本發(fā)明涉及并網(wǎng)儲(chǔ)能變流器功率振蕩抑制，尤其涉及一種基于vsg的儲(chǔ)能變流器三參數(shù)協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

1、基于vsg的儲(chǔ)能變流器在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中扮演著重要角色，尤其是在可再生能源集成和電網(wǎng)調(diào)節(jié)方面。隨著風(fēng)能和太陽能等可再生能源的快速發(fā)展，對(duì)高效、靈活的儲(chǔ)能系統(tǒng)需求日益增加。vsg技術(shù)以其優(yōu)越的功率轉(zhuǎn)換能力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，成為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率和電壓支持的關(guān)鍵。大量研究正致力于優(yōu)化其控制策略、提高系統(tǒng)的可靠性與安全性，并探索與電池、超級(jí)電容器等多種儲(chǔ)能技術(shù)的集成應(yīng)用。此外，全球?qū)τ诳稍偕茉吹恼咄苿?dòng)也在加速這一領(lǐng)域的發(fā)展，未來的研究將集中于提升控制算法、材料創(chuàng)新以及vsg與其他電力電子設(shè)備的協(xié)同工作，以滿足日益增長的電力需求和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

2、vsg(virtual?synchronous?generator)功率振蕩抑制技術(shù)是近年來在智能電和可再生能源接入中逐漸引起關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域。隨著可再生能源(如風(fēng)能、太陽能)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組逐漸被替代，電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性面臨新的挑戰(zhàn)。

3、傳統(tǒng)電力系統(tǒng)依賴于旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組，這些發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)中提供慣性和阻尼，幫助系統(tǒng)維持穩(wěn)定。然而，隨著可再生能源的接入，特別是那些基于功率電子變換器的可再生能源(如風(fēng)電和光伏)，系統(tǒng)的慣性和阻尼特性發(fā)生了顯著變化。電力系統(tǒng)中存在多種形式的功率振蕩(如低頻振蕩)，這些振蕩會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰?？稍偕茉吹慕尤肟赡苁沟眠@些振蕩更加明顯，特別是在電網(wǎng)負(fù)荷變化、可再生能源發(fā)電波動(dòng)等情況下。

4、vsg是一種模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)特性的控制策略，旨在增強(qiáng)基于功率電子的發(fā)電設(shè)備(如逆變器)在電網(wǎng)中的穩(wěn)定性。vsg可以通過控制其輸出功率電網(wǎng)頻率之間的關(guān)系，提供類似于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的慣性和阻尼特性。vsg通常通過控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，這包括對(duì)功率電子設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕珙l率響應(yīng)、功率因數(shù)控制等，以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。同時(shí)，vsg還可以通過與其他電網(wǎng)設(shè)備(如儲(chǔ)能系統(tǒng))協(xié)調(diào)工作，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5、研究vsg功率振蕩抑制技術(shù)，不僅有助于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還有助于推動(dòng)可再生能源的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。此外，vsg技術(shù)的應(yīng)用也可以提高電網(wǎng)的靈活性和可靠性，支持更高比例的可再生能源接入。

6、傳統(tǒng)的參數(shù)自適用控制策略采用自適應(yīng)虛擬阻尼和自適應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法修改系統(tǒng)的阻尼，但其控制效果十分有限，且其功率振蕩抑制效果和功率響應(yīng)速度存在矛盾，對(duì)于大容量電網(wǎng)其輸出調(diào)整速度在一定程度上均訂了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)vsg功率振蕩和功率響應(yīng)速度岑仔矛盾的問題，提出了一種虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、虛擬阻尼和虛擬電感的協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制策略，由于虛擬阻抗的大小直接影響虛輸出電壓的幅值和相位，進(jìn)而影響輸出功率，其對(duì)功率響應(yīng)的影響更快，但同時(shí)也更復(fù)雜，該發(fā)明通過協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、虛擬阻尼和虛擬電感3個(gè)參數(shù)可以提升vsg功率振蕩抑制的效果和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明提供一種基于vsg的儲(chǔ)能變流器三參數(shù)協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制方法，該方法包括以下步驟：

4、s1：在虛擬同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中增設(shè)虛擬阻抗，所述虛擬阻抗包括虛擬電感和虛擬電阻；采集vsg輸出端口和并網(wǎng)點(diǎn)的三相電壓電流數(shù)據(jù)，計(jì)算得出vsg輸出功率差額、功率變化率和角頻率差額；

5、s2：結(jié)合功率指令和電網(wǎng)角頻率差額對(duì)功率指令進(jìn)行修正，用功率振蕩曲線替換角頻率振蕩曲線，并基于功率差額和功率變化率將vsg輸出功率的振蕩過程劃分為6個(gè)階段；

6、s3：在6個(gè)階段內(nèi)分別對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、虛擬阻尼和虛擬電感進(jìn)行計(jì)算并調(diào)節(jié)；

7、s4：在6個(gè)階段內(nèi)對(duì)vsg輸出功率差額和功率變化率進(jìn)行檢測，當(dāng)功率的調(diào)整方向偏離修正后的功率指令時(shí)，在原有的控制策略的基礎(chǔ)上對(duì)虛擬電感進(jìn)行再調(diào)整，抑制功率偏移；隨后檢測虛擬電感的值是否偏離初始值，若偏離初值，則對(duì)虛擬電感進(jìn)行小步長的偏移補(bǔ)償，使虛擬電感向初始值調(diào)整；

8、s5：通過輸出阻抗的傳遞函數(shù)分析系統(tǒng)的輸出阻抗特性，根據(jù)虛擬阻抗的變化范圍確定虛擬電阻的值；根據(jù)確定的虛擬電感和虛擬電阻確定選擇的虛擬阻抗。

9、進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述虛擬同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括相互連接的系統(tǒng)主電路和控制電路；其中：

10、系統(tǒng)主電路包括依次連接的直流電源、三相逆變橋臂和lcl濾波器；

11、控制電路包括依次連接的功率外環(huán)、電壓電流雙閉環(huán)和pwm調(diào)制部分；所述電壓電流雙閉環(huán)中增設(shè)有用于功率解耦和抑制功率振蕩的虛擬阻抗。

12、進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述s1中具體步驟為：

13、s11：采集并記錄運(yùn)行中vsg輸出端口和并網(wǎng)點(diǎn)每個(gè)時(shí)刻的三相電壓電流數(shù)據(jù)；

14、s12：對(duì)vsg輸出的電壓電流進(jìn)行clack變換，在α和β坐標(biāo)系下計(jì)算出vsg輸出的有功和無功功率：

15、

16、其中：ua、ub、uc為vsg輸出的三相電壓；uα、uβ為vsg輸出三相電壓經(jīng)clack變換后的電壓；pe和qe為vsg輸出的有功和無功；

17、s13：利用鎖相環(huán)計(jì)算出vsg輸出電壓和電網(wǎng)公共連接點(diǎn)電壓的角頻率。

18、進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述s2中具體步驟為：

19、s21：利用vsg輸出電壓角頻率和電網(wǎng)電壓角頻率對(duì)功率指令進(jìn)行修正，其中pset為vsg的初始有功功率指令；pset'為修正后的有功功率指令；dp為有功下垂系數(shù)，即阻尼系數(shù)；ωo為vsg輸出電壓的角頻率；ωg為并網(wǎng)點(diǎn)電壓的角頻率；

20、pset'＝pset+dp(ωo-ωg)

21、s21：根據(jù)得到的修正后的功率指令、功率差額和功率變化率確定vsg功率振蕩階段之間的分界點(diǎn),pu、pd分別為功率參考的閾值上下限；δpω為一次調(diào)頻的功率增額；δps為vsg穩(wěn)態(tài)下輸出功率低頻振蕩的幅值；

22、

23、

24、s22：功率參考閾值的上下限與功率振蕩曲線最多形成4個(gè)交點(diǎn)，即振蕩周期的分界點(diǎn)，根據(jù)4個(gè)分界點(diǎn)和振蕩周期的極值點(diǎn)將功率振蕩曲線的一個(gè)周期劃分為6個(gè)階段：

25、

26、其中：pe為vsg輸出的電磁功率；

27、vsg輸出功率在一個(gè)振蕩周期上按時(shí)間劃分為：

28、

29、其中：t1～t7為一個(gè)振蕩周期內(nèi)各個(gè)分界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

30、進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述s3中具體步驟為：

31、s31：vsg的阻尼系數(shù)和虛擬轉(zhuǎn)定慣量的大小會(huì)影響系統(tǒng)的阻尼，按照系統(tǒng)阻尼和阻尼系數(shù)、虛擬轉(zhuǎn)定慣量的關(guān)系，在vsg輸出功率逼近修正后的功率指令的過程減小虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j和vsg輸出功率遠(yuǎn)離修正后的功率指令的過程增大虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j的規(guī)則對(duì)虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行調(diào)節(jié)；

32、

33、

34、

35、其中：tm為原動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩，te為vsg的電磁轉(zhuǎn)矩，ω為vsg輸出電壓的角頻率，ωn為額定角頻率，dp為有功下垂系數(shù)，即阻尼系數(shù)，j0為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的初值，j1為虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原始輸出值；

36、s32：同理，按照vsg輸出功率逼近修正后的功率指令的過程減小虛擬阻尼d和vsg輸出功率遠(yuǎn)離修正后的功率指令的過程增大虛擬阻尼d的規(guī)則對(duì)虛擬阻尼進(jìn)行調(diào)節(jié)；

37、

38、其中：dp0為阻尼系數(shù)的初始值，dp1為虛擬阻抗的原始輸出值；

39、s33：虛擬電感的大小會(huì)影響輸出電壓的幅值和相位，但在功率閉環(huán)控制下會(huì)對(duì)電壓電流雙閉環(huán)給定的電壓幅值和相位進(jìn)行補(bǔ)償，虛擬電感的越大，對(duì)輸出電壓的影響越大，系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)某潭纫苍酱?，因此虛擬電感的加入等效在系統(tǒng)中增加了附加的阻尼；同理，按照vsg輸出功率逼近修正后的功率指令的過程減小虛擬電感l(wèi)和vsg輸出功率遠(yuǎn)離修正后的功率指令的過程增大虛擬電感l(wèi)的規(guī)則對(duì)虛擬電感進(jìn)行調(diào)節(jié)；

40、

41、其中：k1和k2分別為功率變化率和功率差額對(duì)虛擬電感的調(diào)節(jié)系數(shù)；lv0為修正后的虛擬電感初值，lv1為虛擬電感主體部分的初始輸出值；當(dāng)系統(tǒng)處于過渡狀態(tài)時(shí)，lv1維持原值，避免在過渡狀態(tài)附近頻繁調(diào)節(jié)虛擬電感的值。

42、進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述s4中具體步驟為：

43、s41：對(duì)電網(wǎng)頻率偏移時(shí)的功率指令進(jìn)行補(bǔ)償，得到修正后的功率指令為：

44、pset'＝pset+dp(ωn-ωg)

45、s42：電網(wǎng)頻率偏移時(shí)功率振蕩的幅度往往比功率指令變化時(shí)的大，因此對(duì)虛擬電感的初值進(jìn)行補(bǔ)償：

46、

47、其中：lv0為修正后的虛擬電感初值。lbase為虛擬阻抗的基礎(chǔ)值；ωg為電網(wǎng)角頻率；

48、s42：虛擬電感采用了自適應(yīng)調(diào)節(jié)方式，其調(diào)整過程會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的幅值和相位發(fā)生改變，因此在功率調(diào)整的過程中，通過輸出功率的變化趨勢，在輸出功率向遠(yuǎn)離目標(biāo)功率時(shí)對(duì)虛擬電感進(jìn)行反方向的微調(diào)，減小輸出功率的波動(dòng)：

49、

50、其中：lv2(n)為當(dāng)前采樣周期虛擬電感微調(diào)部分的值；lv2(n-1)為上一個(gè)采樣周期虛擬電感微調(diào)部分的值；δl1和δl2為虛擬電感微調(diào)部分的周期調(diào)整值；

51、s43：將虛擬電分為兩個(gè)部分，其中l(wèi)v1為虛擬電感的主體部分，lv2(n)為虛擬電感的微調(diào)部分，同時(shí)為保證虛擬電感平滑過渡，其輸出連接低通濾波器，即：

52、

53、s44：為保證并聯(lián)vsg實(shí)現(xiàn)功率均分，lv2(n-1)在穩(wěn)態(tài)時(shí)回歸初值，在虛擬電感的調(diào)整過程中使其持續(xù)地向初值調(diào)整，即當(dāng)虛擬電感偏離初值時(shí)使其加或減一個(gè)小的調(diào)整值，其中δl3為虛擬電感回歸初值的周期調(diào)整值：

54、

55、s45：為使虛擬阻抗的微調(diào)部分能夠正常工作，虛擬阻抗三個(gè)的周期調(diào)整值滿足以下要求：

56、δl1>δl3>δl2。

57、進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述s5中具體步驟為：

58、s51：為提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在電壓電流雙閉環(huán)中加入輸出電壓前饋環(huán)節(jié)，得到的電壓環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)如下：

59、

60、其中：gi為電流環(huán)的比例控制器；l1和r1分別為濾波器遠(yuǎn)電網(wǎng)側(cè)的電感和電阻；c為lcl濾波器中的濾波電容；kp、ki分別為電壓環(huán)pi控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)；在vsg中，濾波器中濾波電感l(wèi)1上的附加電阻r1遠(yuǎn)小于電感l(wèi)1，因此將r1當(dāng)作0處理；

61、s52：由電壓環(huán)傳遞函數(shù)求出加入虛擬阻抗后vsg與并網(wǎng)點(diǎn)之間的總阻抗如下：

62、z'o(s)＝zo(s)+gb2(s)·(rv+slv)+z2

63、其中：z2為線路阻抗，zo為vsg的輸出阻抗；z2為vsg與并網(wǎng)點(diǎn)之間的線路阻抗；

64、s53：根據(jù)輸出總阻抗的傳遞函數(shù)，畫出不同虛擬電阻下輸出總阻抗的伯德圖，將虛擬電阻取為輸出阻抗最接近純電感特性下的值。

65、本發(fā)明提供一種基于vsg的儲(chǔ)能變流器三參數(shù)協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括：

66、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)可執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序；

67、處理器，用于執(zhí)行存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的可執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述的基于vsg的儲(chǔ)能變流器三參數(shù)協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制方法。

68、相對(duì)于現(xiàn)有的vsg功率振蕩抑制技術(shù)，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：

69、1.傳統(tǒng)的采用固定虛擬阻抗的控制算法無法兼顧功率振蕩抑制的效果和功率響應(yīng)的速度。對(duì)比現(xiàn)有的自適應(yīng)和改進(jìn)的模糊自適應(yīng)控制算法，本發(fā)明所提的基于vsg的儲(chǔ)能變流器三參數(shù)協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制方法在現(xiàn)有的控制策略中引入自適應(yīng)虛擬電感l(wèi)v，對(duì)功率振蕩的抑制和響應(yīng)速度的提升均有明顯效果。

70、2.本發(fā)明所提的基于vsg的儲(chǔ)能變流器三參數(shù)協(xié)調(diào)自適應(yīng)控制方法在系統(tǒng)功率和頻率發(fā)生變化時(shí)對(duì)，對(duì)功率振蕩的抑制均有較好抑制效果，所提控制算法的適用性更強(qiáng)。

71、3.本發(fā)明用功率差額、功率變化率和頻率差額作為反饋參數(shù)，相比較傳統(tǒng)的通過檢測角頻率的控制策略，本發(fā)明直接操作功率，系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制策略動(dòng)作的準(zhǔn)確性得到了很大的提升。

72、綜上，本發(fā)明采用的自適應(yīng)虛擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、虛擬阻尼和虛擬電感的協(xié)調(diào)自適應(yīng)策略，通過三個(gè)參數(shù)的協(xié)調(diào)配合，其參數(shù)可以獲得更大的可行域，其對(duì)功率振蕩的抑制和功率響應(yīng)的速度都有一定的提升，其對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升也有十分明顯的效果。