[发明专利]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

说明书

本发明涉及一种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，根据虚拟同步发电机频率的动态响应特性，采用比例积分对频率偏差量进行自适应控制，负载扰动时减缓频率偏移速率，待频率变化率过零反向后加快频率恢复，使系统频率同时具有较低的频率偏移速率和较快的频率恢复速率，实现微网系统频率的无静差跟踪。与现有技术相比，本发明具有优化频率动态响应特性、减小频率稳态误差、实现系统频率同时具有较低的频率偏移速率和较快的频率恢复速率等优点。

技术领域

本发明涉及一种微电网频率控制方法，尤其是涉及一种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。

背景技术

随着分布式可再生能源渗透率的不断增加，由分布式电源DG、储能装置、电力电子逆变接口和可控负荷等单元组合在一起的微电网系统得到广泛应用。微网逆变器具有并网、离网两种工作模式。并网运行时，微网逆变器作为分布式电源的电力电子逆变接口，电力电子装置的低阻尼和低惯性特性使得分布式电源大规模接入对电网运行带来冲击。离网运行时，风电、光伏等新能源的间歇性和波动性出力，以及不可预测的负载扰动等使得微电网运行面临着电压波动与频率波动等问题。

为此，国内外学者提出了虚拟同步发电机VSG技术。VSG控制使微网逆变器模拟同步发电机的转子惯性与阻尼特性，进而提高系统的等效惯性，实现分布式电源的友好接入，同时提高离网运行微电网的频率和电压稳定性。VSG外环控制通过模拟同步发电机的转子运动方程、一次调频和励磁调节特性来调节微网的频率和电压，提高系统频率和电压抵御负载扰动的能力。但基于有功频率控制的一次调频在实现功率自动分配的同时仍将存在一定的频率稳态误差，系统频率偏离额定值。因此如何调节多微源的频率，消除其稳态误差是一个亟待解决的问题。

有研究针对系统频率抗扰能力差问题，在传统下垂控制基础上提出一种虚拟惯性频率控制策略，扰动发生时，利用转子惯性使频率缓慢地过渡到新的稳态值，提高了频率抵御负载扰动的能力，但此控制策略仍属于一次调频，系统频率未能恢复至额定值。另外有研究提出一种微电网分层控制策略，在二次控制中采用平移下垂曲线的方法，即通过各DG单元之间的实时通信获取各输出功率值，进而用其计算下垂曲线平移量来实现频率的二次调节；也有研究提出一种微网频率和电压二次调节方法，利用集中控制将二次控制器中计算的频率和电压调节量分配给各台VSG的功频和电压控制器，补偿一次调频的稳态误差，使频率恢复至额定值；但该类方法都依赖于系统集中通信，对于通信带宽要求较高。在VSG功频控制中引入二次调频控制器，通过分析频率变化量与VSG输出功率的关系，借鉴电力系统中的二次调频原理，使VSG的功率变化量完全抵消负载的变化量来实现频率的无差控制，但该方法未考虑DG单元功率出力的间歇性和波动性。在VSG转子运动方程中引入积分器反馈，与阻尼转矩组合为微电网提供频率支撑，实现负载扰动时频率的无差控制，但未考虑系统频率的动态响应特性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的频率稳态误差较大、未考虑系统频率的动态响应特性的缺陷而提供一种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。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种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，根据虚拟同步发电机频率的动态响应特性，采用比例积分对频率偏差量进行自适应控制，负载扰动时减缓频率偏移速率，待频率变化率过零反向后加快频率恢复，使系统频率同时具有较低的频率偏移速率和较快的频率恢复速率，实现微网系统频率的无静差跟踪。

所述虚拟同步发电机满足一次调频特性的有功频率下垂调速方程具体为：

P_m＝P_ref-k_ω(ω-ω₀)

其中，P_ref为有功给定值，k_ω为频率调差系数，P_m为发电机的机械功率，ω和ω₀分别为发电机的额定转子角速度和实际转子角速度。