一种基于虚拟惯量自适应与功角校正的虚拟同步发电机有功功率控制方法及装置与流程

本发明涉及并网，具体是一种基于虚拟惯量自适应与功角校正的虚拟同步发电机有功功率控制方法及装置。

背景技术：

1、近年来，随着新能源并网渗透率的逐年攀升，为提高电力系统的运行稳定性，构网型变流器得到越来越多的关注。虚拟同步发电机技术是实现并网变流器构网运行的关键技术，其也得到了广泛关注和应用。然而，常规的虚拟同步发电机控制技术存在两个主要缺点，一个是有功功率变化时虚拟同步发电机输出角频率会产生较大的超调，另一个是当虚拟阻尼较小时，有功功率动态存在较大的震荡和超调，而当虚拟阻尼较大时，虽然有功功率的震荡和超调可以得到抑制，但稳态会产生有功功率偏差。虽然已有文献针对该问题进行了研究，但很少有文献同时解决上述两方面的问题，且常规方法往往存在需要使用微分运算、稳定性较低等缺点。

2、文献“杨赟,梅飞,张宸宇,等.虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略[j].电力自动化设备,2019,39(03):125-131.”研究了一种基于转动惯量和阻尼系数协同自适应的虚拟同步发电机有功功率控制策略，减小了功率震荡和超调，但未解决稳态有功功率存在偏差的问题。

3、文献“兰征,龙阳,曾进辉,等.考虑超调的虚拟同步发电机暂态功率振荡抑制策略[j].电力系统自动化,2022,46(11):131-141.”研究了一种虚拟同步电机暂态功率振荡抑制策略，但该方法需要使用微分运算，而微分运算易放大采样噪声，造成系统稳定性降低。

4、文献“刘秦娥,任东风,康逸群,等.基于阻尼功率调整的虚拟同步机有功功率控制方法[j].智慧电力,2024,52(03):63-70.”研究了一种基于阻尼功率调整的虚拟同步机有功功率控制方法，采用比例积分控制器动态调整阻尼功率，解决了有功功率动态震荡和稳态静差的问题，且避免了使用微分运算。然而，该方法未考虑有功功率突变时的角频率超调问题。

5、由上述分析可知，虽然现有文献研究了改进的虚拟同步发电机有功功率控制策略，但现有方法或需要微分运算，或未能同时解决角频率超调、有功功率动态震荡和稳态静差的问题。

技术实现思路

1、为了克服常规虚拟同步发电机有功功率控制存在的问题，本发明公开了一种基于虚拟惯量自适应与功角校正的虚拟同步发电机有功功率控制方法及装置。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于虚拟惯量自适应与功角校正的虚拟同步发电机有功功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤1、将设定的电网额定角频率ω0与虚拟同步发电机控制策略输出的角频率ω做差，并乘以下垂系数kω得到第一功率偏差δp1，满足：

5、δp1＝(ω0-ω)*kω

6、其中，电网额定角频率ω0为100πrad/s；

7、步骤2、将设定的虚拟同步发电机有功功率参考值pref与步骤1得到的第一功率偏差δp1相加，并减去虚拟同步发电机输出的有功功率pe，得到第二功率偏差δp2，满足：

8、δp2＝pref+δp1-pe

9、其中，有功功率pe是根据上一时刻虚拟同步发电机输出的功角计算得到；

10、步骤3、将步骤2得到的第二功率偏差δp2按照下式进行积分运行，得到第一频率偏差δω1，满足：

11、

12、其中，s表示拉普莱斯算子，j表示虚拟同步发电机的自适应虚拟惯量；

13、步骤4、将步骤3得到的第一频率偏差δω1与设定的电网额定角频率ω0相加，得到虚拟同步发电机输出的角频率ω，满足：

14、ω＝ω0+δω1

15、步骤5、将步骤4得到的虚拟同步发电机输出的角频率ω减去电网的实际角频率ωg之后，再进行积分运算，得到虚拟同步发电机输出的初始功角δ0，满足：

16、

17、步骤6、将步骤4得到的虚拟同步发电机输出的角频率ω乘以比例系数kp后得到功角校正量δδ，并加上步骤5得到的初始功角δ0，得到虚拟同步发电机输出的最终功角δ，满足：

18、δ＝δ0+δδ

19、δδ＝kpω

20、其中，kp为比例系数，功角δ用于计算下一时刻虚拟同步发电机输出的有功功率pe。

21、进一步的，步骤2中的虚拟同步发电机输出的有功功率pe的计算公式满足：

22、pe＝kδ'

23、其中，u为电网电压幅值，e为虚拟同步发电机输出电压的幅值，x为电网等效线路阻抗，δ'为上一时刻虚拟同步发电机输出的功角。

24、进一步的，步骤3中的虚拟同步发电机自适应虚拟惯量j的计算公式满足：

25、

26、其中，j0为虚拟同步发电机的初始虚拟惯量，kj为虚拟惯量自适应比例系数，e为自然底数，等于2.71828，sgn()为符号函数，δp3为第三功率偏差，δω2为第二角频率偏差，其计算方法满足：

27、δp3＝pe-pe'

28、δω2＝ω-ω'

29、其中，pe为虚拟同步发电机输出的有功功率，pe'为经过延时时间t的pe，ω为虚拟同步发电机输出的角频率，ω'为经过延时时间t的ω。

30、一种基于虚拟惯量自适应与功角校正的虚拟同步发电机有功功率控制装置，包括：

31、第一功率偏差计算模块，用于将设定的电网额定角频率ω0与虚拟同步发电机控制策略输出的角频率ω做差，并乘以下垂系数kω得到第一功率偏差δp1，满足：

32、δp1＝(ω0-ω)*kω

33、其中，电网额定角频率ω0为100πrad/s；

34、第二功率偏差计算模块，用于将设定的虚拟同步发电机有功功率参考值pref与第一功率偏差计算模块计算得到的第一功率偏差δp1相加，并减去虚拟同步发电机输出的有功功率pe，得到第二功率偏差δp2，满足：

35、δp2＝pref+δp1-pe

36、其中，有功功率pe是根据上一时刻虚拟同步发电机输出的功角计算得到；

37、第一频率偏差计算模块，用于将第二功率偏差计算模块计算得到的第二功率偏差δp2按照下式进行积分运行，得到第一频率偏差δω1，满足：

38、

39、其中，s表示拉普莱斯算子，j表示虚拟同步发电机的自适应虚拟惯量；

40、角频率计算模块，用于将第一频率偏差计算模块计算得到的第一频率偏差δω1与设定的电网额定角频率ω0相加，得到虚拟同步发电机输出的角频率ω，满足：

41、ω＝ω0+δω1

42、初始功角计算模块，用于将角频率计算模块计算得到的虚拟同步发电机输出的角频率ω减去电网的实际角频率ωg之后，再进行积分运算，得到虚拟同步发电机输出的初始功角δ0，满足：

43、

44、最终功角最终功角将角频率计算模块计算得到的虚拟同步发电机输出的角频率ω乘以比例系数kp后得到功角校正量δδ，并加上初始功角计算模块计算得到的初始功角δ0，得到虚拟同步发电机输出的最终功角δ，满足：

45、δ＝δ0+δδ

46、δδ＝kpω

47、其中，kp为比例系数，功角δ用于计算下一时刻虚拟同步发电机输出的有功功率pe。

48、进一步的，所述虚拟同步发电机输出的有功功率pe的计算公式满足：

49、pe＝kδ'

50、其中，u为电网电压幅值，e为虚拟同步发电机输出电压的幅值，x为电网等效线路阻抗，δ'为上一时刻虚拟同步发电机输出的功角。

51、进一步的，所述虚拟同步发电机自适应虚拟惯量j的计算公式满足：

52、

53、其中，j0为虚拟同步发电机的初始虚拟惯量，kj为虚拟惯量自适应比例系数，e为自然底数，等于2.71828，sgn()为符号函数，δp3为第三功率偏差，δω2为第二角频率偏差，其计算方法满足：

54、δp3＝pe-pe'

55、δω2＝ω-ω'

56、其中，pe为虚拟同步发电机输出的有功功率，pe'为经过延时时间t的pe，ω为虚拟同步发电机输出的角频率，ω'为经过延时时间t的ω。

57、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

58、与常规方法相比，本发明方法同时解决了角频率超调、有功功率动态震荡和稳态偏差抑制的问题，且本发明方法不需要引入微分运算，实现更简单。