[发明专利]基于二阶广义虚拟惯性的虚拟同步发电机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于二阶广义虚拟惯性的虚拟同步发电机控制方法，该控制方法在现有基于一阶虚拟惯性的角频率闭环控制的前向通道上，串联了一个超前滞后补偿环节，形成二阶广义虚拟惯性。通过合理设计超前滞后环节的零极点位置，在确保虚拟同步发电机稳态控制性能的同时，不仅增大了系统阻尼，有效减小了动态过程中的功率超调，而且克服了基于微分补偿的一阶虚拟惯性控制策略在响应初始阶段惯性不足的缺点。

技术领域

本发明属于储能逆变器控制领域，具体涉及一种基于二阶广义虚拟惯性的虚拟同步发电机控制方法。

背景技术

随着的光伏、风电等分布式电源在电力系统中的渗透率不断提高，电网电压频率和幅值波动剧烈，稳定性受到严重威胁。因此，虚拟同步发电机(virtual synchronousgenerator，VSG)成为研究热点。虚拟同步发电机采用分布式电源配备储能单元，并通过逆变器控制算法模拟同步电机特性，以增大系统惯性，从而增强系统的频率支撑能力。

现有的基于一阶虚拟惯性的VSG虽然能够抑制频率的波动，但由于电力电子器件的过载能力弱，当虚拟惯量值设计较大时，有功功率指令或负载突变可能导致VSG在动态过程中输出的有功功率产生较大超调或低频振荡，从而使得储能单元受到较大的功率冲击，并导致VSG过流保护。虽然增大阻尼系数可抑制有功功率超调或低频振荡，但同时也增大了VSG并网稳态功率偏差和组网稳态功率均分精度。

现已有多篇文献对上述问题进行了研究，例如：

题为“Power system stabilization using virtual synchronous generatorwith altemating moment of inertia”，Alipoor J，et al，《IEEE Journal of Emergingand Selected Topics in Power Electronics》，2015，3(2)：451-458(“使用交变惯量的虚拟同步发电机实现电力系统的稳定”，《IEEE学报——电力电子期刊》，2015年第3卷第2期451-458页)文章中虚拟同步发电机的惯量采用bang-bang控制得到，根据系统频率的偏移量及变化速率动态改变惯量为最大值或最小值，该方法减小了动态过程的功率超调，且在阻尼系数为0时仍能保证较好的动态特性，但该方法的不足为：频率偏移量阈值选择不当可导致动态过程中虚拟惯量值抖动，从而造成VSG输出频率和功率的波动，且该算法对系统频率的检测精度和跟踪速度要求较高。

题为“Self-tuning virtual synchronous machine：a control strategy forenergy storage systems to support dynamic frequency control”，Torres L M A，《IEEE Transactions on Energy Conversion》，2014，29(4)：833-840(“自适应虚拟同步发电机：支撑动态频率的储能系统控制方法”，《IEEE学报——能源变换期刊》，2014年第29卷第4期833-840页)文章中实时在线计算最优的虚拟惯量和阻尼系数值，以解决频率波动和功率振荡问题，但该方法存在以下不足：

1)需要对电网频率及频率变化率进行实时监测，降低了算法的可靠性；

2)优化算法计算量较大。

题为“基于微分补偿环节虚拟惯性的虚拟同步电机控制方法”，徐海珍，张兴等，《电力系统自动化》，2017，41(3)：96-102.文章中在常规VSG控制方法的前向通道加入微分补偿环节，形成一阶超前滞后环节的虚拟惯性，在保证稳态功率控制精度的同时，减小了动态功率超调。该方法存的不足之处在于：VSG在响应初始阶段的惯性较小。

发明内容