[发明专利]一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制方法

说明书

本发明涉及一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制方法，该控制方法基于储能SOC建立含功率权重分配的VSG控制模型，利用根轨迹分析权重系数的取值范围，将权重系数代入等效惯量公式算出计及储能容量和SOC约束的惯量边界范围。实时检测系统角频率的变化量和变化率输入到模糊控制，将计算所得的惯量边界范围作为模糊控制的输出论域，经过模糊化、模糊推理和解模糊化，输出自适应惯量和自适应阻尼，将输出的自适应惯量、自适应阻尼与给定的惯量初值、阻尼初值叠加后作为VSG的控制参数控制逆变器。采用这种考虑惯量范围的模糊自适应VSG控制方法保证了惯量参数能够在满足储能约束的合理范围内灵活可靠地变化，改善了系统频率和输出功率的动态响应。

技术领域

本发明涉及虚拟同步发电机控制技术领域，尤其是涉及一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制方法。

背景技术

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略通过模拟同步发电机的转子运动方程可以解决分布式能源并网系统缺少惯性的问题来有效支撑系统频率。传统VSG控制中惯量和阻尼都设置为定值，不具备动态性能。自适应VSG控制能够让控制参数实时变化从而更好地应对功率变化、负荷扰动及频率偏移。频率和输出功率的动态响应是衡量自适应VSG控制的一个关键指标，而控制参数自适应规则的制定以及其灵活度的高低会直接影响频率和输出功率的动态响应。

另外，VSG控制的惯量与储能单元的配置密切相关。目前，大多数VSG控制的设计都假定直流侧为理想电源，因此，这些VSG控制方法都基于直流侧能量供给充分的前提，未考虑到储能容量和储能荷电状态(state of charge,SOC)对惯量设定范围的约束。

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缺陷而提供一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种计及储能容量和SOC约束的模糊自适应VSG控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：建立基于储能SOC的含功率权重分配VSG控制模型，得到对应的特征方程并确定权重系数的取值范围；

步骤2：基于权重系数的取值范围计算用于作为自适应惯量的输出论域的计及储能容量和SOC约束的等效惯量并确定自适应惯量的范围；

步骤3：将步骤2中确定的自适应惯量范围作为模糊自适应控制环节中自适应惯量的输出论域，将自适应惯量和模糊自适应控制环节另一输出变量自适应阻尼分别叠加给定的惯量初值和阻尼初值后联合控制VSG。

进一步地，所述的步骤1中的VSG控制模型，其对应的控制特征方程为：

式中，E为VSG的输出电压幅值，U为电网线电压的有效值，X为线路阻抗，E_b和Q_b分别为储能电池的电压和容量，μ为权重系数，ω_s为电网的同步角频率，s为拉普拉斯算子，J为转动惯量，k_ω为角频率的调节系数，k_SOC为储能电池的调节系数。

进一步地，所述的角频率的调节系数，其计算公式为：

式中，P_VSG为VSG的额定功率，ω_α为角频率的最大容许偏移量。

进一步地，所述的储能电池的调节系数，其计算公式为：

式中，SOC_α为储能电荷状态的最大容许偏移量。

进一步地，所述的步骤2中的计及储能容量和SOC约束的等效惯量，其计算公式为：