[发明专利]一种虚拟同步发电机的自适应虚拟惯量控制方法

说明书

本发明涉及一种虚拟同步发电机的自适应虚拟惯量控制方法，所述方法包括下列步骤：采集虚拟同步发电机系统的相关参数；根据虚拟同步发电机系统本身的结构特性，得到虚拟同步发电机的稳态参数；根据相关参数和稳态参数，自适应调整虚拟同步发电机系统中虚拟转子的转动惯量；根据虚拟转子的转动惯量，实现对虚拟同步发电机系统的频率调节。与现有技术相比，本发明具有提高虚拟同步发电机系统中频率稳定性的优点。

技术领域

本发明涉及逆变器控制领域，尤其是涉及一种虚拟同步发电机的自适应虚拟惯量控制方法。

背景技术

随着化石能源问题的日益加剧，以新能源为主体的分布式发电(DistributedGeneration,DG)开始引起人们的重视。光伏、风电为主的分布式能源在接入电网时以电力电子逆变器为接口，与传统的同步发电机相比，具有暂态响应快速的特点。但由于电力电子器件缺少惯性，并且往往存在着过载能力差、输出阻抗小等特性，导致系统在发生扰动或故障时各电能参数响应过快，不利于系统的稳定性。传统电力系统多由大型同步发电机来提供电力。由于同步发电机的转子具有机械转动惯量，因此当电网中发生负荷突变或发电机跳闸时，能够利用转子的动能与电网进行能量交换，来维持电网稳定性。如果能够使并网逆变器模拟同步发电机的外特性，具有同步发电机的“惯性量”，则可以大幅提高系统稳定性。基于上述考虑，国内外学者提出了虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator,VSG)的概念，它成功借鉴了同步发电机中的机械与电磁方程，从外特性上等效了同步发电机的模型，增加了逆变器的惯性支撑。

然而虚拟同步发电机存在着频率不稳定的问题，为了改善VSG系统的频率稳定性，杨向真等学者提出了一种微电网孤岛运行时的频率控制策略，通过结合传统电网的二次调频，实现了VSG控制中频率的无差调节。田春雨等学者提出了自适应调节的VSG频率控制策略，解决了二次调频下PI系数难以精确选取的问题。还有文献针对VSG并网时出现的有功功率振荡问题提出了一种自适应虚拟惯性控制算法，可根据VSG虚拟角速度的变化自适应改变虚拟转子惯量。上述方法从虚拟同步发电机控制策略出发，在一定程度上解决了VSG系统中频率稳定性问题。

然而，上述方法大多只考虑了在电网强度稳定的情况下频率稳定性的问题，在虚拟同步发电机系统发生故障导致电网强度变弱的情况下，会对虚拟同步发电机控制器的运行性能等产生影响，这种由于电网强度变化导致的频率不稳定问题，并没有更好的控制方法来解决。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种虚拟同步发电机的自适应虚拟惯量控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种虚拟同步发电机的自适应虚拟惯量控制方法，所述方法包括下列步骤：

1)采集虚拟同步发电机系统的相关参数；

2)根据虚拟同步发电机系统本身的结构特性，得到虚拟同步发电机的稳态参数；

3)根据步骤1)采集的相关参数和步骤2)得到的稳态参数，自适应调整虚拟同步发电机系统中虚拟转子的转动惯量；

4)根据步骤3)得到的虚拟转子的转动惯量，实现对虚拟同步发电机系统的频率调节。

优选地，所述相关参数包括虚拟同步发电机系统的实时输出电流值和虚拟转子角频率变化率。

优选地，所述虚拟同步发电机的稳态参数包括虚拟同步发电机系统的稳态输出电流和虚拟同步发电机系统的虚拟稳态惯量值。

优选地，所述稳态输出电流具体为：

其中，I_ref为稳态输出电流，E为虚拟同步发电机电势，U为电网电压，δ为虚拟同步发电机功角，R为电网内电阻值，L为电网内电感值，ω为虚拟同步发电机电角速度。