CN108494002A - 大扰动情况下虚拟同步机惯量参数自适应控制 - Google Patents
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Abstract
本发明针对虚拟同步发电机功角特性在***发生故障引起逆变器电流饱和时，极限切除角变得很小，***的暂态稳定性变差的问题，提出一种大扰动情况下虚拟同步机惯量参数自适应控制方法，借鉴传统同步发电机的稳定性分析方法，利用等面积定则求解出故障极限切除角，通过VSG虚拟惯量参数的自适应控制改变角频率的变化速度，在极限切除角不变的情况下增大故障极限切除时间，并使运行点尽快恢复到电流未饱和时的运行曲线上，减小频率波动，从而提高***的暂态稳定性。
Description
技术领域
本发明属于新能源电力***与微电网技术领域，具体涉及一种大扰动情况下虚拟同步机惯量参数自适应控制策略。
背景技术
随着能源问题和环境问题的日益突出，风能、太阳能等可再生能源得到了越来越多的关注，而并网逆变器作为可再生能源发电单元与电网的接口，几乎不存在惯性和阻尼，大量接入会对***的稳定性造成很大影响。针对这一问题，不少学者提出了虚拟同步发电机的概念，通过改变逆变器的控制策略，使其能够模拟同步发电机的惯性和阻尼特性，抑制频率和输出功率的波动。
尽管如此，当发生扰动时，采用传统的VSG控制方法仍会出现频率的大幅度波动。因此有学者利用VSG控制方式的灵活性，提出了虚拟同步发电机的惯量自适应控制策略。力图以暂态时间最短为目标，提高体统的稳定性。然而，已有的研究主要针对小干扰情况下的稳定性，而对大扰动情况下的稳定性则没有展开研究。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有VSG自适应控制不适用于***发生大扰动情况下稳定调节的不足，在虚拟同步发电机发生电流饱和时的功角特性的基础上，进行惯量参数的自适应控制，具体技术方案如下。
一种大扰动情况下虚拟同步机惯量参数自适应控制方法，其特征在于，所述控制方法在大扰动下虚拟同步发电机发生电流饱和时的功角特性的基础上，借鉴传统同步发电机的稳定性分析方法，利用等面积定则求解出故障极限切除角，通过VSG虚拟惯量参数的自适应控制以增大故障极限切除时间、减小频率波动，从而提高***的暂态稳定性。
而虚拟同步发电机发生电流饱和时的功角特性在***发生故障引起逆变器电流饱和时，极限切除角变得很小，***的暂态稳定性变差。
进而通过改变虚拟惯量的值改变角频率的变化速度，在极限切除角不变的情况下增大故障极限切除时间，并使运行点尽快恢复到电流未饱和时的运行曲线上。
附图说明
图1为大扰动电流限幅控制下的虚拟同步机功角特性曲线。
图2为故障发生0.01s切除时的功率变化仿真结果图。
图3为故障发生0.01s切除时的虚拟惯量变化图。
图4为故障发生0.02s切除时的功率变化仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对发明进一步详细说明。
图1中，曲线1为VSG正常状态下功角运行曲线，曲线3为电流饱和状态下功角运行曲线，曲线2为大扰动下母线电压跌落后的功角运行曲线，其中Pe为VSG的输出的有功功率，PT为VSG的机械功率，A点是稳定运行点。
以***侧发生故障造成虚拟同步发电机连接的母线电压发生跌落的故障为例(其他故障分析方法类似)，此时VSG控制***中电流参考值极有可能超过阈值IM，从而引起电流限幅控制环节发挥作用，引起电流饱和。这种情况下，同步机功角稳定恢复过程为：
A→B→C→D→M→A
虚拟惯量的值会影响ω的变化速度，因此当***发生大扰动而引起VSG电流饱和时，可以通过改变虚拟惯量J的值改变ω的变化速度，增大故障极限切除时间，并使运行点尽快恢复到电流未饱和时的运行曲线(曲线1)上。J的控制方式如下：
其中，I是电流参考值，IM是电流阈值，Uo运行电压值，UN是母线电压的额定值，ε是母线电压允许的最大波动，并有Jmax＞J0＞Jmin。
具体而言，当虚拟同步发电机工作在正常状态时，虚拟惯量J取J0。当故障发生时，也就是图1中运行点在曲线2上的B→C段，J取Jmax，即通过增大虚拟惯量的值来减小从而延缓ω的加速过程，增大故障的极限切除时间。当然，如果故障切除时间不变，则故障切除角减小，加速面积将减小，也将提高虚拟同步发电机的暂态稳定性。另一方面，当故障切除后，即运行点在曲线3上的D→M段，J取Jmin，因为选择较小虚拟惯量可以获得更大的加速度并迅速过渡到曲线1以退出电流饱和。而在M→A阶段，同样希望ω可以尽快减速到同步速，尽快运行到A点，因此仍然选择较小的虚拟惯量值。
理论上，Jmax应该尽可能大以获得更好的暂态稳定性，但实际上过大的J会影响控制***的动态性能，并对储能装置的容量提出了更高的要求；Jmin则应考虑***能允许的最大的频率变化率进行取值。
在Matlab/Simulink环境下，分别对不同控制策略进行仿真验证，VSG的基本参数见表1。VSG***已经运行至稳定状态下，0.4s时，微网***的母线电压突然跌落并引起VSG的电流限幅控制环节启动。
表1 VSG仿真关键参数
当故障发生0.01s切除时，采用惯量参数自适应控制策略以及传统控制策略的VSG输出功率变化情况如图2所示。可以看出，采用自适应控制策略时，VSG输出有功功率的振荡幅度更小，因此震荡衰减速度更快，从而更加迅速地过渡到稳定运行状态。
相应地，虚拟惯量的取值情况如图3所示。故障发生，电流进入饱和状态，虚拟惯量取较大值以减缓角频率ω的变化速度，增大故障的极限切除时间。而4.01s故障切除后，J又取较小值使逆变器尽快退出电流饱和的状态。当电流饱和退出后，虚拟惯量又恢复了稳态值。
而当故障发生0.02s切除时，有功功率的变化情况如图4所示。在这种情况下，采用传统虚拟同步发电机控制策略的逆变器已经不能恢复稳定运行状态，在故障切除后，输出功率急剧减小。而采用自适应控制策略时，虽然功率振荡幅度有所增加，当振荡依然逐渐衰减，并最终趋于稳定。以上仿真结果证明了本发明的正确性。
Claims (3)
1.一种大扰动情况下虚拟同步机惯量参数自适应控制方法，其特征在于，所述控制方法在大扰动下虚拟同步发电机发生电流饱和时的功角特性的基础上，借鉴传统同步发电机的稳定性分析方法，利用等面积定则求解出故障极限切除角，通过VSG虚拟惯量参数的自适应控制以增大故障极限切除时间、减小频率波动，从而提高***的暂态稳定性。
2.根据权利要求1所述的大扰动情况下虚拟同步机惯量参数自适应控制方法，其特征在于，所述虚拟同步发电机发生电流饱和时的功角特性在***发生故障引起逆变器电流饱和时，极限切除角变得很小，***的暂态稳定性变差。
3.根据权利要求1所述的大扰动情况下虚拟同步机惯量参数自适应控制方法，其特征在于，所述惯量参数自适应控制方法可以通过改变虚拟惯量的值改变角频率的变化速度，在极限切除角不变的情况下增大故障极限切除时间，并使运行点尽快恢复到电流未饱和时的运行曲线上。
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|---|---|
| CN (1) | CN108494002A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110474347A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-19 | 上海电机学院 | 一种虚拟同步发电机双参数自适应控制方法 |
| CN113193598A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-07-30 | 重庆大学 | 一种新能源并网逆变器暂态稳定裕度评估方法 |
| CN113452015A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-28 | 湖南大学 | 基于参数灵活调控的虚拟同步发电机暂态控制方法 |
| CN115085287A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-09-20 | 华北电力大学 | 一种考虑调速器限幅环节频率稳定约束的建模方法 |
| EP4107836B1 (en) | 2020-04-23 | 2023-07-19 | Hitachi Energy Switzerland AG | Power supporting arrangement for a power grid operated as a virtual synchronous machine |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105634004A (zh) * | 2015-05-26 | 2016-06-01 | 华北电力大学 | 一种基于虚拟同步发电机控制的电压源换流器等值方法 |
| CN106655272A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-10 | 湖南大学 | 抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法 |
-
2018
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105634004A (zh) * | 2015-05-26 | 2016-06-01 | 华北电力大学 | 一种基于虚拟同步发电机控制的电压源换流器等值方法 |
| CN106655272A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-10 | 湖南大学 | 抑制故障瞬时冲击电流型虚拟同步逆变器及其控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FAN WEI等: "Adaptive parameter control strategy of VSG for improving system transient stability", 《IFEEC 2017 - ECCE ASIA》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110474347A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-19 | 上海电机学院 | 一种虚拟同步发电机双参数自适应控制方法 |
| CN110474347B (zh) * | 2019-08-09 | 2023-05-02 | 上海电机学院 | 一种虚拟同步发电机双参数自适应控制方法 |
| EP4107836B1 (en) | 2020-04-23 | 2023-07-19 | Hitachi Energy Switzerland AG | Power supporting arrangement for a power grid operated as a virtual synchronous machine |
| CN113193598A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-07-30 | 重庆大学 | 一种新能源并网逆变器暂态稳定裕度评估方法 |
| CN113193598B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-09-30 | 重庆大学 | 一种新能源并网逆变器暂态稳定裕度评估方法 |
| CN113452015A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-28 | 湖南大学 | 基于参数灵活调控的虚拟同步发电机暂态控制方法 |
| CN113452015B (zh) * | 2021-06-03 | 2022-10-25 | 湖南大学 | 基于参数灵活调控的虚拟同步发电机暂态控制方法 |
| CN115085287A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-09-20 | 华北电力大学 | 一种考虑调速器限幅环节频率稳定约束的建模方法 |
| CN115085287B (zh) * | 2022-07-20 | 2023-04-18 | 华北电力大学 | 一种考虑调速器限幅环节频率稳定约束的建模方法 |
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