活性、可控的电力电子元件，以增强电网运行的稳定性、安全性为目标的控制技术应运而生，即虚拟同步机技术。国内国外研究者基于同步发电机外部运行特性，提出虚拟同步发电机控制技术，其控制方式提高电力系统稳定性和实现分布式能源的友好接入电网，并能够应用同步发电机的理论分析法对虚拟同步发电机性能进行分析，便于引入同步发电机的控制策略，实现功率、频率和电压之间的相互调节。
[0004]最近几年，国内外学者对虚拟同步机控制不断深入研究，解决在技术发展和工程应用中各种问题，提出改进措施，但是系统稳定性仍然需要进一步进行提高。
[0005]现有技术如下：
[0006]与专利CN112821445A“基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法”的技术对比；
[0007]专利CN112821445A中采用的是两段式方法实现虚拟同步发电机的惯量和阻尼自适应控制。而我们采用的连续函数方式实现虚拟同步发电机的惯量和阻尼自适应控制。相对于CN112821445A采用的利用阈值控制惯量和阻尼的方式，我们设计的方法可以实时改变惯量和阻尼的大小，具备更灵活，更精准的特点。
[0008]与专利CN115800312A“一种电压型虚拟同步发电机自适应惯性控制方法及系统”的技术对比；
[0009]专利CN115800312A根据测量到的虚拟同步发电机的输出电压有效值和电网电压有效值，确定虚拟惯性最小初始值；整定截止频率，并根据截止频率和预先获取的等效阻尼系数，得到虚拟惯性最大初始值；根据虚拟惯性最小初始值、虚拟惯性最大初始值和有功功率环模型，确定电压型虚拟同步发电机虚拟惯性最小值和电压型虚拟同步发电机虚拟惯性最大值，以计算得到电压型虚拟同步发电机自适应惯性值。我们设计的方法根据频率的变化量和变化率来实现实时改变惯量和阻尼的大小，我们的方法更灵活，更简便。
[0010]本专利技术考虑到上述情况，提供一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，同时，考虑到负载变化对逆变器系统的影响与实时性，控制系统可以根据角频率的变化量和变化率自适应地调整惯量和阻尼的大小，使得逆变器输出频率变化最小，输出电能质量最高。

技术实现思路

[0011]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0013]一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，具体包括以下步骤：
[0014]1)引入erf(arctan(x))复合函数进行自适应惯量的虚拟同步发电机控制，通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量和变化率，自适应的增大和减小虚拟惯量；
[0015]2)引入erf(|arctan(x)|)复合函数进行自适应阻尼的虚拟同步发电机控制，通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量，自适应的增大和减小虚拟阻尼。
[0016]作为本专利技术进一步改进，步骤一中，基于erf(arctan(x))复合函数的自适应惯量控制，公式如下：
[0017][0018]式中，J为虚拟惯性，J0为虚拟惯量初始值；ω和ω0分别为输出角速度和额定角速度；k0为惯量系数；erf(
·
)为误差函数；arctan(
·
)为反正切函数。
[0019]作为本专利技术进一步改进，步骤二中，基于erf(|arctan(x)|)复合函数的自适应阻尼控制，公式如下：
[0020]J＝D0+k1*erf(|arctan(ω
‑
ω0)|)
[0021]式中，J为虚拟惯性，J0为虚拟惯量初始值；D为阻尼系数，D0为阻尼系数初始值；ω和ω0分别为输出角速度和额定角速度；k1为系数；erf(
·
)为误差函数；arctan(
·
)为反正切函数。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本申请该方法引入了复合函数作为虚拟同步发电机的自适应惯量和阻尼，通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量和变化率，根据角频率的变化情况自适应地控制惯量和阻尼的大小，从而实现虚拟同步发电机的自适应控制。这种方法可以更加精确地控制虚拟同步发电机的角频率，提高控制效果的稳定性和可靠性。
[0024]在实现过程中，该方法需要考虑各种因素，如系统模型的精度、采样时间的选择、参数的自适应调整等。此外，该方法还需要进行实验验证和性能评估，以确定其在实际应用中的可行性和优劣性。
附图说明
[0025]图1是VSG并网系统的整体框图；
[0026]图2是VSG并网系统的拓扑图；
[0027]图3是VSG功频控制拓扑图；
[0028]图4是传统VSG和改进VSG取相同的阻尼、惯量，k0＝2,k1＝10，频率变化对比图；
[0029]图5是改进VSG惯量初始值不同，频率变化对比图；
[0030]图6是改进VSG阻尼初始值不同，频率变化对比图；
[0031]图7是改进VSG惯量系数不同，频率变化对比图；
[0032]图8是改进VSG阻尼系数不同，频率变化对比图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：
[0034]同步发电机数学模型中的转子运动方程和定子电势方程描述机械势能与电磁能量的转换过程。依靠转子惯性，同步发电机具有储能作用。同步发电机的储存作用在电力系统遭受负荷扰动时可以有效缓冲功率突变，抑制能量波动，提高系统稳定性。VSG控制通过模拟同步发电机的电压调节和频率调节方式，使自身具有虚拟转动惯量和阻尼特性，克服电力电子逆变器无法支撑电网电压与电网频率的缺陷。
[0035]本实施例提供了一种基于非线性函数的自适应惯量的虚拟同步发电机控制方法，引入复合函数erf(arctan(x))进行虚拟同步发电机自适应惯量和阻尼控制。通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量和变化率，自适应的控制惯量和阻尼的大小来控制角频率的变化，实现虚拟同步发电机的自适应控制，使虚拟同步发电机控制更加稳定。
[0036]虚拟同步发电机的控制参数不受物理约束，虚拟惯量在满足稳定运行的条件下可灵活调节。利于虚拟惯量和虚拟阻尼灵活调节的特点，提出一种适应虚拟惯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)引入erf(arctan(x))复合函数进行自适应惯量的虚拟同步发电机控制，通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量和变化率，自适应的增大和减小虚拟惯量；2)引入erf(|arctan(x)|)复合函数进行自适应阻尼的虚拟同步发电机控制，通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量，自适应的增大和减小虚拟阻尼。2.根据权利要求1所述的一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，其特征在于：步骤一中，基于erf(arctan(x))复合函数的自适应惯量控制，公式如下：式中，J为虚拟惯性，J0为虚拟惯量初始值；ω和ω0分别为输出角速度和额定...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁树业，罗建，王伟，李星硕，陈遗志，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：