CN112103948A - 一种变频空调负荷虚拟同步电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变频空调负荷虚拟同步电机控制方法。所述变频空调负荷虚拟同步电机控制方法包括以下步骤：S1：对变频空调负荷进行VSM建模及改造；S2：建立变频空调负荷VSM群微网互动模型；S3：通过仿真验证分析进行算例认证。本发明提供的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法具有空调负荷调控效率和负荷响应的准确度高，微网运行稳定性高的优点。

Description

一种变频空调负荷虚拟同步电机控制方法

技术领域

本发明涉及空调设备技术领域，尤其涉及一种变频空调负荷虚拟同步电机控制方法。

背景技术

随着分布式光伏发电、风力发电等新能源发电渗透率的不断提高，大量电力电子型电网接入设备所体现出的低惯量、欠阻尼问题给电力系统的稳定安全运行带来了巨大挑战。另一方面，逐年攀升的空调负荷已经占据大城市夏季高峰负荷的 30 %~40 %，并持续恶化着电力系统的负荷特性。为此，大量源-网-荷互动参与系统调峰调频及备用服务的项目如火如荼地开展，其中，针对电力电子换流器的虚拟同步机（VSM）控制技术已经受到专家学者们的广泛关注，而开展负荷VSM的研究对于提高负荷群电网互动参与率、负荷群自主响应微网需求的能力以及增强电力系统安全稳定性具有重要的现实意义。

逆变器的下垂控制在一定程度上为微网系统提供了电压和频率支撑，但它只是对同步发电机下垂外特性的近似，无法真正模拟同步发电机的运行特性。为了降低逆变器对微网稳定性的负面影响，提出了基于同步发电机机电暂态模型的VSM技术，使VSM具备了功率控制和调频调压的双重功能。提出的Synchronverter方案虽然较好地模拟了同步发电机并网及孤岛运行时的特性，但可能会引入同步发电机次同步振荡等固有缺陷。提出的 VSM方案在模拟同步发电机下垂控制、转动惯量和阻尼转矩的基础上，采用了电压双环控制增强 VSM 的运行特性。利用定转子方程来建立 VSM模型，体现了同步发电机的动静态特性。为了将 VSM 技术更好地应用到工程实践中，提出一种基于 VSM的电动汽车快速充电方案，减小了充电桩并网造成的电流畸变。考虑不同电池储能的技术特征，从而精确地调度储能以满足电网调频需要，并实现荷电状态的均衡控制。提出的虚拟同步发电机（VSG）方案可以实现并网运行恒功率控制，但不能孤岛并联运行，系统稳定性较差。研究了微网储能单元基于 VSG 的充放电优化控制策略，给出了储能单元容量的选择方法。

现阶段，调动丰富的负荷资源参与系统互动已经成为相关领域研究热点。其中，变频空调凭借其资源丰富性、分布广泛性、峰谷同时性、负荷可调性和调温热惯性等优势，展现出巨大的负荷响应和调度潜力。传统空调负荷调控采用启停控制或调温控制，在一定程度上挖掘了空调负荷的调控潜力，但对用户舒适度影响较大或在调控精准性上欠佳。

因此，有必要提供一种新的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种空调负荷调控效率和负荷响应的准确度高，微网运行稳定性高的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法包括以下步骤：

S1：对变频空调负荷进行VSM建模及改造；

S2：建立变频空调负荷VSM群微网互动模型；

S3：通过仿真验证分析进行算例认证。

优选的，所述S1中，对变频空调压缩机控制进行变频空调负荷VSM控制需要对压缩机控制电路等空调系统环节进行改造，改造项目主要包括：

S101：安装电网电压测量模块用于识别电网电压，空调主控系统根据电压瞬时值快速计算得到电网频率，将频率偏差作为空调参与电网调频自主响应的触发信号；

S102：对整流模块进行VSM 控制软硬件改造，将传统不可控整流电路改造为桥式全控整流电路，并采用 VSM 控制进行调控；

S103：给空调系统安装 Wi-Fi 或 ZigBee 等通信模块，使空调个体能够与其他空调或调控中心通信，提高空调负荷参与多样化电网互动的能力；

综合以上空调压缩机整流控制的 VSM 建模，将得到的虚拟电势矢量进行派克变换，通过电压电流双环控制，采用空间电压矢量控制（SVPWM）的方式驱动空调压缩机整流器工作，得到变频空调压缩机整流器VSM控制架构。

优选的，所述S2中建立变频空调负荷VSM群微网互动模型包括以下步骤：

S201：将变频空调负荷VSM群进行聚合；

S202：对负荷VSM群互动架构；

S203：对变频空调负荷VSM群互动策略。

优选的，所述S201中，采用基于同调性的电动机动态聚合方法对变频空调压缩机负荷 VSM群进行分组、等值和聚合，具体步骤如下：

（1）对空调压缩机电机进行聚合时，选取能够反映压缩机电机运行特性的主要参数作为特征向量；选择电机定子电抗、转子电抗、互感 、转动惯量和初始转差率组成特征向量，按照该特征向量进行压缩机负荷分组，忽略每组中电机转差的差异，即认为同组电机转速相同（即同调性）；

（2）采用模糊C均值聚类方法对参与聚合的压缩机电机进行分类，通过迭代，不断更新隶属度和聚类中心直到目标函数变化量小于设定阈值或迭代次数达到设定次数；

（3）将聚类得到的电机按类别分组，组内各个电机暂态模型的同一个公式相加并除以组中电机总数得到聚合等值电机模型系数；根据诺顿定理，计算得到聚合等值电机的定转子阻抗等参数；

（4）对聚合得到的等值压缩机电机，采用空调负荷 VSM 控制，整定合适的控制参数，得到变频空调负荷VSM群聚合模型。

优选的，所述S202中，聚合商／售电商整合区域内的可调空调负荷资源，采用 空调负荷分组聚合方法，将大量空调负荷资源聚合为不同类型或不同调控方式的定频空调负荷群、变频空调负荷群和变频空调负荷VSM 群等，使得资源丰富而分布广泛的空调负荷可以有效响应微网调度中心调控指令，参与电网互动；其中，变频空调负荷 VSM群除了能够参与传统空调负荷调控采用的直接负荷控制（DLC）进行电网削峰外，还能识别微网频率自响应电网频率偏差进行一次调频，以及接受主站指令调整负荷参与二次调频；

变频空调负荷 VSM 群参与微网互动的架构主要由微网调度层、节点控制层和负荷响应层共3层构成：

（1）微网调度层主要包括微网调度中心：面对微网中可能出现的各种运行风险和故障，为了尽可能降低其出现的概率，调度中心建立各种风险运行或故障情况下的应对策略库；调度中心与空调负荷聚合商／售电商签订协议，在电网出现紧急情况时向后者发布指令，包括各聚合商／售电商负荷削减容量和削减时间；微网调度中心需要根据电网运行状况和各聚合商／售电商上报的实时可调负荷容量，协调分配不同聚合商／售电商的调度容量，及时发布指令并监测负荷响应情况和电网实时运行状态；

（2）节点控制层主要包括微网各个区域内的空调负荷聚合商／售电商：节点控制层根据和微网调度中心签订的协议以及微网实时调度指令，聚合区域内空调资源，上报可调容量和时长，将相应的控制指令下达到各个空调负荷终端，同时监测空调负荷运行状态；

（3）负荷响应层主要包括具有负荷调节能力并参与电网互动的空调设备：变频空调负荷 VSM 群在变频空调改造的基础上接收负荷聚合商／售电商的控制指令，响应电网调峰调频控制。

优选的，所述S203中，根据变频空调负荷VSM群参与微网互动的架构，空调负荷将被有效调控用于调频、调峰和功率支援：

（1）参与一次调频：变频空调负荷 VSM 群通过空调负荷VSM 有功-频率控制，自主响应电网频率偏差；微网频率跌落且低于一次调频下限时，空调负荷消耗功率减少并减缓频率跌落速度；频率上升且高于一次调频上限时，空调负荷消耗功率增加并减缓频率上升速度；类比 VSG 的功频静态特性曲线和有功负荷的功频静态特性曲线，得到空调负荷 VSM参与一次调频的功频静态特性曲线；

（2） 参与二次调频：变频空调负荷 VSM 群参与一次调频属于有差调节，也可以接受指令参与二次调频，调度中心根据频率偏差量确定总的调度容量并分配到各空调负荷聚合商，聚合商将调度容量分配到各变频空调负荷VSM 群组，通过设定影响后者调频特性的转动惯量J和阻尼系数D，使其达到响应效果，由此变频空调负荷 VSM 群进行二次调频；

（3）参与调峰或紧急功率支援：变频空调负荷 VSM 群可以通过设定输出功率的方式确定空调压缩机工作状态，实现空调负荷短时间内（不影响舒适度）在［Pmin，Pmax］范围内的自由调控，其中 0<Pmin<Pmax；由此，变频空调负荷 VSM群通过接收负荷聚合商／售电商的控制指令进行快速负荷调整，参与电网调峰或紧急功率支援；

综合以上分析的变频空调负荷 VSM 群参与电网一次调频、二次调频和调峰或紧急功率支援的互动策略，负荷聚合商／售电商确定参与微网互动的空调负荷，评估其可调潜力，将个体空调聚合为空调负荷 VSM 群上报调度中心可调容量；然后接受调度指令，选择一次调频、二次调频或功率控制；按照对应控制策略向各台空调下发相应的控制指令，等待调度中心电网状态信息反馈；若互动未达到预期效果则重复上述步骤，反之则互动结束；调控完成后，分时逐批解除对空调负荷的控制，防止解除控制过程中产生新的大扰动。

优选的，所述S3中，建立变频空调负荷 VSM 群控制模型，构建包含变频空调负荷VSM群在内的微网，通过仿真验证分析其参与一次调频和二次调频的互动效果：

S301：压缩机电机聚合；

S302：变频空调负荷VSM群一次调频：变频空调负荷 VSM 群根据所述S301聚合得到等值电机，仿真其参与电网一次调频的场景；使用微网拓扑作为离网运行的简化微网拓扑，包含参与一次调频的变频空调负荷 VSM群、固定负荷和可变负荷；可变负荷波动使微网频率发生波动，研究该过程中变频空调负荷VSM群的调控作用；变频空调负荷VSM群参与微网一次调频对促进频率快速恢复并维持在更安全范围内具备有利效果。

S303：变频空调负荷VSM群通过接收主站调控指令或根据工况自主修改VSM特征参数，参与二次调频。

优选的，所述压缩机的控制方法包括以下步骤：

L1：采集变频空调当前的交流输入电压，获取当前的输入电压值；

L2：根据所获取的输入电压值，确定所述输入电压值所在的预设电压限频区间；

L3：采集当前的室外环境温度，获取当前的室外温度值；

L4：根据所获取的室外温度值，确定所述室外温度值所在的预设温度限频区间；

L5：根据所述输入电压值所在的预设电压限频区间以及所述室外温度值所在的预设温度限频区间，确定变频空调压缩机的实际运行频率。

与相关技术相比较，本发明提供的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法具有如下有益效果：

（1）不同于空调负荷以往参与的启停和调温控制，对压缩机电机进行的负荷 VSM控制改造方法能够发挥空调负荷更丰富的调节潜力；

（2）面向海量变频空调负荷资源的压缩机等值电机聚合及其参与电网互动的架构，提高了空调负荷调控效率和负荷响应的准确度；

（3）基于负荷 VSM 技术，利用丰富的空调负荷资源参与微网调频，提高了微网运行稳定性，可以有效减少备用，降低电网建设投资。

附图说明

图1为本发明提供的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法的改造后的变频空调系统架构图；

图2为变频压缩机整流器VSM控制架构图；

图3为VSM控制的空调主电路拓扑结构图；

图4为变频空调负荷VSM群参与微网互动架构图；

图5为变频空调负荷VSM群微网互动流程图；

图6为空调压缩机聚类等值电机参数图；

图7为变频空调负荷VSM群控制系统重要参数图；

图8为变频空调负荷VSM群仿真波形图；

图9为仿真用简化微网拓扑图；

图10为变频空调负荷VSM群参与和不参与一次调频情况下微网频率变化曲线图；

图11为变频空调负荷VSM群参与二次调频时微网频率变化图；

图12为变频空调负荷VSM群参与二次调频时微网频率变化图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1-图12，变频空调负荷虚拟同步电机控制方法包括以下步骤：

S1：对变频空调负荷进行VSM建模及改造；

S2：建立变频空调负荷VSM群微网互动模型；

S3：通过仿真验证分析进行算例认证。

所述S1中，对变频空调压缩机控制进行变频空调负荷VSM控制需要对压缩机控制电路等空调系统环节进行改造，改造项目主要包括：

S101：安装电网电压测量模块用于识别电网电压，空调主控系统根据电压瞬时值快速计算得到电网频率，将频率偏差作为空调参与电网调频自主响应的触发信号；

S102：对整流模块进行VSM 控制软硬件改造，将传统不可控整流电路改造为桥式全控整流电路，并采用 VSM 控制进行调控；

S103：给空调系统安装 Wi-Fi 或 ZigBee 等通信模块，使空调个体能够与其他空调或调控中心通信，提高空调负荷参与多样化电网互动的能力；改造后的空调系统架构简化图如图1所示；针对压缩机变频控制电路，对压缩机整流模块采用 VSM 控制技术，建立变频空调负荷 VSM 模型；

综合以上空调压缩机整流控制的 VSM 建模，将得到的虚拟电势矢量进行派克变换，通过电压电流双环控制，采用空间电压矢量控制（SVPWM）的方式驱动空调压缩机整流器工作，得到变频空调压缩机整流器VSM控制架构如图2所示；

变频空调压缩机整流器进行负荷 VSM 控制改造后，结合传统压缩机逆变器转速矢量控制可以得到改造后的变频空调压缩机主电路拓扑如图 3 所示。

所述S2中建立变频空调负荷VSM群微网互动模型包括以下步骤：

S201：将变频空调负荷VSM群进行聚合；

S202：对负荷VSM群互动架构；

S203：对变频空调负荷VSM群互动策略。

所述S201中，采用基于同调性的电动机动态聚合方法对变频空调压缩机负荷 VSM群进行分组、等值和聚合，具体步骤如下：

（1）对空调压缩机电机进行聚合时，选取能够反映压缩机电机运行特性的主要参数作为特征向量；选择电机定子电抗、转子电抗、互感 、转动惯量和初始转差率组成特征向量，按照该特征向量进行压缩机负荷分组，忽略每组中电机转差的差异，即认为同组电机转速相同（即同调性）；

（2）采用模糊 C 均值聚类方法对参与聚合的压缩机电机进行分类，通过迭代，不断更新隶属度和聚类中心直到目标函数变化量小于设定阈值或迭代次数达到设定次数；

（3）将聚类得到的电机按类别分组，组内各个电机暂态模型的同一个公式相加并除以组中电机总数得到聚合等值电机模型系数；根据诺顿定理，计算得到聚合等值电机的定转子阻抗等参数；

（4）对聚合得到的等值压缩机电机，采用空调负荷 VSM 控制，整定合适的控制参数，得到变频空调负荷VSM群聚合模型。

所述S202中，聚合商／售电商整合区域内的可调空调负荷资源，采用空调负荷分组聚合方法，将大量空调负荷资源聚合为不同类型或不同调控方式的定频空调负荷群、变频空调负荷群和变频空调负荷VSM 群等，使得资源丰富而分布广泛的空调负荷可以有效响应微网调度中心调控指令，参与电网互动；其中，变频空调负荷 VSM群除了能够参与传统空调负荷调控采用的直接负荷控制（DLC）进行电网削峰外，还能识别微网频率自响应电网频率偏差进行一次调频，以及接受主站指令调整负荷参与二次调频；

变频空调负荷 VSM 群参与微网互动的架构如图4所示，该架构主要由微网调度层、节点控制层和负荷响应层共3层构成：

（1）微网调度层主要包括微网调度中心：面对微网中可能出现的各种运行风险和故障，为了尽可能降低其出现的概率，调度中心建立各种风险运行或故障情况下的应对策略库；调度中心与空调负荷聚合商／售电商签订协议，在电网出现紧急情况时向后者发布指令，包括各聚合商／售电商负荷削减容量和削减时间；微网调度中心需要根据电网运行状况和各聚合商／售电商上报的实时可调负荷容量，协调分配不同聚合商／售电商的调度容量，及时发布指令并监测负荷响应情况和电网实时运行状态；

（2）节点控制层主要包括微网各个区域内的空调负荷聚合商／售电商：节点控制层根据和微网调度中心签订的协议以及微网实时调度指令，聚合区域内空调资源，上报可调容量和时长，将相应的控制指令下达到各个空调负荷终端，同时监测空调负荷运行状态；

（3）负荷响应层主要包括具有负荷调节能力并参与电网互动的空调设备：变频空调负荷 VSM 群在变频空调改造的基础上接收负荷聚合商／售电商的控制指令，响应电网调峰调频控制。

所述S203中，根据变频空调负荷VSM群参与微网互动的架构，空调负荷将被有效调控用于调频、调峰和功率支援：

（1）参与一次调频：变频空调负荷 VSM 群通过空调负荷VSM 有功-频率控制，自主响应电网频率偏差；微网频率跌落且低于一次调频下限时，空调负荷消耗功率减少并减缓频率跌落速度；频率上升且高于一次调频上限时，空调负荷消耗功率增加并减缓频率上升速度；类比 VSG 的功频静态特性曲线和有功负荷的功频静态特性曲线，得到空调负荷 VSM参与一次调频的功频静态特性曲线；

（2） 参与二次调频：变频空调负荷 VSM 群参与一次调频属于有差调节，也可以接受指令参与二次调频，调度中心根据频率偏差量确定总的调度容量并分配到各空调负荷聚合商，聚合商将调度容量分配到各变频空调负荷VSM 群组，通过设定影响后者调频特性的转动惯量J和阻尼系数D，使其达到响应效果，由此变频空调负荷 VSM 群进行二次调频；

（3）参与调峰或紧急功率支援：变频空调负荷 VSM 群可以通过设定输出功率的方式确定空调压缩机工作状态，实现空调负荷短时间内（不影响舒适度）在［Pmin，Pmax］范围内的自由调控，其中 0<Pmin<Pmax；由此，变频空调负荷 VSM群通过接收负荷聚合商／售电商的控制指令进行快速负荷调整，参与电网调峰或紧急功率支援；

综合以上分析的变频空调负荷 VSM 群参与电网一次调频、二次调频和调峰或紧急功率支援的互动策略，图5给出了变频空调负荷 VSM 群参与电网互动的流程图。负荷聚合商／售电商确定参与微网互动的空调负荷，评估其可调潜力，将个体空调聚合为空调负荷 VSM群上报调度中心可调容量；然后接受调度指令，选择一次调频、二次调频或功率控制；按照对应控制策略向各台空调下发相应的控制指令，等待调度中心电网状态信息反馈；若互动未达到预期效果则重复上述步骤，反之则互动结束；调控完成后，分时逐批解除对空调负荷的控制，防止解除控制过程中产生新的大扰动。

所述S3中，建立变频空调负荷 VSM 群控制模型，构建包含变频空调负荷 VSM群在内的微网，通过仿真验证分析其参与一次调频和二次调频的互动效果：

S301：压缩机电机聚合：

选择南京某写字楼里安装的 20 台变频空调作为聚合空调压缩机电机的样本参数来源，查找手册并计算每台压缩机电机的特征向量。采用电机聚合方法将具有可调潜力的20台空调聚合为2台等值压缩机电机，聚类得到的等值电机参数如图6所示。

根据聚合结果，20 台空调被聚类分为 2 组：第 1组包含15台，总功率为37 kW；第2组包含5台，总功率为15 kW。 以 37 kW 等值电机为例，对聚合后的压缩机等值电机进行变频空调负荷 VSM 控制，对于 1 台等值电机包含的多台压缩机电机采用同一组控制参数。控制过程中涉及的重要参数如图7所示。

在Simulink中进行变频空调负荷VSM群控制仿真，得到交流侧电流、直流侧电压、变频空调负荷 VSM群输入功率和电机转速的波形如图8所示；由图 8 可知，变频空调负荷VSM 群开始运行后，电压、电流经过 1 s 左右的振荡和波动逐渐稳定在额定值附近；等值空调压缩机电机在矢量控制下迅速达到额定转速1500 r／min。

S302：变频空调负荷VSM群一次调频：变频空调负荷 VSM 群根据所述S301聚合得到等值电机，仿真其参与电网一次调频的场景；图9中使用微网拓扑作为离网运行的简化微网拓扑，包含参与一次调频的变频空调负荷 VSM群、固定负荷和可变负荷；可变负荷波动使微网频率发生波动，研究该过程中变频空调负荷VSM群的调控作用； 图10给出了变频空调负荷 VSM 群参与一次调频前后对微网频率变化的影响。虚线框①中，在0.5 s处可变负荷增大30 kW，若仅依靠微网自身进行一次调频，其频率跌落至 49.93 Hz 附近，变频空调负荷VSM群参与一次调频后，微网频率更快恢复，并且稳定在49.96 Hz；虚线框②中，在1.5 s处可变负荷增大35 kW，造成微网频率上升到50.01 Hz，变频空调负荷VSM群参与一次调频后，微网频率恢复到50.005 Hz。则变频空调负荷VSM群参与微网一次调频对促进频率快速恢复并维持在更安全范围内具备有利效果。

S303：变频空调负荷VSM群通过接收主站调控指令或根据工况自主修改VSM特征参数，参与二次调频。仿真中仍使用图9中的微网拓扑。通过设定不同的 J和 D，仿真产生不同的二次调频效果，如图11 和图12所示。图12为在 D=15 N·m·s／rad 的情况下，调整 J得到的不同调频曲线。可以明显地发现，J越大，微网频率恢复过程波动的幅度越大，因此恢复到额定运行频率的时间也就越长。图12给出了变频空调负荷VSM群在J=0.5 kg·m2的情况下，调整 D 得到的微网调频曲线。变频空调负荷 VSM 群 D越大，微网受到干扰后频率的波动幅度和频次越小。另外，D 的增大将导致频率波动出现延时。

所述压缩机的控制方法包括以下步骤：

L1：采集变频空调当前的交流输入电压，获取当前的输入电压值；

L2：根据所获取的输入电压值，确定所述输入电压值所在的预设电压限频区间；

L3：采集当前的室外环境温度，获取当前的室外温度值；

L4：根据所获取的室外温度值，确定所述室外温度值所在的预设温度限频区间；

L5：根据所述输入电压值所在的预设电压限频区间以及所述室外温度值所在的预设温度限频区间，确定变频空调压缩机的实际运行频率。

与相关技术相比较，本发明提供的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法具有如下有益效果：

（1）不同于空调负荷以往参与的启停和调温控制，对压缩机电机进行的负荷 VSM控制改造方法能够发挥空调负荷更丰富的调节潜力；

（2）面向海量变频空调负荷资源的压缩机等值电机聚合及其参与电网互动的架构，提高了空调负荷调控效率和负荷响应的准确度；

（3）基于负荷 VSM 技术，利用丰富的空调负荷资源参与微网调频，提高了微网运行稳定性，可以有效减少备用，降低电网建设投资。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种变频空调负荷虚拟同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对变频空调负荷进行VSM建模及改造；

S2：建立变频空调负荷VSM群微网互动模型；

S3：通过仿真验证分析进行算例认证。

2.根据权利要求1所述的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法，其特征在于，所述S1中，对变频空调压缩机控制进行变频空调负荷VSM控制需要对压缩机控制电路等空调系统环节进行改造，改造项目主要包括：

S101：安装电网电压测量模块用于识别电网电压，空调主控系统根据电压瞬时值快速计算得到电网频率，将频率偏差作为空调参与电网调频自主响应的触发信号；

S102：对整流模块进行VSM控制软硬件改造，将传统不可控整流电路改造为桥式全控整流电路，并采用VSM控制进行调控；

S103：给空调系统安装Wi-Fi或ZigBee等通信模块，使空调个体能够与其他空调或调控中心通信，提高空调负荷参与多样化电网互动的能力；

综合以上空调压缩机整流控制的VSM建模，将得到的虚拟电势矢量进行派克变换，通过电压电流双环控制，采用空间电压矢量控制的方式驱动空调压缩机整流器工作，得到变频空调压缩机整流器VSM控制架构。

3.根据权利要求1所述的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法，其特征在于，所述S2中建立变频空调负荷VSM群微网互动模型包括以下步骤：

S201：将变频空调负荷VSM群进行聚合；

S202：对负荷VSM群互动架构；

S203：对变频空调负荷VSM群互动策略。

4.根据权利要求3所述的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法，其特征在于，所述S201中，采用基于同调性的电动机动态聚合方法对变频空调压缩机负荷VSM群进行分组、等值和聚合，具体步骤如下：

（1）对空调压缩机电机进行聚合时，选取能够反映压缩机电机运行特性的主要参数作为特征向量；选择电机定子电抗、转子电抗、互感、转动惯量和初始转差率组成特征向量，按照该特征向量进行压缩机负荷分组，忽略每组中电机转差的差异，即认为同组电机转速相同；

（2）采用模糊C均值聚类方法对参与聚合的压缩机电机进行分类，通过迭代，不断更新隶属度和聚类中心直到目标函数变化量小于设定阈值或迭代次数达到设定次数；

（3）将聚类得到的电机按类别分组，组内各个电机暂态模型的同一个公式相加并除以组中电机总数得到聚合等值电机模型系数；根据诺顿定理，计算得到聚合等值电机的定转子阻抗等参数；

（4）对聚合得到的等值压缩机电机，采用空调负荷VSM控制，整定合适的控制参数，得到变频空调负荷VSM群聚合模型。

5.根据权利要求3所述的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法，其特征在于，所述S202中，聚合商／售电商整合区域内的可调空调负荷资源，采用空调负荷分组聚合方法，将大量空调负荷资源聚合为不同类型或不同调控方式的定频空调负荷群、变频空调负荷群和变频空调负荷VSM群等，使得资源丰富而分布广泛的空调负荷可以有效响应微网调度中心调控指令，参与电网互动；其中，变频空调负荷VSM群除了能够参与传统空调负荷调控采用的直接负荷控制进行电网削峰外，还能识别微网频率自响应电网频率偏差进行一次调频，以及接受主站指令调整负荷参与二次调频；

变频空调负荷VSM群参与微网互动的架构主要由微网调度层、节点控制层和负荷响应层共3层构成：

微网调度层主要包括微网调度中心：面对微网中可能出现的各种运行风险和故障，为了尽可能降低其出现的概率，调度中心建立各种风险运行或故障情况下的应对策略库；调度中心与空调负荷聚合商／售电商签订协议，在电网出现紧急情况时向后者发布指令，包括各聚合商／售电商负荷削减容量和削减时间；微网调度中心需要根据电网运行状况和各聚合商／售电商上报的实时可调负荷容量，协调分配不同聚合商／售电商的调度容量，及时发布指令并监测负荷响应情况和电网实时运行状态；

节点控制层主要包括微网各个区域内的空调负荷聚合商／售电商：节点控制层根据和微网调度中心签订的协议以及微网实时调度指令，聚合区域内空调资源，上报可调容量和时长，将相应的控制指令下达到各个空调负荷终端，同时监测空调负荷运行状态；

（3）负荷响应层主要包括具有负荷调节能力并参与电网互动的空调设备：变频空调负荷VSM群在变频空调改造的基础上接收负荷聚合商／售电商的控制指令，响应电网调峰调频控制。

6.根据权利要求3所述的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法，其特征在于，所述S203中，根据变频空调负荷VSM群参与微网互动的架构，空调负荷将被有效调控用于调频、调峰和功率支援：

（1）参与一次调频：变频空调负荷VSM群通过空调负荷VSM有功-频率控制，自主响应电网频率偏差；微网频率跌落且低于一次调频下限时，空调负荷消耗功率减少并减缓频率跌落速度；频率上升且高于一次调频上限时，空调负荷消耗功率增加并减缓频率上升速度；类比VSG的功频静态特性曲线和有功负荷的功频静态特性曲线，得到空调负荷VSM参与一次调频的功频静态特性曲线；

（2）参与二次调频：变频空调负荷VSM群参与一次调频属于有差调节，也可以接受指令参与二次调频，调度中心根据频率偏差量确定总的调度容量并分配到各空调负荷聚合商，聚合商将调度容量分配到各变频空调负荷VSM群组，通过设定影响后者调频特性的转动惯量J和阻尼系数D，使其达到响应效果，由此变频空调负荷VSM群进行二次调频；

（3）参与调峰或紧急功率支援：变频空调负荷VSM群可以通过设定输出功率的方式确定空调压缩机工作状态，实现空调负荷短时间内在［Pmin，Pmax］范围内的自由调控，其中0<Pmin<Pmax；由此，变频空调负荷VSM群通过接收负荷聚合商／售电商的控制指令进行快速负荷调整，参与电网调峰或紧急功率支援；

综合以上分析的变频空调负荷VSM群参与电网一次调频、二次调频和调峰或紧急功率支援的互动策略，负荷聚合商／售电商确定参与微网互动的空调负荷，评估其可调潜力，将个体空调聚合为空调负荷VSM群上报调度中心可调容量；然后接受调度指令，选择一次调频、二次调频或功率控制；按照对应控制策略向各台空调下发相应的控制指令，等待调度中心电网状态信息反馈；若互动未达到预期效果则重复上述步骤，反之则互动结束；调控完成后，分时逐批解除对空调负荷的控制，防止解除控制过程中产生新的大扰动。

7.根据权利要求1所述的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法，其特征在于，所述S3中，建立变频空调负荷VSM群控制模型，构建包含变频空调负荷VSM群在内的微网，通过仿真验证分析其参与一次调频和二次调频的互动效果：

S301：压缩机电机聚合；

S302：变频空调负荷VSM群一次调频：变频空调负荷VSM群根据所述S301聚合得到等值电机，仿真其参与电网一次调频的场景；使用微网拓扑作为离网运行的简化微网拓扑，包含参与一次调频的变频空调负荷VSM群、固定负荷和可变负荷；可变负荷波动使微网频率发生波动，研究该过程中变频空调负荷VSM群的调控作用；变频空调负荷VSM群参与微网一次调频对促进频率快速恢复并维持在更安全范围内具备有利效果。

8.S303：变频空调负荷VSM群通过接收主站调控指令或根据工况自主修改VSM特征参数，参与二次调频。

9.根据权利要求2所述的变频空调负荷虚拟同步电机控制方法，其特征在于，所述压缩机的控制方法包括以下步骤：

L1：采集变频空调当前的交流输入电压，获取当前的输入电压值；

L2：根据所获取的输入电压值，确定所述输入电压值所在的预设电压限频区间；

L3：采集当前的室外环境温度，获取当前的室外温度值；

L4：根据所获取的室外温度值，确定所述室外温度值所在的预设温度限频区间；

L5：根据所述输入电压值所在的预设电压限频区间以及所述室外温度值所在的预设温度限频区间，确定变频空调压缩机的实际运行频率。

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