CN112086961B - 一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法 - Google Patents

一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112086961B
CN112086961B CN202010925681.8A CN202010925681A CN112086961B CN 112086961 B CN112086961 B CN 112086961B CN 202010925681 A CN202010925681 A CN 202010925681A CN 112086961 B CN112086961 B CN 112086961B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
output voltage
virtual damping
virtual
reactive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010925681.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112086961A (zh
Inventor
舒恺
郭高鹏
高飞翎
周勋甜
余萃卓
邵雪峰
李敏敏
蒋元元
李弘毅
叶梁恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Electric Power Design Institute Co ltd
Original Assignee
Ningbo Electric Power Design Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Electric Power Design Institute Co ltd filed Critical Ningbo Electric Power Design Institute Co ltd
Priority to CN202010925681.8A priority Critical patent/CN112086961B/zh
Publication of CN112086961A publication Critical patent/CN112086961A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112086961B publication Critical patent/CN112086961B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法，包括以下步骤：步骤S1：提出改进的VSG无功电压环控制回路，在原有的VSG无功控制回路加入了积分环节，使输出电压变化的动态响应过程具有一定的惯性，其次将输出电压偏差量经虚拟阻尼反馈到输入端的传输通路，以实现电压的无差控制；步骤S2：根据电网运行标准，首先对稳态虚拟阻尼量进行整定计算；其次在输出电压恢复至稳态值的过程中，根据输出电压变化率与电压偏差量之间乘积的变化规律，对虚拟阻尼进行自适应控制，以进一步加快电压的动态响应速度。本发明根据输出电压变化率与电压偏差量的变化规律，无功环中虚拟阻尼可以自适应地变化调节，进一步改善了系统电压的稳定性。

Description

一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，特别是一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法。
背景技术
随着能源危机和环境污染的问题日益严重，分布式可再生能源在电力系统中的渗透率不断提高。并网逆变器作为可再生能源与电网的接口，起着将新能源产生的电能输送至电网的重要作用。但是基于传统下垂控制的逆变器没有模拟同步发电机的惯性特性，当电网发生故障时，其励磁调压环节存在动态调节时间长，输出电压稳态超调量大等缺点。同步发电机中阻尼系数的大小有一定范围，是发电机的一个固定参数。由于逆变器的灵活性和可控性，虚拟同步发电机阻尼参数的模拟不会受到物理条件的限制，可以根据实时响应信息对其进行动态调整。因此，需要设计一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法，来提高系统电压在电网故障时的稳定性，对间歇性能源渗透率不断提高的电力系统具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法，根据输出电压变化率与电压偏差量的变化规律，无功环中虚拟阻尼可以自适应地变化调节，进一步改善了系统电压的稳定性。
本发明采用以下方案实现：一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：提出改进的VSG无功电压环控制回路，在原有的VSG无功控制回路加入了积分环节，用以使输出电压变化的动态响应过程具有惯性，其次将输出电压偏差量经虚拟阻尼反馈到VSG无功控制回路输入端的传输通路，用以实现电压的无差控制；
步骤S2：根据电网运行标准，首先对稳态虚拟阻尼量进行整定计算；其次在输出电压恢复至稳态值的过程中，根据输出电压变化率与输出电压偏差量之间乘积的变化规律，对虚拟阻尼进行自适应控制，用以进一步加快电压的动态响应速度。
进一步地，步骤S1中所述的在原有的VSG无功控制回路中加入了积分环节，使得输出电压的动态调节过程具有惯性，减少了对系统的冲击，具体控制方程为：
Figure GDA0003618003080000021
其中，Dq为虚拟阻尼；Qset和Qe分别为无功功率给定值和输出无功功率；Un为额定电压有效值；Em为输出参考电压有效值；K为无功环的虚拟惯性系数。
进一步地，步骤S2中所述对稳态虚拟阻尼量进行整定计算的具体内容为：
假设单台逆变器的额定容量为Sn，考虑10％的裕度，故有：
Figure GDA0003618003080000022
其中，Dqo为稳态虚拟阻尼量；Sn为逆变器的额定容量；Un为额定电压有效值；U1为运行标准规定的电网电压最低值。
进一步地，当输出电压处于稳态值时，无功环中的虚拟阻尼为所设定的稳态虚拟阻尼Dqo；当输出电压偏离稳态值时，由于虚拟阻尼的增加会导致初始电压变化率变大，因此此过程虚拟阻尼保持为Dqo，当输出电压恢复至稳态值的过程，可根据调节系数kd和电压偏差量Δu自适应地调节虚拟阻尼，此时虚拟阻尼Dq＝Dqo+kd|Δu|，这样有助于减少电压响应的调整时间和稳态超调量，从而进一步改善系统电压的稳定性，具体公式如下：
Figure GDA0003618003080000031
其中，Δu为输出电压偏差量；
Figure GDA0003618003080000032
为输出电压变化率；Vd为输出电压变化率的阈值，其值小于0.01pu；kd为虚拟阻尼Dq与电压偏差量Δu之间的调节系数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
同步发电机的阻尼系数是发电机的一个固定参数，虚拟同步机无功环中的虚拟阻尼Dq是系统的一个模拟量，故不会受到物理条件的限制。因此本发明基于逆变器的灵活性和可控性，根据系统的实时响应信息对虚拟阻尼进行自适应调整，进一步改善了系统电压的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例的改进的VSG无功环控制框图。
图2为本发明实施例的单台VSG的运行结构图。
图3为本发明实施例的系统电压的响应曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：提出改进的VSG无功电压环控制回路，在原有的VSG无功控制回路加入了积分环节，用以使输出电压变化的动态响应过程具有惯性，其次将输出电压偏差量经虚拟阻尼反馈到VSG无功控制回路输入端的传输通路，用以实现电压的无差控制；
步骤S2：根据电网运行标准，首先对稳态虚拟阻尼量进行整定计算；其次在输出电压恢复至稳态值的过程中，根据输出电压变化率与输出电压偏差量之间乘积的变化规律，对虚拟阻尼进行自适应控制，用以进一步加快电压的动态响应速度。
在本实施例中，步骤S1中所述的在原有的VSG无功控制回路中加入了积分环节，使得输出电压的动态调节过程具有惯性，减少了对系统的冲击，具体控制方程为：
Figure GDA0003618003080000051
其中，Dq为虚拟阻尼；Qset和Qe分别为无功功率给定值和输出无功功率；Un为额定电压有效值；Em为输出参考电压有效值；K为无功环的虚拟惯性系数。
在本实施例中，步骤S2中所述对稳态虚拟阻尼量进行整定计算的具体内容为：
假设单台逆变器的额定容量为Sn，考虑10％的裕度，故有：
Figure GDA0003618003080000052
其中，Dqo为稳态虚拟阻尼量；Sn为逆变器的额定容量；Un为额定电压有效值；U1为运行标准规定的电网电压最低值。
在本实施例中，当输出电压处于稳态值时，无功环中的虚拟阻尼为所设定的稳态虚拟阻尼Dqo；当输出电压偏离稳态值时，由于虚拟阻尼的增加会导致初始电压变化率变大，因此此过程虚拟阻尼保持为Dqo，当输出电压恢复至稳态值的过程，可根据调节系数kd和电压偏差量Δu自适应地调节虚拟阻尼，此时虚拟阻尼Dq＝Dqo+kd|Δu|，这样有助于减少电压响应的调整时间和稳态超调量，从而进一步改善系统电压的稳定性。
Figure GDA0003618003080000053
其中，Δu为输出电压偏差量；
Figure GDA0003618003080000054
为输出电压变化率；Vd为输出电压变化率的阈值，其值小于0.01pu；kd为虚拟阻尼Dq与电压偏差量Δu之间的调节系数。
较佳的，本实施例根据输出电压变化率与电压偏差量乘积的变化规律，无功环中虚拟阻尼可以自适应地变化调节，进一步改善了系统电压的稳定性。
较佳的，用下面的例子来说明具体实施方式。
利用MATLAB/Simulink搭建了单台VSG的仿真模型，如图2所示。VSG仿真模型运行在并网模式下，初始时逆变器根据系统指令值向电网馈送2kW的有功功率。1.6s时，令电网相电压幅值突降10％，0.1s后电网电压开始恢复至额定值。在相同的仿真条件下，将本发明所提方法与传统固定参数的控制方法进行对比与验证。
本实施例所提方法的主要参数设计如表1所示：
Figure GDA0003618003080000061
仿真结果如图3所示，在1.7s时，电网电压开始恢复至额定值，VSG输出电压从扰动谷值处开始上升。由仿真结果可以得出，本发明所提出的自适应虚拟阻尼控制方法可以使系统电压拥有更短的调整时间和更小的超调量，进一步改善了系统电压的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：提出改进的VSG无功电压环控制回路，在原有的VSG无功控制回路加入了积分环节，用以使输出电压变化的动态响应过程具有惯性，其次将输出电压偏差量经虚拟阻尼反馈到VSG无功控制回路输入端的传输通路，用以实现电压的无差控制；
步骤S2：根据电网运行标准，首先对稳态虚拟阻尼量进行整定计算；其次在输出电压恢复至稳态值的过程中，根据输出电压变化率与输出电压偏差量之间乘积的变化规律，对虚拟阻尼进行自适应控制，用以进一步加快电压的动态响应速度；
步骤S1中所述的在原有的VSG无功控制回路中加入了积分环节，使输出电压的动态调节过程具有惯性，减少了对系统的冲击，具体控制方程为：
Figure FDA0003618003070000011
其中，Dq为虚拟阻尼；Qset和Qe分别为无功功率给定值和输出无功功率；Un为额定电压有效值；Em为输出参考电压有效值；K为无功环的虚拟惯性系数；
当输出电压处于稳态值时，无功环中的虚拟阻尼为所设定的稳态虚拟阻尼Dqo；当输出电压偏离稳态值时，由于虚拟阻尼的增加会导致初始电压变化率变大，因此此过程虚拟阻尼保持为Dqo，当输出电压恢复至稳态值的过程，根据调节系数kd和电压偏差量Δu自适应地调节虚拟阻尼，此时虚拟阻尼Dq＝Dqo+kd|Δu|，用以减少电压响应的调整时间和稳态超调量，从而改善系统电压的稳定性，具体公式如下：
Figure FDA0003618003070000021
其中，Δu为输出电压偏差量；
Figure FDA0003618003070000022
为输出电压变化率；Vd为输出电压变化率的阈值，其值小于0.01pu；kd为虚拟阻尼Dq与电压偏差量Δu之间的调节系数。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法，其特征在于：步骤S2中所述对稳态虚拟阻尼量进行整定计算的具体内容为：
假设单台逆变器的额定容量为Sn，同时考虑10％的裕度，故有：
Figure FDA0003618003070000023
其中，Dqo为稳态虚拟阻尼量；Sn为逆变器的额定容量；U1为运行标准规定的电网电压最低值。
CN202010925681.8A 2020-09-04 2020-09-04 一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法 Active CN112086961B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010925681.8A CN112086961B (zh) 2020-09-04 2020-09-04 一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010925681.8A CN112086961B (zh) 2020-09-04 2020-09-04 一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112086961A CN112086961A (zh) 2020-12-15
CN112086961B true CN112086961B (zh) 2022-07-05

Family

ID=73731642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010925681.8A Active CN112086961B (zh) 2020-09-04 2020-09-04 一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112086961B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107465189A (zh) * 2017-08-21 2017-12-12 上海电力学院 基于自适应旋转惯量的虚拟同步发电机控制方法
CN108233415A (zh) * 2018-01-15 2018-06-29 合肥工业大学 两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法
CN109256801A (zh) * 2018-09-28 2019-01-22 东北大学 虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制方法
WO2019035760A1 (en) * 2017-08-17 2019-02-21 Nanyang Technological University VIRTUAL ENERGY SYSTEM INERTIA APPARATUS, AND METHODS OF OPERATION THEREOF
CN109861279A (zh) * 2019-01-24 2019-06-07 太原理工大学 一种适用于虚拟同步发电机的转动惯量自适应控制方法
CN109861246A (zh) * 2018-12-24 2019-06-07 燕山大学 一种基于vsg的光伏微网动态频率稳定控制方法
CN110854841A (zh) * 2019-10-24 2020-02-28 山东理工大学 交直流配电系统虚拟同步发电机自适应惯性控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2574645B (en) * 2018-06-14 2020-07-15 Zhong Qingchang Passive virtual synchronous machine with bounded frequency and virtual flux

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019035760A1 (en) * 2017-08-17 2019-02-21 Nanyang Technological University VIRTUAL ENERGY SYSTEM INERTIA APPARATUS, AND METHODS OF OPERATION THEREOF
CN107465189A (zh) * 2017-08-21 2017-12-12 上海电力学院 基于自适应旋转惯量的虚拟同步发电机控制方法
CN108233415A (zh) * 2018-01-15 2018-06-29 合肥工业大学 两级式光伏逆变器虚拟同步发电机控制方法
CN109256801A (zh) * 2018-09-28 2019-01-22 东北大学 虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼系数自适应控制方法
CN109861246A (zh) * 2018-12-24 2019-06-07 燕山大学 一种基于vsg的光伏微网动态频率稳定控制方法
CN109861279A (zh) * 2019-01-24 2019-06-07 太原理工大学 一种适用于虚拟同步发电机的转动惯量自适应控制方法
CN110854841A (zh) * 2019-10-24 2020-02-28 山东理工大学 交直流配电系统虚拟同步发电机自适应惯性控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Self-Adaptive Inertia and Damping Combination Control of VSG to Support Frequency Stability;Dongdong Li;《 IEEE Transactions on Energy Conversion》;20161101;全文 *
An Adaptive Control Strategy for Virtual Synchronous Generator to Damp Power System Low Frequency Oscillation;Jun Wei;《2020 Asia Energy and Electrical Engineering Symposium 》;20200531;全文 *
考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究;曹新慧等;《高电压技术》;20200430(第04期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112086961A (zh) 2020-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109861246B (zh) 一种基于vsg的光伏微网动态频率稳定控制方法
CN110474347B (zh) 一种虚拟同步发电机双参数自适应控制方法
CN109149605A (zh) 一种基于vsg的微电网暂态自适应参数控制策略
CN107968415B (zh) 一种虚拟同步发电机的自适应虚拟惯量控制方法
CN112003323A (zh) 一种利用自适应虚拟参数提高风电并网一次调频性能的方法
CN105896570B (zh) 基于稳态频率差值补偿的虚拟同步发电机阻尼绕组模拟方法
CN105490304A (zh) 一种多端柔性直流电网跨区域平抑风电波动的协调控制方法
CN111817316B (zh) 一种水电机组一次调频协调控制方法和装置
CN104638679A (zh) 一种采用自适应调节的虚拟同步发电机频率控制方法
CN105515022A (zh) 一种与二次调频相协调的双馈风电机组虚拟惯性控制方法
Zhang et al. Comparison of inertia control methods for DFIG-based wind turbines
CN114256867A (zh) 基于惯量自适应调节的永磁直驱风电构网型控制方法
CN111064232B (zh) 基于虚拟同步发电机的微网系统逆变器二次频率控制方法
CN105633981A (zh) 一种抑制次同步振荡的统一潮流控制器附加阻尼控制系统
CN114447955A (zh) 基于变积分系数的自适应构网型调频控制方法
CN107482939A (zh) 一种逆变器控制方法
CN105356783A (zh) 一种针对下垂控制逆变器的增强型限流控制方法
CN111313435A (zh) 基于vsg技术的光伏电站对多机系统的低频振荡抑制策略
Tan et al. Research on primary frequency regulation of wind turbine based on new nonlinear droop control
CN112086961B (zh) 一种基于虚拟同步机的无功环自适应虚拟阻尼控制方法
CN106816889B (zh) 并网逆变器功率解耦方法及装置
CN112003333A (zh) 一种提高光伏一次调频下垂控制性能的方法
CN104269871A (zh) 提高火力发电机组一次调频正确动作合格率的方法
CN108736517B (zh) 一种基于vsg的逆变型分布式电源自适应阻尼控制方法
CN104135207B (zh) 一种大型双馈风力发电机并网联合优化控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210104

Address after: 315020 11 fortune 4-1, north shore of Jiangbei District, Ningbo, Zhejiang

Applicant after: NINGBO ELECTRIC POWER DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd.

Address before: 315020 11 fortune 4-1, north shore of Jiangbei District, Ningbo, Zhejiang

Applicant before: NINGBO ELECTRIC POWER DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd.

Applicant before: FUJIAN BODIAN ENGINEERING DESIGN Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant