CN112865130B - 一种提升微电网暂态稳定性的控制方法、装置及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种提升微电网暂态稳定性的控制方法、装置及终端设备，应用于虚拟同步机与同步发电机并联的微电网上，包括：获取同步发电机的第一角速度和虚拟同步机的第二角速度；将第二角速度与第一角速度进行作差处理，得到角速度差值，还将角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩；采用调差转矩调节虚拟同步机的输入转矩，减小同步发电机与虚拟同步机之间的角速度差。该控制方法、装置及终端设备采用调差转矩调节虚拟同步机有功控制环的输入转矩，从而保证在故障情况下，微电网的各微源之间的角速度保持一致，从而提高微电网系统的暂态稳定性，解决了现有微电网经大扰动后存在暂态稳定性差的技术问题。

Description

一种提升微电网暂态稳定性的控制方法、装置及终端设备

技术领域

本发明涉及电力系统运行技术领域，尤其涉及一种提升微电网暂态稳定性的控制方法、装置及终端设备。

背景技术

随着环境污染和能源危机越来越严重，越来越多的分布式能源通过电力电子变换器接入传统的电网，形成微电网。由于电力电子变换器的灵活性和可控性，微电网正在迅速发展，它可以运行在孤岛和并网两种模式下。但是由于电力电子变换器缺乏惯性、阻尼和旋转备用容量，易受外界的干扰，例如可再生能源间歇性和不确定性，这将给电力电子变换器的安全运行带来了巨大挑战。

而虚拟同步机作为一种模拟同步发电机外特性的逆变器，能有效解决上述问题。但虚拟同步机因为其低过流能力，在严重的故障工况下，其器件易损坏，虚拟同步机需要采取控制切换或者直接退出运行来保证器件的可靠性。此时，特别是微电网在孤岛情况下，需要一个可靠的微源来支持系统频率和电压。因此，同步发电机和虚拟同步机并联存在于微电网中，采用同步发电机作为微源，由于同步发电机和虚拟同步机之间的差异，微电网系统经大扰动后存在暂态稳定性差的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种提升微电网暂态稳定性的控制方法、装置及终端设备，用于解决现有微电网经大扰动后存在暂态稳定性差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种提升微电网暂态稳定性的控制方法，应用于虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统上，所述微电网系统包括虚拟同步机和同步发电机，所述虚拟同步机和所述同步发电机均与电网的母线连接，若所述微电网系统发生故障，该控制方法包括以下步骤：

S10.获取所述同步发电机的第一角速度和所述虚拟同步机的第二角速度；

S20.将所述第二角速度与所述第一角速度进行作差处理，得到角速度差值，还将所述角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩；

S30.采用所述调差转矩调节所述虚拟同步机的输入转矩，减小所述同步发电机与所述虚拟同步机之间的角速度差。

优选地，在步骤S30中，采用所述调差转矩调节所述虚拟同步机的输入转矩具体包括：

获取所述虚拟同步机的额定转矩；

将所述调差转矩加上所述额定转矩作为所述虚拟同步机的输入转矩。

优选地，在步骤S20中，所述增强系数为20～100。

优选地，所述增强系数为80。

本发明还提供一种提升微电网暂态稳定性的控制装置，应用于虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统上，所述微电网系统包括虚拟同步机和同步发电机，所述虚拟同步机和所述同步发电机均与电网的母线连接，若所述微电网系统发生故障，该提升微电网暂态稳定性的控制装置包括获取数据模块、处理模块和调节控制模块；

所述获取数据模块，用于获取所述同步发电机的第一角速度和所述虚拟同步机的第二角速度；

所述处理模块，用于将所述第二角速度与所述第一角速度进行作差处理，得到角速度差值，还将所述角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩；

所述调节控制模块，用于采用所述调差转矩调节所述虚拟同步机的输入转矩，减小所述同步发电机与所述虚拟同步机之间的角速度差。

优选地，所述调节控制模块还用于获取所述虚拟同步机的额定转矩，将所述调差转矩加上所述额定转矩作为所述虚拟同步机的输入转矩，减小所述同步发电机与所述虚拟同步机之间的角速度差。

优选地，所述增强系数为20～100。其中，所述增强系数为80。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法。

本发明还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器；

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：该提升微电网暂态稳定性的控制方法、装置及终端设备通过采集发生故障微电网的同步发电机和虚拟同步机的角速度，对同步发电机和虚拟同步机的角速度进行作差处理后得到角速度差值，将角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩，采用调差转矩调节虚拟同步机有功控制环的输入转矩，从而保证在故障情况下，微电网的各微源之间的角速度保持一致，从而提高微电网系统的暂态稳定性，解决了现有微电网经大扰动后存在暂态稳定性差的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统的框架图。

图3为本发明实施例所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法的框架图。

图4为本发明实施例所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法微电网的功率波形图。

图5为现有微电网暂态稳定控制方式的功率波形图。

图6为本发明实施例所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法的吸引域对比图。

图7为本发明实施例所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法的角频率-功角相平面图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种提升微电网暂态稳定性的控制方法、装置及终端设备，根据微电网系统发生故障，通过调节虚拟同步机有功控制环的输入转矩，从而保证故障情况下的微电网中的各微源之间的角速度保持一致，从而提高微电网系统的暂态稳定性，用于解决了现有微电网经大扰动后存在暂态稳定性差的技术问题。

实施例一：

图1为本发明实施例所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法的步骤流程图，图2为本发明实施例虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统的框架图，图3为本发明实施例所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法的框架图。

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种提升微电网暂态稳定性的控制方法，应用于虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统上，微电网系统包括虚拟同步机和同步发电机，虚拟同步机和所述同步发电机均与电网的母线连接，若虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统发生故障，该控制方法包括以下步骤：

S10.获取同步发电机的第一角速度和虚拟同步机的第二角速度；

S20.将第二角速度与第一角速度进行作差处理，得到角速度差值，还将角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩；

S30.采用调差转矩调节虚拟同步机的输入转矩，减小同步发电机与虚拟同步机之间的角速度差。

在本发明的实施例中，同步发电机主要由调速器和自动电压调节器构成，调速器主要用于调节同步发电机的机械转速，自动电压调节器主要用于调节同步发电机的端口电压。虚拟同步机中设置有用功控制模块和无功控制模块，有功控制模块通过模拟同步发电机的转子运动来增强虚拟同步机的惯性和阻尼，无功控制模块主要用于控制逆变器的电压和无功功率。同步发电机和虚拟同步机经线路接到电网的交流母线上，主要是为恒阻抗负荷供电。

在本发明实施例的步骤S10中，主要是获取同步发电机和虚拟同步机的角速度。

在本发明实施例的步骤S20中，主要是对获取同步发电机和虚拟同步机的角速度进行处理，最终得到调差转矩。

需要说明的是，调差转矩调节虚拟同步机输入转矩包括：当同步发电机的第一角速度小于虚拟同步机的第二角速度时，调差转矩为正值，虚拟同步机的输入转矩减去调差转矩，从而减小虚拟同步机的输入转矩，虚拟同步机输入转矩的减小会使得虚拟同步机的角速度降低，从而跟踪上同步发电机的角速度；当同步发电机的第一角速度大于虚拟同步机的第二角速度时，调差转矩为负值，虚拟同步机的输入转矩加上调差转矩，从而增加虚拟同步机的输入转矩，虚拟同步机输入转矩的增加会使得虚拟同步机的角速度增加，从而跟踪上同步发电机的角速度。当同步发电机的角速度和虚拟同步机的角速度一致时，两者差值为零，即调差转矩为零，该环节不起作用。在本实施例中，增强系数的数值可以为20～100，由于增强系数越大，虚拟同步机的第二角速度跟踪同步发电机的第一角速度越快，当增强系数大到一定程度时，继续增大系数，跟踪速度变化不大。因此，增强系数优选的数值为80。

在本发明实施例的步骤S30中，主要是通过调差转矩调节虚拟同步机输入转矩，使得同步发电机和虚拟同步机并联的微电网中各微源之间差异小，让微电网在发生故障期间，各微源之间的角速度保持一致，渐而提高微电网的暂态稳定性，不会发生功角失稳的现象。

需要说明的是，同步发电机的角速度作为整个微电网的参考角速度，让其他微电源的角速度去跟踪它，从而让微电网中个微源之间角速度保持一致。当同步发电机的第一角速度小于虚拟同步机的第二角速度时，调差转矩为正值，虚拟同步机的输入转矩减去调差转矩，从而减小虚拟同步机的输入转矩，虚拟同步机输入转矩的减小会使得虚拟同步机的角速度降低，使得各微源角速度保持一致。

本发明提供的一种提升微电网暂态稳定性的控制方法通过采集发生故障微电网的同步发电机和虚拟同步机的角速度，对同步发电机和虚拟同步机的角速度进行作差处理后得到角速度差值，将角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩，采用调差转矩调节虚拟同步机有功控制环的输入转矩，从而保证在故障情况下，微电网的各微源之间的角速度保持一致，从而提高微电网系统的暂态稳定性，解决了现有微电网经大扰动后存在暂态稳定性差的技术问题。

图4为本发明实施例所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法微电网的功率波形图，图5为现有微电网暂态稳定控制方式的功率波形图。

在本发明的实施例中，如图4和图5所示，由图5可知，在没有采用本发明控制方法的暂态稳定性控制环前，微电网的功率波形图在故障持续0.62s后，微电网发生功角失稳；由图4可知，采用本发明控制方法的暂态稳定性控制环后，微电网的功率波形图在故障持续0.62s后，微电网的功角恢复正常工作，说明基于该提升微电网暂态稳定性的控制方法控制的微电网的暂态稳定性强。

实施例二：

本发明实施例还提供一种提升微电网暂态稳定性的控制装置，应用于虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统上，所述微电网系统包括虚拟同步机和同步发电机，虚拟同步机和同步发电机均与电网的母线连接，若微电网系统发生故障，该提升微电网暂态稳定性的控制装置包括获取数据模块、处理模块和调节控制模块；

获取数据模块，用于获取同步发电机的第一角速度和虚拟同步机的第二角速度；

处理模块，用于将第二角速度与第一角速度进行作差处理，得到角速度差值，还将角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩；

调节控制模块，用于采用调差转矩调节虚拟同步机的输入转矩，减小同步发电机与虚拟同步机之间的角速度差。

在本发明实施例中，调节控制模块还用于根据调差转矩为正值，虚拟同步机的输入转矩减去调差转矩，得到新的虚拟同步机的输入转矩；或根据调差转矩为负值，虚拟同步机的输入转矩加上调差转矩，得到新的虚拟同步机的输入转矩。

在本发明的实施例中，增强系数为20～100。较优地，增强系数为80。

需要说明的是，实施例二装置中的模块对应于实施例一方法中的步骤，实施例一方法中的步骤已在实施例一中详细阐述了，在此实施例二中不再对装置中的模块内容进行详细阐述。

实施例三：

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的提升微电网暂态稳定性的控制方法。

实施例四：

本发明实施例提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；

存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；

处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的提升微电网暂态稳定性的控制方法。

需要说明的是，处理器用于根据所程序代码中的指令执行上述的一种提升微电网暂态稳定性的控制方法实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现上述各系统/装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。

终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种提升微电网暂态稳定性的控制方法，应用于虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统上，所述微电网系统包括虚拟同步机和同步发电机，所述虚拟同步机和所述同步发电机均与电网的母线连接，其特征在于，若所述微电网系统发生故障，该控制方法包括以下步骤：

S10.获取所述同步发电机的第一角速度和所述虚拟同步机的第二角速度；

S20.将所述第二角速度与所述第一角速度进行作差处理，得到角速度差值，还将所述角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩；

S30.采用所述调差转矩调节所述虚拟同步机的输入转矩，减小所述同步发电机与所述虚拟同步机之间的角速度差；

在步骤S30中，采用所述调差转矩调节所述虚拟同步机的输入转矩具体包括：

若所述调差转矩为正值，所述虚拟同步机的输入转矩减去所述调差转矩，得到新的虚拟同步机的输入转矩；

若所述调差转矩为负值，所述虚拟同步机的输入转矩加上所述调差转矩，得到新的虚拟同步机的输入转矩。

2.根据权利要求1所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法，其特征在于，在步骤S20中，所述增强系数为20～100。

3.根据权利要求2所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法，其特征在于，所述增强系数为80。

4.一种提升微电网暂态稳定性的控制装置，应用于虚拟同步机与同步发电机并联的微电网系统上，所述微电网系统包括虚拟同步机和同步发电机，所述虚拟同步机和所述同步发电机均与电网的母线连接，其特征在于，若所述微电网系统发生故障，该提升微电网暂态稳定性的控制装置包括获取数据模块、处理模块和调节控制模块；

所述获取数据模块，用于获取所述同步发电机的第一角速度和所述虚拟同步机的第二角速度；

所述处理模块，用于将所述第二角速度与所述第一角速度进行作差处理，得到角速度差值，还将所述角速度差值与增强系数相乘得到调差转矩；

所述调节控制模块，用于采用所述调差转矩调节所述虚拟同步机的输入转矩，减小所述同步发电机与所述虚拟同步机之间的角速度差；

所述调节控制模块还用于根据所述调差转矩为正值，所述虚拟同步机的输入转矩减去所述调差转矩，得到新的虚拟同步机的输入转矩；或根据所述调差转矩为负值，所述虚拟同步机的输入转矩加上所述调差转矩，得到新的虚拟同步机的输入转矩。

5.根据权利要求4所述的提升微电网暂态稳定性的控制装置，其特征在于，所述增强系数为20～100。

6.根据权利要求5所述的提升微电网暂态稳定性的控制装置，其特征在于，所述增强系数为80。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-3任意一项所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法。

8.一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-3任意一项所述的提升微电网暂态稳定性的控制方法。

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