CN108494011A - 基于静态小扰动下的vsg虚拟阻尼系数自适应控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明针对传统自适应控制在VSG技术应用中存在的不足，例如系统受小扰动后稳定恢复周期长、忽略虚拟阻尼系数的调控作用等问题，提出一种基于静态小扰动下的VSG虚拟阻尼系数自适应控制方法。该方法依据有功功率输出表达式，构造虚拟同步机的功角特性曲线，作为VSG受到小扰动后稳定恢复过程判据。为使扰动开始到稳定恢复的过程中不发生震荡，根据不同运行状态，不断通过自适应控制调整VSG的虚拟阻尼系数，使得角频率能以最快的变化速度保证功角稳定在新的静态工作点，切实提高了微网运行稳定性。

Description

基于静态小扰动下的VSG虚拟阻尼系数自适应控制方法
技术领域
本发明属于新能源电力系统与微电网技术领域，具体涉及一种基于静态小扰动下的VSG虚拟阻尼系数自适应控制方法。
背景技术
由于清洁能源在很长一段时期内仍需要追踪同步电网，虚拟同步机技术应运而生，并且近年来受到了广泛关注。采用虚拟同步机技术(Virtual Synchronous Generator，VSG)的分布式电源具备与同步机组相同的运行机制，都能自主地参与电网的运行和管理。相比于同步发电机的转动惯量和阻尼固定不变，VSG的惯量和阻尼都是通过控制参数实现的，可以灵活控制。因此，将自适应控制应用于VSG技术领域前景广阔。
传统的自适应控制如乒乓控制和模糊控制，其本质就是在暂态过程的不同阶段，选择不同的虚拟惯量值，使虚拟同步发电机在暂态过程中表现出比传VSG控制更好的稳定性。然而，实际上这两种方法对于抑制功率和频率振荡的效果有限。尽管模糊控制比乒乓控制的效果稍好，但是其本质也只是将后者的运行点分段精细化，当参数选择不够理想或者扰动频繁时，对控制效果的影响仍然比较大，更重要的是，这两种方法也都忽略了阻尼参数D的作用。实际上，阻尼参数D在暂态过程中能够非常有效地抑制功率振荡。
发明内容
本发明针对传统自适应控制在VSG技术应用中的不足，提出一种基于静态小扰动下的VSG虚拟阻尼系数自适应控制方法，具体技术方案如下。
一种基于静态小扰动下的VSG虚拟阻尼系数自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)依据VSG的输出有功功率表达式构造虚拟同步发电机的功角特性曲线，作为VSG受到小扰动后稳定恢复过程判据，其中Pe为VSG的输出的有功功率，E为虚拟同步发电机内电势，U为无穷大电网侧电压，δ为E和U的夹角，类比同步发电机，将δ定义为VSG的功角,而X∑为滤波电抗、线路电抗、虚拟电抗之和，Pu是有功功率幅值；
2)为使扰动开始到稳定恢复的过程中不发生震荡，根据不同运行状态，不断通过自适应控制调整VSG的虚拟阻尼系数，不同运行状态如表1中第一列和第二列所示，其中，D是VSG虚拟阻尼系数；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；ωM是最大运行角速度。
表1 VSG虚拟阻尼系数自适应控制取值
附图说明
图1为虚拟同步机功角特性曲线。
图2为本发明提出的VSG虚拟阻尼系数自适应控制策略的功角变化过程。
图3为角频率变化曲线。
图4为不同控制策略下的频率变化仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对发明进一步详细说明。
VSG的输出有功功率表达式为：
构造虚拟同步发电机的功角特性曲线如图1所示。当虚拟同步发电机遇到扰动时，可以假定输入的有功功率Pe从P1增大到P2，则系统的运行点将从A点变化到B点，C点是过渡点。由于阻尼功率相对较小，系统的震荡过程需要经历几个A→B→C→B→A的类似周期过程，最终才能稳定到平衡点B。
如果能够在暂态过程中，改变阻尼参数的值使得运行点能够在到达B点时，ω也能恢复额定值，这样就能使运行点稳定到B而不会继续震荡。具体过程如图2所示。
在0-tS阶段，在tS-tT阶段，在tT-tB阶段，ω＞ωN，这种情况下，ω的变化过程如图3所示。
虚拟同步机的转子机械方程为：
为了缩短暂态过程的时间，应使0-tS和tT-tB的时间尽可能短，也就是使ω尽快加速到最大值ωM、尽快从最大值减小到额定值ωN，考虑到阻尼功率的作用效果，因此这两个阶段的阻尼系数应取为0。而在tS-tT阶段，则这样，在经历上面三个阶段的调节之后，虚拟同步发电机将从暂态过程进入到稳定运行状态。
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2 VSG仿真关键参数
如图4所示，在传统自适应控制下，频率的暂态过程持续时间在0.1s以上，而在虚拟阻尼系数自适应控制策略下，暂态过程不足0.03s，频率的振幅也显著缩小。证明了本发明所提方法的正确性。

Claims (1)

1.一种基于静态小扰动下的VSG虚拟阻尼系数自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)依据VSG的输出有功功率表达式构造虚拟同步发电机的功角特性曲线,作为VSG受到小扰动后稳定恢复过程判据,其中Pe为VSG的输出的有功功率，E为虚拟同步发电机内电势，U为无穷大电网侧电压，δ为E和U的夹角，类比同步发电机，将δ定义为VSG的功角,而X∑为滤波电抗、线路电抗、虚拟电抗之和，Pu是有功功率幅值；
2)为使扰动开始到稳定恢复的过程中不发生震荡，根据不同运行状态，不断通过自适应控制调整VSG的虚拟阻尼系数，不同运行状态如表1中第一列和第二列所示，其中，D是VSG虚拟阻尼系数；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；ωM是最大运行角速度。
表1 VSG虚拟阻尼系数自适应控制取值
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