CN109659978B - 一种自适应参数的虚拟同步发电机控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法及控制系统，涉及光伏发电并网技术领域。该控制方法包括：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率‑有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；在获得的参数指标的解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组参数指标的输出值；将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组参数指标的优化值；基于得到的所述参数指标的优化值对虚拟同步发电机进行控制。本发明所提控制方法可使逆变器根据不同频率‑有功响应特性要求，为电力系统提供有效的频率支撑，提高了虚拟同步发电机控制方法的并网适应性，有利于大规模新能源并网情况下电网的安全和稳定。

Description

一种自适应参数的虚拟同步发电机控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及光伏发电并网技术领域，具体涉及一种自适应参数的虚拟同步发电机控制方法及控制系统。

背景技术

随着新能源产业的迅速发展和新能源并网控制技术的日趋成熟，以光伏和风电为主的新能源发电在电力系统中的占比逐渐提高。由于新能源电站并网取代了电力系统中原有的同步发电机组，系统等效惯量减小，导致负荷变化时出现剧烈的频率波动。此外，由于新能源机组多运行在最大功率点跟踪模式下，与电网频率解耦运行，无法对电网频率提供支撑，危害电力系统的频率稳定性。因此，研究如何利用电力电子器件的灵活性和可控性，使得新能源发电机组能够提供电力系统所需的频率-有功响应，对提高大规模新能源并网的能力具有重要意义。

虚拟同步发电机控制方法是近年来国内外学者所提出的新型变流器控制技术，其通过真实等效同步发电机的运行机制和外特性，使电力电子变流器表现出类似同步发电机的并网特性。采用虚拟同步发电机控制策略的新能源机组可以主动参与电力系统动态响应，提供惯性支撑并参与电力系统的一次调频。然而，不同电力系统对新能源发电的频率-有功响应特性要求不同，已有的研究中对于定量计算虚拟同步发电机的频率-有功响应特性参数，以及虚拟同步发电机如何自适应地调整参数以满足不同电力系统需求的研究还很少。因此，有必要研究一种自适应参数的虚拟同步发电机控制方法，在已知电力系统对新能源发电的频率-有功响应特性指标要求的基础上，自适应地优化调整参数以满足电网要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出了一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，以解决现有技术中的电力系统中缺乏自适应调整参数的缺陷。

在一些说明下实施例中，所述自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，包括：步骤1：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；步骤2：在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；步骤3：将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；步骤4：基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制；

所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式为：

其中，ΔP_e为虚拟同步发电机输出有功功率变化量；Δω_g为电力系统电压角频率变化量；ω₀为额定角速度；J为虚拟转动惯量；D_p为虚拟阻尼系数；E为虚拟同步发电机内电势有效值；U_pcc为并网点电压有效值；X_S为虚拟同步发电机滤波电抗；s为拉普拉斯算子。

在一些可选地实施例中，在所述步骤4之前，还包括：判断步骤3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若满足，则执行步骤4。

在一些可选地实施例中，在所述步骤4之前，还包括：判断步骤3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若不满足，则返回步骤2，调整所述控制参数，重新获得新的一组所述参数指标的输出值。

在一些可选地实施例中，所述参数优化环节的优化策略包括：各参数指标的输出值与电力系统要求的相应的目标值之差的绝对值之和的最小值。

在一些可选地实施例中，所述参数指标为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间中的一种或几种。

在一些可选地实施例中，将以下公式代入所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式中，

式中，ω₀为额定角速度；J为虚拟转动惯量；E为虚拟同步发电机内电势有效值；U_pcc为并网点电压有效值；X_S为虚拟同步发电机滤波电抗；D_p为虚拟阻尼系数；ω_n和ζ分别为虚拟同步发电机有功环的自然振荡频率和阻尼比；

可得：

式中，ω_d为虚拟同步发电机的虚拟角速度；

则当系统频率发生幅值为k的阶跃扰动时，虚拟同步发电机有功环路小信号模型的输出量可表示为：

对上式进行拉氏反变换，得到虚拟同步发电机的输出功率阶跃响应为：

式中，α为辅助参数，取α＝arccos(2ζ²-1)；

基于以上公式推导出所述参数指标的解析表达式。

在一些可选地实施例中，所述参数指标包括虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间；

所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间的解析表达式为：

式中t_r为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间；

所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的峰值时间的解析表达式为：

式中t_p为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的峰值时间；α为辅助参数，取β＝arccosζ；

所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的超调量的解析表达式为：

式中σ％为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的超调量；c(∞)为系统单位阶跃响应终值；

所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的调节时间的解析表达式为：

式中t_s为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的调节时间；Δ为两条包络线之间的距离的1/2。

在一些可选地实施例中，所述控制参数包括ω_d、ω_n和ζ；或者，影响ω_d和ω_n大小的虚拟转动惯量J和影响ζ大小的虚拟阻尼系数D_p。

本发明的另一个目的在于提出一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

在一些说明性实施例中，所述自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统包括：解析模块，用于根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；控制模块，用于在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；优化模块，用于将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；配置模块，用于基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明所提控制方法可使逆变器根据不同频率-有功响应特性要求，为电力系统提供有效的频率支撑，提高了虚拟同步发电机控制方法的并网适应性，有利于大规模新能源并网情况下电网的安全和稳定。

附图说明

图1为本发明中自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法的流程图；

图2为本发明中自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统的结构框；

图3为虚拟同步发电机并入单机无穷大系统拓扑结构；

图4为虚拟同步发电机控制策略；

图5为虚拟同步发电机频率-有功小信号传递函数框图；

图6为自适应参数优化方法流程图；

图7为虚拟同步发电机的频率-有功响应曲线(tr＝0.15s，ts＝1s；σ％＝30％)；

图8为虚拟同步发电机的频率-有功响应曲线(tr＝0.1s，ts＝0.5s；σ％＝25％)。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例中提出了一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，具体地，如图1所示，图1为本发明实施例中的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法的流程图。

该自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，包括：

步骤S1：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；

步骤S2：在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；

步骤S3：将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；

步骤S4：基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制。

具体的，步骤1中的所述参数指标可以为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间中的一种或几种。例如参数指标可以只选用上升时间、峰值时间、超调量和调节时间中的一种，又例如选用上升时间和超调量作为参数指标，又或者其它组合方式，具体地可以根据电力系统的系统要求选用各参数指标。优选地，可以以上升时间、峰值时间、超调量和调节时间同时作为各参数指标，从而提高控制方法的可靠性和稳定性。

本发明实施例中的虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间的定义如下：

上升时间t_r是指响应曲线第一次达到稳态值的时间；若系统响应无振荡，则定义t_r为响应曲线从稳态值的10％上升到90％所需的时间。

峰值时间t_p是指响应曲线超过稳态值到达第一个峰值所需的时间。

超调量σ％是指相应的最大值偏离稳态值的相对程度。

调节时间t_s是指响应曲线到达并保持在稳态值±2％内所需的最短时间。

本发明实施例中所述控制参数包括ω_d、ω_n和ζ；或者，影响ω_d和ω_n大小的虚拟转动惯量J和影响ζ大小的虚拟阻尼系数D_p。

在步骤S4之前，控制方法，还包括：判断步骤S3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若满足，则执行步骤S4。若不满足，则返回步骤S2，调整所述控制参数，重新获得新的一组所述参数指标的输出值。

其中，设定要求可以是指电力系统良好运行状态下，针对各参数指标设定或选择的特定目标值或特定目标范围。

通过该实施例中的自动调控策略可以满足电力系统的自适应参数的调控，以满足电力系统的稳定运行工作。

步骤S3中的所述参数优化环节的优化策略可包括：各参数指标的输出值与电力系统要求的相应的目标值之差的绝对值之和的最小值。

具体地，若所有参数指标(上升时间t_r、峰值时间t_p、超调量σ％和调节时间t_s)均有要求，则目标函数表达式如下：

min A＝|t_ref-t_r|+|t_pref-t_p|+|σ％_ref-σ％|+|t_sref-t_s|

式中，t_rref为上升时间t_r的目标值，t_pref为峰值时间t_p的目标值，σ％_ref为超调量σ％的目标值，t_sref为调节时间t_s的目标值。

该实施例中示出了同时含有4种参数指标的优化策略，针对于4种以下的参数指标，该优化策略可以相应调整。

本发明所提控制方法可使逆变器根据不同频率-有功响应特性要求，为电力系统提供有效的频率支撑，提高了虚拟同步发电机控制方法的并网适应性，有利于大规模新能源并网情况下电网的安全和稳定。

优选地，所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式为：

其中，ΔP_e为虚拟同步发电机输出有功功率变化量；Δω_g为电力系统电压角频率变化量；ω₀为额定角速度；J为虚拟转动惯量；D_p为虚拟阻尼系数；E为虚拟同步发电机内电势有效值；U_pcc为并网点电压有效值；X_S为虚拟同步发电机滤波电抗；S为为拉普拉斯算子。

将以下公式代入所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式中，

式中，ω₀为额定角速度；J为虚拟转动惯量；E为虚拟同步发电机内电势有效值；U_pcc为并网点电压有效值；X_S为虚拟同步发电机滤波电抗；D_p为虚拟阻尼系数；ω_n和ζ分别为虚拟同步发电机有功环的自然振荡频率和阻尼比；

可得：

式中，ω_d为虚拟同步发电机的虚拟角速度；

则当系统频率发生幅值为k的阶跃扰动时，虚拟同步发电机有功环路小信号模型的输出量可表示为：

对上式进行拉氏反变换，得到虚拟同步发电机的输出功率阶跃响应为：

式中，α为辅助参数，取α＝arccos(2ζ²-1)；

基于以上公式推导出所述参数指标的解析表达式。

优选地，所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间的解析表达式为：

式中t_r为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间；α为辅助参数，取α＝arccos(2ζ²-1)

优选地，所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的峰值时间的解析表达式为：

式中t_p为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的峰值时间；α为辅助参数，取β＝arccosζ；

优选地，所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的超调量的解析表达式为：

式中σ％为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的超调量；c(∞)为系统单位阶跃响应终值；

优选地，所述虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的调节时间的解析表达式为：

式中t_s为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的调节时间；Δ为两条包络线之间的距离的1/2。

本发明的另一个目的在于提出一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统，以解决现有技术中存在的技术问题。如图2所示，图2为本发明实施例中的自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统的结构框图。该自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统包括：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式的解析模块101；在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值的控制模块102；将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值的优化模块103；基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制的配置模块104。

为了本领域技术人员可以更快的理解本发明的主要思想，现在参照图3-8，予以阐述本发明实施例的详细推导过程。

如图3所示，交流输电线路电压等级为220kV，E和Upcc表示逆变器输出电压和逆变器并网点电压，线路的等效阻抗Z取为(7.875+40.5i)Ω。新能源发电单元采用虚拟同步发电机控制，逆变器滤波电抗标幺值Xs＝0.377，其输出侧交流电压等级为10kV，通过升压变压器接入单机无穷大电网。

目前，被广泛采用的一种虚拟同步发电机控制策略框图如图4所示，则其标幺值数学模型如下式所示。

式中，ω_VSG为虚拟同步发电机的虚拟角速度，ω₀为额定角速度；θ_VSG表示虚拟同步发电机内电势相位；P_ref和P_e为有功功率设定值和输出有功大小；J为虚拟转动惯量；D_p为虚拟阻尼系数；Q_ref和Q_e为无功功率的设定值和输出无功大小；D_q为电压下垂系数；K为无功环积分系数；E为虚拟同步发电机内电势有效值，U_pcc为并网点电压有效值；X_S为虚拟同步发电机滤波电抗；δ_VSG为VSG虚拟内电势相位与并网点电压相位差。

对图3所示拓扑中的虚拟同步发电机控制模型有功环路进行小信号分析，根据其数学模型可以得到虚拟同步发电机输出有功功率变化量与系统频率变化量之间的传递函数，传递函数框图如图5所示。则其闭环传递函数如下式所示。

可以看出，虚拟同步发电机有功环路是一个二阶环节，则其自然振荡频率ω_n和阻尼比ζ分别为：

将上式代入虚拟同步发电机控制模型有功环路小信号模型传递函数中，则

则当系统频率发生幅值为k的阶跃扰动时，虚拟同步发电机有功环路小信号模型的输出量可表示为：

对上式进行拉氏反变换，得到虚拟同步发电机的输出功率阶跃响应为：

式中，α＝arccos(2ζ²-1)。此时，根据上式即可求得虚拟同步发电机的各频率-有功阶跃响应参数。

1.上升时间t_r(响应曲线第一次达到稳态值的时间；若系统响应无振荡，则定义t_r为响应曲线从稳态值的10％上升到90％所需的时间)

令c_Pω(t)＝kD_p，求得

由于

因此必有

ω_dt+α＝nπ(n＝0，±1，±2，…) (8)

由上升时间的定义可知，t_r是响应第一次达到稳态值的时间，因此应取n＝1，即

2.峰值时间t_p(响应曲线超过稳态值到达第一个峰值所需的时间)令c_Pω(t)/dt＝0，则

由于

可计算出

定义阻尼角β＝arccosζ，即

取n＝1，求得峰值时间

3.超调量σ％(相应的最大值偏离稳态值的相对程度)

将峰值时间t_p代入虚拟同步发电机的输出功率阶跃响应c_Pω(t)，且

可求出响应最大值

由自动控制原理可知，该系统单位阶跃响应终值c(∞)＝kD_p，则超调量为

4.调节时间t_s(响应曲线到达并保持在稳态值±2％内所需的最短时间)

用阻尼正弦振荡的包络线进入误差带内的时间近似作为调节时间t_s，两条包络线之间的距离取为2Δ，即

两边取对数并整理得

由上述推导的解析式，根据各控制参数具体数值即可定量计算频率-有功阶跃响应的参数。此时，可以对虚拟同步发电机控制器进行自适应参数优化设计。图6为自适应参数优化方法流程图，自适应参数优化依照以下步骤进行：

S21)输入虚拟同步发电机控制参数初值及其并网频率-有功响应特性指标；

S22)根据控制参数计算频率-有功响应特性参数；

S23)使用内点法对虚拟同步发电机控制参数进行优化，优化目标为虚拟同步发电机的频率-有功响应各参数指标与电力系统要求的目标值之差的绝对值之和最小；

S24)判断是否满足指标要求，若是，则输出结果并输入至虚拟同步发电机控制器；若否，则返回S22)。

在附图3所示系统中验证采用自适应参数的虚拟同步发电机控制方法后，系统频率突变时新能源逆变器的有功支撑能力。初始状态下，系统稳定运行。在t＝1s时，系统频率突减0.2Hz，t＝3s时，系统频率恢复至额定状态。图7为电力系统的频率-有功响应特性指标为t_r＝0.15s，t_s＝1s；σ％＝30％时，虚拟同步发电机的频率-有功响应曲线。图8为电力系统的频率-有功响应特性指标为t_r＝0.1s，t_s＝0.5s；σ％＝25％时，虚拟同步发电机的频率-有功响应曲线。可以明显看出，采用本发明所提自适应参数的虚拟同步发电机控制方法后，虚拟同步发电机控制器可以根据不同的响应参数指标自适应地优化并改变控制参数，为电力系统提供有效的频率支撑，提高了虚拟同步发电机控制方法的并网适应性。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；

步骤2：在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；

步骤3：将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；

步骤4：基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制；

所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式为：

其中，ΔP_e为虚拟同步发电机输出有功功率变化量；Δω_g为电力系统电压角频率变化量；ω₀为额定角速度；J为虚拟转动惯量；D_p为虚拟阻尼系数；E为虚拟同步发电机内电势有效值；U_pcc为并网点电压有效值；X_S为虚拟同步发电机滤波电抗；s为拉普拉斯算子。

2.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，在所述步骤4之前，还包括：判断步骤3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若满足，则执行步骤4。

3.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，在所述步骤4之前，还包括：判断步骤3中得到的各参数指标的优化值是否满足设定要求；若不满足，则返回步骤2，调整所述控制参数，重新获得新的一组所述参数指标的输出值。

4.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述参数优化环节的优化策略包括：

获取各参数指标的输出值与电力系统要求的相应的目标值之差的绝对值之和的最小值。

5.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述参数指标为虚拟同步发电机频率-有功阶跃响应关系中的上升时间、峰值时间、超调量和调节时间中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，将以下公式代入所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式中，

式中，ω₀为额定角速度；J为虚拟转动惯量；E为虚拟同步发电机内电势有效值；U_pcc为并网点电压有效值；X_S为虚拟同步发电机滤波电抗；D_p为虚拟阻尼系数；ω_n和ζ分别为虚拟同步发电机有功环的自然振荡频率和阻尼比：

可得：

式中，ω_d为虚拟同步发电机的虚拟角速度；

则当系统频率发生幅值为k的阶跃扰动时，虚拟同步发电机有功环路小信号模型的输出量可表示为：

对上式进行拉氏反变换，得到虚拟同步发电机的输出功率阶跃响应为：

式中，α为辅助参数，取α＝arccos(2ζ²-1)；

基于以上公式推导出所述参数指标的解析表达式。

7.根据权利要求6所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述参数指标包括上升时间、峰值时间、超调量和调节时间；

所述上升时间的解析表达式为：

式中t_r为上升时间；

所述峰值时间的解析表达式为：

式中t_p为峰值时间；α为辅助参数，取β＝arccos ζ；

所述超调量的解析表达式为：

式中σ％为超调量；c(t_p)为系统相应达到最大值时刻t_p的响应量；c(∞)为系统单位阶跃响应终值；

所述调节时间的解析表达式为：

式中t_s为调节时间；Δ为两条包络线之间的距离的1/2。

8.根据权利要求7所述的自适应参数的虚拟同步发电机的控制方法，其特征在于，所述控制参数包括ω_d、ω_n和ζ；或者，影响ω_d和ω_n大小的虚拟转动惯量J和影响ζ大小的虚拟阻尼系数Dp。

9.一种自适应参数的虚拟同步发电机的控制系统，其特征在于，包括：

解析模块，用于根据虚拟同步发电机有功环路小信号模型，推导出其频率-有功阶跃响应关系中一个或多个参数指标的解析表达式；

控制模块，用于在获得的一个或多个参数指标的所述解析表达式的基础上，输入控制参数，得到一组所述参数指标的输出值；

优化模块，用于将得到的参数指标的输出值送入参数优化环节进行优化处理，得到一组所述参数指标的优化值；

配置模块，用于基于得到的所述参数指标的优化值对所述虚拟同步发电机进行控制；

所述虚拟同步发电机有功环路小信号模型的标幺值表达式为：

其中，ΔP_e为虚拟同步发电机输出有功功率变化量；Δω_g为电力系统电压角频率变化量；ω₀为额定角速度；J为虚拟转动惯量；D_p为虚拟阻尼系数；E为虚拟同步发电机内电势有效值；U_pcc为并网点电压有效值；X_S为虚拟同步发电机滤波电抗；s为拉普拉斯算子。

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