基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法技术

本发明专利技术公开了一种基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法，针对虚拟同步发电机，以S

【技术实现步骤摘要】
基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法


[0001]本专利技术涉及一种基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源发电渗透率的不断提高，电力系统要求这些以逆变器为接口的电源更多地参与形成电网电压和频率。此时，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，VSG)应运而生。VSG通过模拟同步发电机的摆动方程和输出特性，能够支撑电网电压和频率。然而，与同步发电机类似，VSG也可能遭遇暂态稳定性问题，这意味着VSG在故障期间将会与电网失去同步。
[0003]目前，大量研究致力于探索如何增强VSG的暂态稳定性。考虑到VSG中无功功率控制对暂态稳定性的不利影响，一部分学者通过改进VSG的无功功率控制来增强暂态稳定性。而另一部分学者则借助VSG的完全可控性，通过调整虚拟惯量和阻尼系数来改善VSG的暂态响应。这些策略都能在一定程度上改善VSG的暂态稳定性，但他们都要求VSG在故障期间拥有平衡点。
[0004]目前，针对VSG在故障后没有平衡点的暂态稳定性问题的研究很少，尚没有一个统一的标准来调整有功功率参考，以保证VSG在故障期间的平衡点。可以根据电网电压暂降水平降低有功参考功率的方法来提高VSG的暂态稳定裕度。然而，在工程实践中，暂态期间电网参数的测量是比较困难的，而且测量产生的延迟和误差也可能影响暂态稳定性。
[0005]因此，有必要设计一种新的稳定性提升方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法，该基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法改善VSG的暂态行为，从而降低暂态失稳风险。
[0007]专利技术的技术解决方案如下：
[0008]一种基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法，针对虚拟同步发电机，以S
T
为触发有功功率参考调整的失稳检测信号；
[0009]频率偏差Δω及其积分分别采用k
p
和k
i
的前馈增益，频率偏差Δω的微分取绝对值后与Δω相乘再以k
p
的增益进行前馈，三者共同组成了频率前馈功率P
f
，表示为：
[0010][0011]其中，k
p
、k
i
和k
d
分别为比例、积分和微分增益。
[0012]频率偏差Δω大于0.1Hz、功率偏差ΔP大于1
·
10
‑3P
ref
以及功率偏差的微分d(ΔP)/dt大于2
·
10
‑2P
ref
/s三者同时满足，且持续时间超过20ms时，S
T
被置位；P
ref
为有功功率参考值。
[0013]优选的，k
p
和k
d
分别取2D
p
和0.5J，其中，D
p
为阻尼系数，J为虚拟惯量。
[0014]优选的，k
i
取0.05P
ref
，P
ref
为有功功率参考值。
[0015]有益效果：
[0016]本专利技术的基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法，是一种基于频率前馈的暂态稳定增强策略。它可以通过自适应调整阻尼系数和虚拟惯量来缓解平衡点存在时的暂态稳定问题，还可以在故障后没有平衡点的情况下恢复平衡点，而且在整个暂态过程不需要知道电网信息。
[0017]本专利技术提出了一种频率前馈控制来提高VSG的暂态稳定性。与以往的策略相比，本专利技术所提策略具有以下优点:
[0018]1)通过自适应调节阻尼系数和虚拟惯量缓解了故障后有平衡点的暂态稳定问题；
[0019]2)可以在故障后没有平衡点的情况下恢复平衡点；
[0020]3)整个暂态过程不需要电网信息。
附图说明
[0021]图1为VSG并网系统典型拓扑图；
[0022]图2为基于频率前馈的暂态稳定增强策略的控制系统示意图；
[0023]图3为采用不同kp的VSG的暂态过程曲线(图3a为相轨迹，图3b为RoCoF曲线)；
[0024]图4为采用不同kd的VSG的暂态过程曲线(图4a为相轨迹，图4b为RoCoF曲线)；
[0025]图5为采用不同ki的VSG的暂态稳定性能曲线(图5a为相轨迹，图5b为RoCoF曲线)；
[0026]图6为VSG遭遇有平衡点故障的仿真结果图(图6a为未采用本专利技术策略的仿真结果图，图6b为采用本专利技术策略的仿真结果图)；
[0027]图7为VSG遭遇无平衡点故障的仿真结果图(图7a为未采用本专利技术策略的仿真结果图，图7b为采用本专利技术策略的仿真结果图)；
[0028]图8为不同暂态稳定增强策略对比的仿真结果图(图8a为故障后有平衡点的仿真结果图，图8b为为故障后无平衡点的仿真结果图)。
具体实施方式
[0029]以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明：
[0030]实施例1：
[0031]VSG原理及其的暂态稳定性
[0032]图1给出了VSG并网系统的典型拓扑图。VSG将直流逆变成交流，经过LC滤波器滤波后，在公共耦合点(point of common coupling，PCC)向电网注入功率。VSG的控制可分为功率外环和电压电流内环，两者可以在时域上进行解耦，VSG的暂态稳定性主要取决于较慢的功率外环。功率控制器通过调节输出有功功率P和无功功率Q跟踪参考值P
ref
和Q
ref
，进而形成PCC电压参考e
ref
的相角θ
ref
和幅值V
ref
。电压电流控制器通过调节PCC电压和电流使其跟踪参考e
ref
，并生成调制的参考电压，进而产生逆变器的调制信号。
[0033]图中，V
dc
为恒定的直流电压。L
f
、C
f
和分别表示滤波电感、滤波电容和电网电感。v
g
和e分别表示电网电压和PCC电压。电网和VSG的频率分别用ω
g
和ω表示。功角δ为v
g
和e之间的相位差。
[0034]VSG的功率控制律可以表示为：
[0035][0036]V
ref
＝K
q
(Q
ref
‑
Q)+V0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0037]其中，D
p
为阻尼系数，J为虚拟惯量，K
q
为无功下垂系数。
[0038]VSG和电网之间传输的有功功率和无功功率可以表示为：
[0039]P＝1.5EV<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控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法，其特征在于，针对虚拟同步发电机，以S
T
为触发有功功率参考调整的失稳检测信号；频率偏差Δω及其积分分别采用k
p
和k
i
的前馈增益，频率偏差Δω的微分取绝对值后与Δω相乘再以k
p
的增益进行前馈，三者共同组成了频率前馈功率P
f
，表示为：其中，k
p
、k
i
和k
d
分别为比例、积分和微分增益。2.根据权利要求1所述的基于频率前馈控制的虚拟同步发电机暂态稳定性增强方法，其特征在于，频率偏差Δω大于0.1Hz、功率偏差ΔP大于1
·
10
‑3P
ref
以及功率偏差...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹勇军，卢霞微，王一军，张航，龚凯，刘彦，
申请(专利权)人：长沙逸凯智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：