CN108429290A - 基于功角稳定分析的vsg转动惯量改进自适应控制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于功角稳定分析的VSG转动惯量改进自适应控制策略，所述策略类比同步发电机，构造虚拟同步发电机的功角特性曲线，根据功角特性曲线分析VSG受到小扰动后的稳定过程。利用VSG控制中虚拟惯量参数灵活可控的特点，通过自适应控制调整虚拟惯量参数值。使得VSG运行到平衡点时，角速度也能恰好恢复至额定值，而不会继续震荡，即在静态过程的第一个四分之一周期，系统就可以过渡到稳定运行状态，在缩短静态过程时间的同时，抑制功率、频率的振荡。

Description

基于功角稳定分析的VSG转动惯量改进自适应控制策略
技术领域
本发明属于新能源电力系统与微电网技术领域，具体涉及一种基于功角稳定分析的VSG转动惯量改进自适应控制策略。
背景技术
与石油、煤炭等传统化石能源相比，以风能、光伏为代表的新能源具有可再生、清洁的特点，也因此得到越来越多的认可和青睐。而分布式发电因其配置灵活、投资较小，符合可再生能源绿色环保的发展理念，成为新能源开发的重要发展形式。但是大量的、不同类型的分布式电源接入系统，很容易使电网受到造成较大的冲击，并对电网的潮流分布、电能质量甚至稳定运行带来很大影响。
针对这一问题，学者们提出了微网的概念。微网既可以独立运行，也可以通过电力电子逆变器与大电网并网运行。然而，由于逆变器的响应速度极快、不具备阻尼特性和惯性特性，在遇到扰动的情况下，往往很难和具有大惯性的电网实现同步调节，容易发生过载或失稳的情况，从而大大影响了系统的稳定运行。
针对这一问题，有学者借鉴了同步发电机在维持有功功率、无功功率、电压、频率的特性，仿照同步发电机的运行机理提出了“虚拟同步发电机”(VSG)的概念。即在下垂控制的基础上，引入同步发电机的电磁方程和机械方程，在逆变器的控制环节中加入了虚拟惯量，来模拟同步发电机。
而鉴于VSG具有参数灵活可调的特点，近年来，基于自适应理论的控制方法成为研究热点。但是现有自适应控制无法克服扰动发生后的功率震荡问题，不利于系统的稳定运行。
发明内容
本发明在传统自适应控制的理论基础上，提出一种基于功角稳定分析的VSG转动惯量改进自适应控制策略，具体技术方案如下：
一种基于功角稳定分析的VSG转动惯量改进自适应控制策略，其特征在于，所述策略利用了VSG控制中虚拟惯量参数灵活可控的特点，在同步机受到小扰动后恢复稳定的静态过程的不同阶段，选择不同的虚拟惯量值，在缩短静态过程时间的同时，抑制功率、频率的振荡。
类比同步发电机，将δ定义为VSG的功角，构造虚拟同步发电机的功角特性曲线，根据功角特性曲线分析VSG受到小扰动后的稳定过程，并在稳定过程的不同阶段通过自适应控制调整虚拟惯量参数值。
进而克服传统自适应控制在功角稳定过程中振荡周期过长的问题，使得VSG运行到平衡点时，角速度也能恰好恢复至额定值，而不会继续震荡，即在静态过程的第一个四分之一周期，系统就可以过渡到稳定运行状态。
附图说明
图1为虚拟同步机在改进自适应控制策略下的功角变化过程。
图2为不同控制策略下的功率变化仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图对发明进一步详细说明。
虚拟同步机的摇摆方程为：
其中J是惯量；D是阻尼参数；ω是转子角速度；ωg是电网角频率；Pm是机械功率；Pe是电磁功率。
图1为虚拟同步机在改进自适应控制策略下的功角变化过程，其中A点为初始稳定点，B点为扰动后稳定点，S点和T点为过度点。
假定给定的有功功率Pm从P1增大到P2，在运行点由A到S点过程中，ω加速到角频率的上限ωM。
在S点到T点过程中，以最大角速度ωM运行。
此后，持续减速，到达B点时，恰好恢复到额定值ωN。
设系统允许的最大的角频率变化率为ω′M，则根据摇摆方程可确定不同运行阶段虚拟惯量的自适应取值,如表1所示。
表1VSG虚拟惯量的改进自适应控制规则
需要注意的是，在tT-tB阶段是减速过程，因此J取负值。当J取成负值时，便不再具有模拟同步发电机转动惯量这一最初的物理含义，只是控制系统的一个参数值。
在Matlab/Simulink环境下，分别对不同控制策略进行仿真验证，VSG的基本参数见表2。当虚拟同步发电机已经进入到稳定运行状态时，假定0.3s时其输入功率由2kw突增至6.5kw。
表2VSG仿真关键参数
如图2所示，当采用传统的虚拟惯量自适应控制策略时，功率振荡幅度较大，并且过渡到稳态的时间也比较长。而采用改进的自适应控制策略可以明显缩短静态时间，并且同时输出功率更加平稳地过渡至新的稳态值。验证了本方法的正确性。

Claims (3)

1.一种基于功角稳定分析的VSG转动惯量改进自适应控制策略，其特征在于，所述策略利用了VSG控制中虚拟惯量参数灵活可控的特点，在同步机受到小扰动后恢复稳定的静态过程的不同阶段，选择不同的虚拟惯量值，在缩短静态过程时间的同时，抑制功率、频率的振荡。
2.根据权利要求1所述基于功角稳定分析的VSG转动惯量改进自适应控制策略，其特征在于，所述自适应控制策略类比同步发电机，将δ定义为VSG的功角，构造虚拟同步发电机的功角特性曲线，根据功角特性曲线分析VSG受到小扰动后的稳定过程，并在稳定过程的不同阶段通过自适应控制调整虚拟惯量参数值。
3.根据权利要求1所述基于功角稳定分析的VSG转动惯量改进自适应控制策略，其特征在于，所述改进自适应控制策略，能克服传统自适应控制在功角稳定过程中振荡周期过长的问题，使得VSG运行到平衡点时，角速度也能恰好恢复至额定值，而不会继续震荡，即在静态过程的第一个四分之一周期，系统就可以过渡到稳定运行状态。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109038674A (zh) * 2018-08-28 2018-12-18 华北电力大学（保定） 非线性最小二乘曲线拟合的vsg惯量与阻尼系数测量方法
CN109347119A (zh) * 2018-09-21 2019-02-15 全球能源互联网欧洲研究院 一种基于虚拟同步发电机的电网低频振荡抑制方法及装置
CN110535182A (zh) * 2019-09-24 2019-12-03 上海电力大学 一种基于模糊理论的vsg自适应转动惯量控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014132304A1 (ja) * 2013-02-28 2014-09-04 川崎重工業株式会社 系統連系する電力変換装置
CN107332275A (zh) * 2017-08-15 2017-11-07 东南大学 一种虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014132304A1 (ja) * 2013-02-28 2014-09-04 川崎重工業株式会社 系統連系する電力変換装置
CN107332275A (zh) * 2017-08-15 2017-11-07 东南大学 一种虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
毛福斌: ""微网逆变器的虚拟同步发电机控制策略研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109038674A (zh) * 2018-08-28 2018-12-18 华北电力大学（保定） 非线性最小二乘曲线拟合的vsg惯量与阻尼系数测量方法
CN109038674B (zh) * 2018-08-28 2024-01-09 华北电力大学（保定） 非线性最小二乘曲线拟合的vsg惯量与阻尼系数测量方法
CN109347119A (zh) * 2018-09-21 2019-02-15 全球能源互联网欧洲研究院 一种基于虚拟同步发电机的电网低频振荡抑制方法及装置
CN109347119B (zh) * 2018-09-21 2022-02-08 全球能源互联网欧洲研究院 一种基于虚拟同步发电机的电网低频振荡抑制方法及装置
CN110535182A (zh) * 2019-09-24 2019-12-03 上海电力大学 一种基于模糊理论的vsg自适应转动惯量控制方法

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