【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力与能源，具体涉及基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法。
技术介绍
1、孤岛微电网是集成了分布式电源(distributed generator，dg)、储能装置以及负荷的小型独立电力系统，它可以是微电网应对大电网故障时的一种工作方式，也可以是解决海岛、偏远地区电力需求的一种有效途径。
2、当前，分布式电源普遍存在惯性和阻尼不足的问题，因此有学者提出虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，vsg)控制方法，通过模拟同步发电机的机电暂态特性和阻尼特性，提高了微电网对dg的接纳能力，保证系统的稳定运行，自提出以来得到了国内外学者的广泛关注。然而，vsg主要实现dg的一次控制，为系统提供惯性并按设定的下垂特性参与系统功率调节。在孤岛微电网中，由于缺少主电网的支撑，孤岛微电网动态特性易受扰动影响，仅依靠vsg的一次有差控制，无法保证孤岛微电网的正常运行。为提高控制精度，通常引入二次控制层以消除一次控制产生的频率、电压偏差和功率分配误差。目前针对孤岛微电网的二次控制，可分为集中控制、分散控制和分布式控制三种类型。分布式控制结合集中式控制以及分散式控制的优点，通过局部信息达到本地控制决策的全局优化。对于孤岛模式运行的多机并联微电网系统，分布式一致性控制可以通过与邻居之间简单的信息交流来使自身达到一种稳定状态，从而影响其他支路保证整体系统的稳定运行。
3、当前分布式二次电压控制的算法，主要包括基于传统一致性的二次控制、基于有限时间一致性的二次控制以及基于
4、其中，基于传统一致性的二次控制方法通过各分布式电源之间交互信息不断的更新全局信息保障微电网的稳定运行，通过本地单元获取相邻单位信息来实现全局信息的交互与分析。但是对于渐进一致性仍然是在无穷时间上的个体状态趋近于一致，收敛速度的提高只会使得在同样时间更接近收敛值，最终的收敛结果仍然保持在无穷时间处，另外收敛速度越快同样也会带来一些不利影响，比如收敛动态过程中产生严重超调，收敛速度越快超调越严重，会影响系统稳定性；再比如收敛鲁棒性表示分布式电源的通讯拓扑结构、时间延时、收敛过程用到的参数以及运行时的工况等一些外在扰动因素下仍然保持一致性收敛的性能，在收敛速度提高的同时收敛鲁棒性也成为不可忽略的问题。
5、基于有限时间一致性的二次控制方法可以在有限时间内完成迭代收敛，但是求解的有限时间的估计明显依赖于微电网分布式电源群体的初始条件，而当分布式电源的初始状态未知或者难以求解时就会限制有限时间一致性在分布式协同控制的应用范围。
6、另外，通过对基于固定时间一致性的二次控制方法的不断研究，有学者发现固定时间一致性会由于特定协议结构而产生一种较大的初始控制输入量，即大于1的指数，指数的存在使得当初始值相差过大时会导致存在过大的幅值，进而会对微电网设备产生一些影响。另外固定时间一致性由于存在指数函数估计时间往往过于保守。固定时间一致性控制在对收敛时间进行紧缺估计以及提供良好的初值输入控制方面存在缺点。
技术实现思路
1、为克服现有技术的缺陷，本专利技术提出一种基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，该方法通过分布式协同一致性的角度，将微电网的微源视作多智能体的节点，将电压、电流、功率等关系视作通讯关系，设计了一种电压和功率可定时恢复的分布式二次电压控制方法，该方法能解决一次控制由于线路阻抗，外部干扰等动态特性引起的电压偏差问题，保障简易通讯以及电压定时快速恢复的同时提高工作效率。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，所述虚拟同步发电机的拓扑结构包括vsg主电路和vsg控制电路，所述vsg主电路包括直流侧电源、电压型逆变器、lc滤波器，所述vsg控制电路包括有功频率环路以及无功电压环路，通过改进分布式一致性控制算法，引入时基发生器，将预设时间作用于所述时基发生器，实现所述虚拟同步发电机电压定时恢复的二次电压控制，增强系统可靠性和灵活性；
4、所述虚拟同步发电机二次电压控制方法包括以下步骤：
5、s1：采集逆变器输出电流ioabc以及输出电压uoabc，根据等幅值变换公式，将abc静止三相坐标电流电压变换为旋转坐标系dq，通过测量vsg输出电压与输出电流的大小，计算三相瞬时有功功率pe以及无功功率qe；
6、s2：计算有功频率环路将有功功率pe与参考值pn的偏差，通过vsg模拟同步发电机的特性方程获取有功功率环输出角度，根据无功电压方程计算获取参考电压幅值em；
7、s3：计算abc三相电压，经过park变换得到dq坐标系下的电压电流双闭环的输入参考信号，再通过电压电流双闭环控制获取逆变器pwm指令信号，驱动逆变器工作，完成一次控制层控制任务；
8、s4：改进分布式一致性控制，引入时基发生器实现定时恢复的特性，设计基于预设时间一致性控制；
9、s5：通过改进后的预设时间一致性，构建vsg无功电压方程，设计平均电压偏差控制器uei(t)以及无功功率偏差控制器uqi(t)，获取分布式协调一致性调节后的额定电压uni(t)，得出基于预设时间一致性的vsg二次电压控制策略，当微电网达到稳定状态时，实现平均电压恢复至额定值的控制目标，完成二次控制层控制任务。
10、进一步的，通过vsg模拟同步发电机的特性方程获取有功功率环输出角度θ的方法如式(1)所示：
11、
12、式(1)中，j表示转动惯量，是频率动态响应应该具备惯性的原因，d表示阻尼系数，pn表示参考功率，pe表示vsg输出功率，ωn表示参考角频率，ω代表实际角频率；
13、根据如式(2)所示无功电压方程，计算得到参考电压幅值em：
14、em＝n(qn-qe)+un (2)
15、式(2)中，un表示无功电压环路的参考电压信号，un不是一个固定的值，而通过二次控制层获取的不断修正的值。
16、进一步的，根据参考电压幅值以及有功功率环输出角度θ，如式(3)所示计算abc三相电压：
17、
18、进一步的，所述基于预设时间一致性控制如式(4)所示：
19、
20、式(4)中，λ2(l)表示拉普拉斯矩阵l的第2小特征值，ξ(t)表示引入的时基发生器，δ表示达到稳定后的收敛误差范围，xi(t)∈r，表示第i个智能体状态变量，aij表示无功功率通讯关系；
21、所述时基发生器ξ(t)的设计如式(5)所示：
22、
23、式(5)中，tf表示收敛时间。
24、进一步的，所述平均电压偏差控制器主要对vsg电压的偏差进行修正，维持电压稳定，所述平均电压偏差控制器的设计步骤包括：
25、s51：基于预设时间一致性控制，如式(6)所示构建第i台vsg无本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机的拓扑结构包括VSG主电路和VSG控制电路，所述VSG主电路包括直流侧电源、电压型逆变器、LC滤波器，所述VSG控制电路包括有功频率环路以及无功电压环路，通过改进分布式一致性控制算法，引入时基发生器，将预设时间作用于所述时基发生器，实现所述虚拟同步发电机电压定时恢复的二次电压控制，增强系统可靠性和灵活性；
2.根据权利要求1所述基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，通过VSG模拟同步发电机的特性方程获取有功功率环输出角度θ的方法如式(1)所示：
3.根据权利要求2所述基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，根据参考电压幅值Em以及有功功率环输出角度θ，如式(3)所示计算abc三相电压：
4.根据权利要求3所述基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，所述基于预设时间一致性控制如式(4)所示：
5.根据权利要求4所述基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，所述无功功率偏差控制器用于保证无功功率的分配，设计步骤包括：
7.根据权利要求6所述基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，根据平均电压偏差控制器的设计以及无功功率偏差控制器的设计，得出基于预设时间一致性的VSG二次电压控制策略总体设计，如式(14)：
...【技术特征摘要】
1.基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机的拓扑结构包括vsg主电路和vsg控制电路，所述vsg主电路包括直流侧电源、电压型逆变器、lc滤波器，所述vsg控制电路包括有功频率环路以及无功电压环路，通过改进分布式一致性控制算法，引入时基发生器，将预设时间作用于所述时基发生器，实现所述虚拟同步发电机电压定时恢复的二次电压控制，增强系统可靠性和灵活性；
2.根据权利要求1所述基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，通过vsg模拟同步发电机的特性方程获取有功功率环输出角度θ的方法如式(1)所示：
3.根据权利要求2所述基于预设时间一致性的虚拟同步发电机二次电压控制方法，其特征在于，根据参考电压幅值em以及有功功率环输出角度θ，如式(3)所示计算abc三...
【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，张国澎，陶海军，郑征，王清璇，王浩，李绍令，龚祥祥，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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