一种虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法及系统

本申请涉及电网，尤其涉及一种虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法及系统。

背景技术：

1、随着能源危机问题日益加剧，以可再生能源发电为主要能量来源的微电网受到持续而广泛的关注。可再生能源发电通过电力电子设备接入微电网，由于不具有惯性和阻尼，无法为微电网的电压和频率稳定提供支撑。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法及系统，通过在逆变器的控制算法中引入虚拟转动惯量和阻尼系数，模拟同步发电机的机械特性，从而改善逆变器对系统频率波动的调节能力。

2、本申请实施例提出一种虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，包括：

3、根据虚拟同步发电机的极对数，建立vsg的转子运动模型，以及，为虚拟同步发电机建立虚拟调速器；

4、基于所建立的转子运动模型和所述虚拟调速器，建立逆变器控制模型，以利用所建立的逆变器控制模型模拟同步发电机的外特性；

5、根据同步发电机的功角特性曲线和角频率振荡曲线，将振荡周期分为多个阶段，并根据所建立的逆变器控制模型，确定所建立的逆变器控制模型中的参数控制策略；

6、利用所确定的参数控制策略，执行协同控制。

7、可选的，根据虚拟同步发电机的极对数，建立vsg的转子运动模型包括：

8、在虚拟同步发电机的极对数为1对，且电角速度等于机械角速度的情况下，所建立的vsg的转子运动模型满足：

9、

10、其中，j为转动惯量，kg·m2；tm、te分别为机械和电磁转矩，n·m；pm、pe分别为机械和电磁功率，kw；d为阻尼系数，n·m·s/rad；ω为角频率，rad/s；ω0为额定角频率，δ为功角，rad；

11、为虚拟同步发电机建立虚拟调速器满足：

12、pm＝pref+kω(ω0-ω)

13、其中，pref为给定参考有功功率；kω为功频调差系数。

14、可选的，基于所建立的转子运动模型和所述虚拟调速器，建立逆变器控制模型包括：

15、在逆变器控制算法中，引入所述转子运动模型和所述虚拟调速器满足：

16、

17、

18、其中，τ为一阶惯性时间常数，s；mp为有功-频率下垂系数。

19、可选的，建立逆变器控制模型之后，还包括：

20、引入二次调频，在调差环节引入积分环节，以对频率进行跟踪；

21、基于改进后的有功-频率控制结构，确定改进的频率增量-有功增量的传递函数，并将平衡点附近小信号模型线性化满足：

22、

23、可选的，根据同步发电机的功角特性曲线和角频率振荡曲线，将振荡周期分为多个阶段包括：

24、将振荡周期中、vsg转子角频率ω大于电网角频率ωg且dω/dt>0的部分，划分为第一阶段；

25、将振荡周期中、vsg转子角频率ω大于电网角频率ωg且dω/dt<0的部分，划分为第二阶段；

26、将振荡周期中、vsg转子角频率ω小于电网角频率ωg且dω/dt>0的部分，划分为第三阶段；

27、将振荡周期中、vsg转子角频率ω小于电网角频率ωg且dω/dt<0的部分，划分为第四阶段；

28、根据所建立的逆变器控制模型，确定所建立的逆变器控制模型中的参数控制策略包括：

29、在所述第一阶段，控制增大转动惯量j、以及控制增大阻尼系数d；

30、在所述第二阶段，控制减小转动惯量j、以及控制增大阻尼系数d；

31、在所述第三阶段，控制增大转动惯量j、以及控制增大阻尼系数d；

32、在所述第四阶段，控制减小转动惯量j、以及控制增大阻尼系数d。

33、可选的，根据所建立的逆变器控制模型，确定所建立的逆变器控制模型中的参数控制策略还包括：

34、采用非线性e的指数函数，控制改变转动惯量j，使得|dω/dt|较大时在稳态值的基础上以较大幅度增加转动惯量j，|dω/dt|较小时则减小j的增幅，满足：

35、

36、其中，j0为转动惯量的稳态值；kj为转动惯量的自适应调节系数；cj为|dω/dt|的阈值；

37、在各阶段采用线性函数、在阻尼系数稳态值d0的基础上控制增大阻尼系数d，满足：

38、d＝d0+kd|dω|

39、其中，d0为阻尼系数的稳态值；kd为转动惯量和阻尼系数的自适应调节系数。

40、可选的，根据所建立的逆变器控制模型，确定所建立的逆变器控制模型中的参数控制策略还包括：

41、建立vsg并网简化模型，并在稳态工作点(ωs,δs,pes)对建立的vsg的转子运动模型进行线性化，满足：

42、

43、其中，δpe为有功增量以确定vsg并网系统线性化状态满足：

44、

45、根据确定的vsg并网系统线性化状态，执行转动惯量j、阻尼系数d的参数选择。

46、本申请实施例还提出一种虚拟同步发电机参数自适应协同控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器上有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法的步骤。

47、本申请的控制方法通过在逆变器的控制算法中引入虚拟转动惯量和阻尼系数，模拟同步发电机的机械特性，从而改善逆变器对系统频率波动的调节能力。

48、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，其特征在于，根据虚拟同步发电机的极对数，建立vsg的转子运动模型包括：

3.如权利要求2所述的虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，其特征在于，基于所建立的转子运动模型和所述虚拟调速器，建立逆变器控制模型包括：

4.如权利要求3所述的虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，其特征在于，建立逆变器控制模型之后，还包括：

5.如权利要求3所述的虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，其特征在于，根据同步发电机的功角特性曲线和角频率振荡曲线，将振荡周期分为多个阶段包括：

6.如权利要求5所述的虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，其特征在于，根据所建立的逆变器控制模型，确定所建立的逆变器控制模型中的参数控制策略还包括：

7.如权利要求6所述的虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，其特征在于，根据所建立的逆变器控制模型，确定所建立的逆变器控制模型中的参数控制策略还包括：

8.一种虚拟同步发电机参数自适应协同控制系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法的步骤。

技术总结本申请公开了一种虚拟同步发电机参数自适应协同控制方法，涉及电网技术，包括：根据虚拟同步发电机的极对数，建立VSG的转子运动模型，以及，为虚拟同步发电机建立虚拟调速器；基于所建立的转子运动模型和所述虚拟调速器，建立逆变器控制模型，以利用所建立的逆变器控制模型模拟同步发电机的外特性；根据同步发电机的功角特性曲线和角频率振荡曲线，将振荡周期分为多个阶段，并根据所建立的逆变器控制模型，确定所建立的逆变器控制模型中的参数控制策略；利用所确定的参数控制策略，执行协同控制。本申请通过在逆变器的控制算法中引入虚拟转动惯量和阻尼系数，改善逆变器对系统频率波动的调节能力。技术研发人员：张国平,王维俊,刘华,高翔受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院技术研发日：技术公布日：2024/11/14