[发明专利]一种并网逆变器惯量和阻尼自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种并网逆变器惯量和阻尼自适应控制方法，它根据频率的变化率和偏移量动态调整并网逆变器旋转惯量和阻尼系数的大小，减小功率和频率的波动，实现并网控制系统的稳定运行；本发明考虑了储能装置的动态特性，促进了系统各个部分之间的协调运行，在进一步改善系统的有功功率特性曲线和频率特性曲线的同时，增强了系统的鲁棒性，也兼顾了系统的快速性和稳定性。

技术领域

本发明属于微电网控制技术领域，具体涉及一种并网逆变器惯量和阻尼自适应控制方法。

背景技术

随着社会现代化飞速发展，传统的化石能源已经无法满足人类可持续发展的要求，建设稳定、可靠、安全以及环境友好型的新一代电力网络成为时代发展的必然趋势。因此，可再生能源因其经济环保等优点受到越来越多的关注。然而，分布式发电(DistributedGeneration,DG)需要通过并网逆变器接送入电网，虽然并网逆变器具有控制灵活、暂态时间短的优点，但是其缺乏惯性和阻尼，抑制干扰的能力比较弱。针对这一问题，不少国内外学者通过分析传统同步发电机的运行过程，提出了VSG控制技术。处在运行状态的SG，其转子中储存着巨大的旋转动能，当电网受到扰动或所带负荷发生变化时，可利用转子的惯性响应来缓解电网频率的变化，即通过转子吸收或释放部分能量来补偿系统能量的变化。VSG正是通过引入旋转惯量和阻尼系数，使得并网逆变器具有了惯性和阻尼，增强了系统的抗干扰能力，提高了系统的稳定性，为分布式发电系统友好并网提供了一种新的途径。

目前，对于VSG技术的研究虽然取得了很大的进展，但是其在实际工程中的应用仍然存在诸多需要进一步解决的问题。传统的VSG控制技术采用恒惯量和阻尼控制，无法兼顾功率和频率动态调节性能的问题；大量改进的VSG控制技术也仅仅考虑了惯量对系统频率响应特性的作用，却忽视了阻尼对频率稳定性的影响，而且也没有给出惯量和阻尼的选取原则。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种并网逆变器惯量和阻尼自适应控制方法；首先从VSG的基本工作原理出发，通过建立其本体控制模型和小信号模型分析不同旋转惯量和阻尼系数对系统暂态和稳态输出特性的影响，然后结合同步发电机(SynchronousGenerator,SG)功角特性曲线和频率振荡曲线设计出旋转惯量和阻尼系数的自适应控制方法。在此基础上，通过引入惯性环节以较好地匹配储能装置的动态特性。该控制方法能兼顾系统的快速性和稳定性，增强其鲁棒性。

本发明技术方案是：

一种并网逆变器惯量和阻尼自适应控制方法，根据频率的变化率和偏移量动态调整并网逆变器旋转惯量和阻尼系数的值，减小功率和频率的波动，实现并网控制系统的稳定运行；

实现并网控制系统稳定运行的转惯量和阻尼系数自适应控制方法，按以下步骤获取：

1)建立虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)的并网整体控制拓扑结构,将其各个组成部分与SG的并网结构分别对应起来，并简化得出VSG的等效并网拓扑结构；

2)采用SG简单实用的经典二阶模型来对VSG进行建模。将SG中的旋转惯量J和阻尼系数D引入VSG的功率控制中，得到VSG频率控制器中的转子运动特性环节；

3)模拟SG调速器一次调频的控制过程，得到VSG频率控制器中的有功—频率下垂控制环节，再结合步骤2)所得到的转子运动特性环节就可建立VSG完整的有功—频率模型，从而可计算出电角度θ的值；

4)模拟SG励磁系统的控制过程，得到VSG无功-电压控制模型，从而可计算出参考励磁电动势E的值；

5)将虚拟调速器控制得到的θ和虚拟励磁控制器控制得到的E一起合成VSG参考电压；

6)根据步骤1)得到的等效并网拓扑结构和步骤5)得到的VSG参考电压，可得到VSG输出有功功率的闭环传递函数，并计算出衡量系统动态性能的指标，再通过分析J和D对这些指标的影响，便可得到J和D对系统动态响应过程的影响。