一种基于虚拟功角的惯量控制方法

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种基于虚拟功角的惯量控制方法。

背景技术：

1、近年来，电力系统中可再生能源装机占比不断增加，大规模的新能源设备接入导致了系统内电力电子设备比例增高，同传统火电机组相比，新能源设备本身缺乏惯性响应，导致电力系统的惯性大幅降低，调频能力减弱。这种变化增加了系统在受扰动后的频率变化率和最大频率偏差，进而引发频率失稳等严重后果。为解决大规模新能源接入对频率稳定性的不利影响，最常见的方法是在新能源逆变器上添加控制手段来提供惯性响应和一次调频。新能源设备采用跟网型或构网型控制策略来接入电网。其中，跟网型控制逆变器通过锁相环与系统保持同步，并注入与频率导数和偏差成比例的有功功率，实现虚拟惯性支撑和一次调频控制，从而减小频率变化率和最大频率偏差；构网型控制则采用与同步发电机类似的同步策略，其中虚拟同步发电机控制包含了转子运动方程，通过模拟同步机的惯性响应和阻尼来对扰动进行响应，近年来受到工业界及学术界的广泛关注。

2、然而当前系统中主要采用跟网控制的逆变器，并且未来也将会是跟网与构网共存的形式。因此尽管构网控制性能优越，但直接在大范围更换不经济也不现实。现有研究中常用的虚拟惯量控制方法通常只模拟了惯性环节，并且其响应过程与同步机的行为完全相反。这意味着，虚拟惯量控制通过检测频率变化生成附加功率指令来响应系统频率的变化，而同步机则是先承受功率突变，然后转速再发生变化。虚拟惯量控制的实施通常伴随着微分环节引入的高频噪声，这些噪声难以避免，需要滤波器进行滤波，这又带来一定的延时。此外现有方法往往并未考虑模拟同步机的初始扰动功率分配过程，这是一个重要的遗漏，因为同步机在扰动时会根据其初始扰动分配功率来维持系统的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于虚拟功角的惯量控制方法，该方法能够充分利用并网变流器高动态响应速度和灵活可控的特点，利用锁相环测得电网频率与逆变器自身虚拟频率相比得到频率偏差，进而将频率量转化角度量和参考功率值，从而改变负荷突变暂态过程中的逆变器输出特性，实现了电网频率的主动支撑，提高了系统频率稳定性。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于虚拟功角的惯量控制方法，所述方法包括：

4、步骤1、通过计算锁相环测得的电网频率与逆变器自身的虚拟频率之间的差值，获得虚拟频率偏差；

5、步骤2、将所述虚拟频率偏差经过积分环节并乘以基准值，获取虚拟角度偏差，并将该虚拟角度偏差通过虚拟电抗转换为初始扰动功率；

6、步骤3、将所述虚拟频率偏差经过阻尼环节处理，直接生成阻尼功率；

7、步骤4、将步骤2得到的初始扰动功率和步骤3得到的阻尼功率相加，得到总输出功率，然后对总输出功率进行取反操作，并经过惯性环节生成虚拟频率，随后循环执行步骤1至步骤3，直至系统频率稳定。

8、由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法能够充分利用并网变流器高动态响应速度和灵活可控的特点，利用锁相环测得电网频率与逆变器自身虚拟频率相比得到频率偏差，进而将频率量转化角度量和参考功率值，从而改变负荷突变暂态过程中的逆变器输出特性，实现了电网频率的主动支撑，提高了系统频率稳定性，进而促进了电网对新能源的消纳能力。

技术特征：

1.一种基于虚拟功角的惯量控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述基于虚拟功角的惯量控制方法，其特征在于，所述步骤1的过程具体为：

3.根据权利要求1所述基于虚拟功角的惯量控制方法，其特征在于，在步骤2中，首先将所述虚拟频率偏差转化为虚拟角度偏差，再结合初始扰动功率的公式，将虚拟角度偏差转化为功率变化量，最终建立虚拟功角到输出电磁功率之间的关系，具体来说：

4.根据权利要求1所述基于虚拟功角的惯量控制方法，其特征在于，在步骤3中，将虚拟频率偏差δω经过阻尼环节处理，直接生成阻尼功率，具体公式为：

5.根据权利要求1所述基于虚拟功角的惯量控制方法，其特征在于，在步骤4中，具体是将步骤2得到的初始扰动下分配的电磁功率δpe和步骤3得到的阻尼功率δpd相加，得到输出总功率δp：

技术总结本发明公开了一种基于虚拟功角的惯量控制方法，通过计算锁相环测得的电网频率与逆变器自身的虚拟频率之间的差值，获得虚拟频率偏差；将所述虚拟频率偏差经过积分环节并乘以基准值，获取虚拟角度偏差，并将该虚拟角度偏差通过虚拟电抗转换为初始扰动功率；将虚拟频率偏差经过阻尼环节处理，直接生成阻尼功率；将初始扰动功率和阻尼功率相加得到总输出功率，然后对总输出功率进行取反操作，并经过惯性环节生成虚拟频率，随后循环执行直至系统频率稳定。该方法能改变负荷突变暂态过程中的逆变器输出特性，实现了电网频率的主动支撑，提高了系统频率稳定性。技术研发人员：胥国毅,吴昊,王程,毕天姝受保护的技术使用者：华北电力大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26