一種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法，包括：設(shè)定頻率安全閾值；實(shí)時(shí)獲取虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中的頻率；比較所述頻率和所述頻率安全閾值，獲得比較結(jié)果；當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率小于或等于所述頻率安全閾值時(shí)，確定阻尼系數(shù)為穩(wěn)態(tài)阻尼系數(shù)；當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率大于所述頻率安全閾值，增大阻尼系數(shù)，直至所述頻率小于或等于所述頻率安全閾值。該控制方法能夠?qū)ψ枘嵯禂?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而能夠平抑暫態(tài)過程中頻率的波動(dòng)，從根本上改變了VSG的頻率變化性質(zhì)，保證了電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
【專利說明】
-種虛擬同步發(fā)電機(jī)誓態(tài)過程的頻率控制方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程 的頻率控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著分布式電源滲透率的不斷增加，傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的裝機(jī)比例將逐漸降低，電 力系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用容量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相對(duì)減少，運(yùn)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了嚴(yán)峻挑 戰(zhàn)。再者，并網(wǎng)逆變器控制策略各異，加之可再生能源出力具有波動(dòng)性、不確定性等特點(diǎn)，導(dǎo) 致分布式電源很難實(shí)現(xiàn)即插即用與自主協(xié)調(diào)運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了虛擬同步發(fā)電機(jī) (virtual synchronous generator,VSG)技術(shù)，可使并網(wǎng)逆變器模擬同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行機(jī)理。 具體而言，主要通過模擬同步發(fā)電機(jī)的本體模型、有功調(diào)頻W及無功調(diào)壓等特性，使并網(wǎng)逆 變器從運(yùn)行機(jī)制和外特性上可與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)相比擬。虛擬同步發(fā)電機(jī)因集成了同步發(fā) 電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)而備受學(xué)者青睞，其在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也將日益廣泛。
[0003] VSG屬于靜止設(shè)備，不僅不具有類似于同步發(fā)電機(jī)的慣性和阻尼，且對(duì)頻率和輸出 功率波動(dòng)的承受能力遠(yuǎn)不及同步發(fā)電機(jī)。因而，當(dāng)可再生能源通過VSG接入電網(wǎng)后，若有功 輸入側(cè)發(fā)生不可預(yù)知的波動(dòng)時(shí)，VSG的頻率也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，若波動(dòng)幅值超過VSG的安全允許 闊值時(shí)，可能會(huì)對(duì)W逆變器為主的設(shè)備造成損害甚至導(dǎo)致VSG脫網(wǎng)，進(jìn)而威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定 運(yùn)行。
[0004] 當(dāng)新能源出力發(fā)生不可預(yù)知的變化而引起VSG的頻率波動(dòng)時(shí)，現(xiàn)有控制方法中改 變虛擬慣量的大小只是加快或減緩角頻率的變化過程，并不能從根本上改變VSG的頻率變 化性質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法及系統(tǒng)，該控 制方法及系統(tǒng)能夠?qū)ψ枘嵯禂?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而能夠平抑暫態(tài)過程中頻率的波動(dòng)，從根 本上改變了 VSG的頻率變化性質(zhì)，保證了電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法， 包括：
[0007] 設(shè)定頻率安全闊值；
[000引實(shí)時(shí)獲取虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中的頻率；
[0009] 比較所述頻率和所述頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果；
[0010] 當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率小于或等于所述頻率安全闊值時(shí)，確定阻尼系數(shù)為 穩(wěn)態(tài)阻尼系數(shù)；
[0011] 當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率大于所述頻率安全闊值時(shí)，增大阻尼系數(shù)直至所述 頻率小于或等于所述頻率安全闊值。
[0012] 可選的，所述比較所述頻率和所述頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果，具體包括：
[0013] 設(shè)定頻率差的預(yù)設(shè)值為n;
[0014] 獲取所述頻率與額定頻率的頻率差A(yù) f;
[0015] 判斷所述頻率差A(yù) f是否小于或等于所述預(yù)設(shè)值n，獲得判斷結(jié)果；
[0016] 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示是時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為穩(wěn)態(tài)時(shí)虛擬同步發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù) Do；
[0017]當(dāng)所述判斷結(jié)果表示否時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為頻率差A(yù) f的指數(shù)函數(shù)。
[001引可選的，所述頻率差A(yù)f的指數(shù)函數(shù)表達(dá)式為
，其中，k為相關(guān)系數(shù)。
[0019] 可選的，所述相關(guān)系數(shù)k的取值條件為：
[0020] 所述相關(guān)系數(shù)k的取值下限kmin為
岸中A P為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出 的有功功率的設(shè)定值Pm與測(cè)量值Pe的差值，A O為虛擬同步發(fā)電機(jī)的測(cè)量角頻率O與額定 角頻率O 0的差值。
[002。 所述相關(guān)系數(shù)k的取值上限kmax為
其中Dmax為虛擬同步發(fā)電機(jī)允許 設(shè)置的最大阻尼系數(shù)。
[0022] 可選的，所述預(yù)設(shè)值n的取值范圍為0.5~1。
[0023] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制系統(tǒng)，包 括：
[0024] 頻率安全闊值設(shè)定單元，用于設(shè)定頻率安全闊值；
[0025] 實(shí)時(shí)頻率獲取單元，用于實(shí)時(shí)獲取虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中的頻率；
[0026] 比較單元，用于比較所述頻率和所述頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果；
[0027] 當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率小于或等于所述頻率安全闊值時(shí)，確定阻尼系數(shù)為 穩(wěn)態(tài)阻尼系數(shù)；
[0028] 當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率大于所述頻率安全闊值時(shí)，增大阻尼系數(shù)直至所述 頻率小于或等于所述頻率安全闊值。
[0029] 可選的，所述比較單元具體包括：
[0030] 預(yù)設(shè)值設(shè)定單元，用于設(shè)定頻率差的預(yù)設(shè)值為n;
[0031 ]頻率差獲取單元，用于獲取所述頻率與額定頻率的頻率差A(yù) f;
[0032] 判斷單元，用于判斷所述頻率差A(yù)f是否小于或等于所述預(yù)設(shè)值n，獲得判斷結(jié)果；
[0033] 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示是時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為穩(wěn)態(tài)時(shí)虛擬同步發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù) Do;
[0034] 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示否時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為頻率差A(yù)f的指數(shù)函數(shù)。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了 W下技術(shù)效果：當(dāng)可再生能源出力 波動(dòng)時(shí)，虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的頻率會(huì)發(fā)生波動(dòng)，為了抑制波動(dòng)程度，可W增大阻尼系數(shù)，但 是一味地增大阻尼系數(shù)又會(huì)減慢系統(tǒng)的響應(yīng)速度，本發(fā)明提供的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程 的頻率控制方法解決了該問題。當(dāng)檢測(cè)到的實(shí)時(shí)頻率變化超過頻率安全范圍時(shí)，如果不及 時(shí)控制，在功率差尚未消除的情況下，虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG仍處于加速狀態(tài)，運(yùn)必將導(dǎo)致頻 率越過頻率安全闊值，從而損壞虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG設(shè)備。本發(fā)明通過實(shí)時(shí)檢測(cè)虛擬同步發(fā)電 機(jī)VSG的頻率，當(dāng)其增加至頻率安全闊值時(shí)，則增大阻尼系數(shù)，使公式.
中的阻尼項(xiàng)D A O大于功率差額，從而讓虛擬轉(zhuǎn)子進(jìn)入減速狀態(tài)，當(dāng)頻率恢復(fù)到頻 城 率安全闊值W內(nèi)或功率差消除時(shí)，阻尼系數(shù)調(diào)整至穩(wěn)態(tài)阻尼系數(shù)。本發(fā)明保證了虛擬同步 發(fā)電機(jī)VSG在暫態(tài)過程中安全穩(wěn)定地運(yùn)行，抑制了虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的頻率波動(dòng)。并且由 于本發(fā)明是實(shí)時(shí)檢測(cè)虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的頻率，并判定是否要增大阻尼系數(shù)，通過對(duì)阻尼 系數(shù)的自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)了即使增大阻尼系數(shù)也不會(huì)減慢虛擬同步發(fā)電機(jī)的響應(yīng)速度的目 的，反而加快了虛擬同步發(fā)電機(jī)的響應(yīng)速度。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖 獲得其他的附圖。
[0037] 圖1為虛擬同步發(fā)電機(jī)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0038] 圖2為基于虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的控制系統(tǒng)框圖；
[0039] 圖3為虛擬慣量的bang-bang控制的控制框圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法流程圖；
[0041] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的比較頻率和頻率安全闊值具體方法的流程圖；
[0042] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0044] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0045] 虛擬同步發(fā)電機(jī)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，該虛擬同步發(fā)電機(jī)包括=相逆變器、 濾波器、并網(wǎng)端口功率計(jì)算、VSG控制算法及SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation,空間矢量脈寬調(diào)制）調(diào)制5個(gè)子模塊。虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG是通過模仿同步發(fā)電 機(jī)的機(jī)械特性和電磁特性，使逆變器具有與同步發(fā)電機(jī)相似的特性，W達(dá)到為電網(wǎng)提供慣 性支持和阻尼支持的目的。圖1中，e=[ea,eb,ec]T,u=[Ua,Ub,Uc]T,i = [ia,ib,ic]T,分別為 虛擬同步發(fā)電機(jī)=相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、輸出端電壓與并網(wǎng)電流;Rs和Ls分別指虛擬的定子電樞電 阻與同步電感;Pe與Qe分別是VSG輸出的有功功率與無功功率。
[0046] 由圖1可知，虛擬同步發(fā)電機(jī)主要包括主電路與控制系統(tǒng)。其中，主電路為常規(guī)的 并網(wǎng)逆變器拓?fù)?，包括可再生能源?cè)(可視為原動(dòng)機(jī)）、DC/AC變換器及濾波電路等(對(duì)應(yīng)同 步發(fā)電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換過程）；控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)虛擬同步發(fā)電機(jī)的核屯、，其主要包括虛擬 同步發(fā)電機(jī)本體模型與控制算法，前者主要是從機(jī)理上模擬同步發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系與機(jī)械 運(yùn)動(dòng)，后者則主要從外特性上模擬同步發(fā)電機(jī)的有功調(diào)頻與無功調(diào)壓等特征。
[0047] 傳統(tǒng)的基于虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的控制系統(tǒng)如圖2所示，圖2中，Pm和Pe分別表示VSG 輸出有功功率的參考設(shè)定值和量測(cè)值?！逗汀?0分別為VSG的角頻率和額定角頻率，D和J分 別為VSG的阻尼系數(shù)與虛擬慣量。虛擬同步發(fā)電機(jī)的有功-頻率控制方法實(shí)際上是模擬同步 發(fā)電機(jī)的調(diào)速器，用W表征有功功率和系統(tǒng)頻率的下垂特性。有功-頻率控制方法通過檢測(cè) 功率差來控制虛擬機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出而調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)能力大小與虛擬慣量的大小有關(guān)，同時(shí)， VSG采用阻尼系數(shù)來描述角頻率發(fā)生單位變化時(shí)的輸出功率變化量，從而減小角頻率與額 定值的偏差，上述過程可W用下式表示：
[004引
[0049] 由上巧W知，巧智態(tài)巧括中，V SG的頻率波動(dòng)受到=個(gè)因素的影響，根本原因是功 率差額的出現(xiàn)，運(yùn)是由可再生能源出力的波動(dòng)性所決定的，可控性較低。另一方面，頻率的 波動(dòng)情況主要受虛擬慣量和阻尼系數(shù)的影響。一般來講，虛擬慣量越大，頻率變化越緩慢， 波動(dòng)時(shí)的幅值越低，但響應(yīng)速度也較慢，若減小虛擬慣量則可加快響應(yīng)速度，但可能引起頻 率波動(dòng)時(shí)幅值過大，損害VSG設(shè)備。對(duì)于同步發(fā)電機(jī)而言，轉(zhuǎn)子慣量由其轉(zhuǎn)子質(zhì)量決定，其大 小受物理?xiàng)l件的約束無法改變，但對(duì)于VSG來說，虛擬慣量只是其控制參數(shù)，其取值不拘泥 于物理因素的制約，大小可W實(shí)時(shí)改變，為此，有大量學(xué)者針對(duì)虛擬慣量的可控性開展了許 多研究工作。
[0050] 因?yàn)樘摂M慣量過大或過小各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，為了揚(yáng)長(zhǎng)避短，可通過在不同階段 采用不同的虛擬慣量W優(yōu)化暫態(tài)響應(yīng)，為此，可W考慮選取兩組大小不同的虛擬慣量對(duì)其 進(jìn)行控制，該控制方法為虛擬慣量的bang-bang控制，其控制框圖如圖3所示，通過測(cè)量角頻 率與額定角頻率的偏差和角頻率隨時(shí)間的變化率，兩者相乘，根據(jù)其符號(hào)來決定虛擬慣量 的取值。當(dāng)符號(hào)為正，則將其視為加速過程，此過程中選取較大的虛擬慣量;相反地，當(dāng)其符 號(hào)為負(fù)時(shí)，可視為減速過程，對(duì)應(yīng)地可選取較小的虛擬慣量。總之，此方法根據(jù)角頻率的變 化情況對(duì)暫態(tài)過程進(jìn)行階段劃分，根據(jù)每個(gè)階段的特點(diǎn)選取不同的虛擬慣量，從而可W優(yōu) 化暫態(tài)響應(yīng)，甚至增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0051] 現(xiàn)有技術(shù)中還有虛擬慣量自適應(yīng)控制方法，該方法充分發(fā)揮VSG參數(shù)靈活可調(diào)的 優(yōu)勢(shì)，對(duì)影響暫態(tài)過程頻率響應(yīng)的重要參數(shù)一虛擬慣量進(jìn)行自適應(yīng)控制，其取值表達(dá)式如 下：
[0化2]
[0053]如上式所示，通過檢測(cè)角頻率隨時(shí)間的變化率，當(dāng)其超過闊值C時(shí)，C為預(yù)先設(shè)定 值，虛擬慣量為其原值和附加項(xiàng)之和，附加項(xiàng)的大小跟角頻率的變化情況相關(guān)，運(yùn)樣的取值 能夠滿足VSG在角頻率遠(yuǎn)離額定值限制其變化，而在角頻率回歸額定值時(shí)加速其相應(yīng)，從而 優(yōu)化暫態(tài)過程。
[0054] 但是，通過改變虛擬慣量的大小只是加快或減緩角頻率的變化過程，并不能影響 虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG輸出頻率的波動(dòng)情況，因此，虛擬慣量的控制方法并不能從根本上改變 VSG的頻率變化性質(zhì)，那么對(duì)于VSG的頻率波動(dòng)也就沒有達(dá)到較好的抑制效果。
[0055] 圖4為本發(fā)明提供的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法流程圖，如圖4所 示，本發(fā)明提供的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法，包括：
[0化6] 步驟401:設(shè)定頻率安全闊值；
[0057]步驟402:實(shí)時(shí)獲取虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中的頻率；
[005引步驟403:比較頻率和頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果；
[0059] 步驟404:當(dāng)比較結(jié)果表示頻率小于或等于頻率安全闊值時(shí)，確定阻尼系數(shù)為穩(wěn)態(tài) 阻尼系數(shù)；
[0060] 步驟405:當(dāng)比較結(jié)果表示頻率大于頻率安全闊值，增大阻尼系數(shù)，直至頻率小于 或等于頻率安全闊值。
[0061] 本實(shí)施例通過實(shí)時(shí)檢測(cè)虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的頻率，當(dāng)其增加至頻率安全闊值時(shí)，
則增大阻尼系數(shù)，使公;ES 中的阻尼項(xiàng)DA O大于功率差額 謝' 從而讓虛擬轉(zhuǎn)子進(jìn)入減速狀態(tài)，當(dāng)頻率恢復(fù)到頻率安全闊值W內(nèi)或功率差消除時(shí)，阻尼系 數(shù)調(diào)整至穩(wěn)態(tài)阻尼系數(shù)，本發(fā)明保證了虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG在暫態(tài)過程中安全穩(wěn)定地運(yùn)行， 抑制了虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的頻率波動(dòng)。并且由于本發(fā)明是實(shí)時(shí)檢測(cè)虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的 頻率，并判定是否要增大阻尼系數(shù)，通過對(duì)阻尼系數(shù)的自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)了即使增大阻尼系 數(shù)也不會(huì)減慢虛擬同步發(fā)電機(jī)的響應(yīng)速度的目的，反而加快了虛擬同步發(fā)電機(jī)的響應(yīng)速 度。
[0062] 在上述實(shí)施方式中，如圖5和6所示，比較頻率和頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果，具 體可W包括：
[0063] 步驟501:設(shè)定頻率差的預(yù)設(shè)值為n;
[0064] 步驟502:獲取頻率與額定頻率的頻率差A(yù) f;
[0065] 步驟503:判斷頻率差A(yù)f是否小于或等于預(yù)設(shè)值n，獲得判斷結(jié)果；
[0066] 步驟504:當(dāng)判斷結(jié)果表示是時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為穩(wěn)態(tài)時(shí)虛擬同步發(fā)電機(jī)的阻尼 系數(shù)Do;
[0067] 步驟505:當(dāng)判斷結(jié)果表示否時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為頻率差A(yù)f的指數(shù)函數(shù)。
[0068] 根據(jù)上述判斷結(jié)果對(duì)阻尼系數(shù)進(jìn)行選取后，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頻率差在預(yù)設(shè)值W內(nèi)時(shí)， 阻尼系數(shù)大小保持為穩(wěn)態(tài)時(shí)虛擬同步發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù)Do,-旦頻率差超過預(yù)設(shè)值，在本 實(shí)施方式中預(yù)設(shè)值可取為0.5~1之間的任何一個(gè)數(shù)，具體取多少需要根據(jù)VSG設(shè)備及負(fù)荷 對(duì)頻率變化的承受能力決定，在本實(shí)施方式中選為0.甜Z，則阻尼系數(shù)取為頻率差的指數(shù)函 數(shù)。對(duì)阻尼系數(shù)D的取值進(jìn)行指數(shù)函數(shù)選取方法，一方面是當(dāng)頻率超過闊值時(shí)使阻尼系數(shù)增 大，從而對(duì)頻率增長(zhǎng)進(jìn)行限制；另一方面，是借鑒最優(yōu)化課程中的罰函數(shù)思想，在頻率超過 頻率安全闊值的情況下，其超出量越多，阻尼系數(shù)需要越大，W使頻率能夠快速回到穩(wěn)定范 圍內(nèi)，其他的選取方法，如線性函數(shù)并不能起到運(yùn)樣的作用。
[0069] 具體的，阻尼系數(shù)D的表達(dá)式為D = eWlMW，其中，k為相關(guān)系數(shù)。
[0070] 如果k在規(guī)定范圍內(nèi)取合適的值，則可保證在頻率差超過設(shè)定值之后，頻率差再稍 微增大一點(diǎn)，則帶來阻尼系數(shù)指數(shù)型增大的結(jié)果，因此可W很快地對(duì)頻率進(jìn)行限制。因此， 限定相關(guān)系數(shù)k的取值條件為：
[0071] 相關(guān)系數(shù)k的取值下限kmin為：
其中AP為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有 功功率的設(shè)定值Pm與測(cè)量值Pe的差值，A O為虛擬同步發(fā)電機(jī)的測(cè)量角頻率O與額定角頻 率W日的差值。
[0072] 相關(guān)系數(shù)k的取值上限kmax為
'其中Dmax為虛擬同步發(fā)電機(jī)允許設(shè)置 的最大阻尼系數(shù)。
[0073] 可再生能源主要通過VSG接入電網(wǎng)，由于可再生能源的隨機(jī)性和不確定性，其有功 出力會(huì)發(fā)生不可預(yù)知的波動(dòng)，從而引起暫態(tài)過程中系統(tǒng)頻率出現(xiàn)大幅波動(dòng)。本發(fā)明充分利 用VSG控制參數(shù)靈活可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)暫態(tài)過程中頻率的變化情況，若頻率差增大至預(yù)設(shè)值 時(shí)，及時(shí)切換阻尼系數(shù)，使阻尼系數(shù)為頻率差的指數(shù)形式，從而嚴(yán)格限制頻率差的繼續(xù)擴(kuò) 大。經(jīng)過暫時(shí)強(qiáng)阻尼之后，頻率差減小至預(yù)設(shè)值W下時(shí)，阻尼系數(shù)重新切換至原始值，從而 保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。本發(fā)明控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性。
[0074] 本發(fā)明還提供了一種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制系統(tǒng)，包括：
[0075] 頻率安全闊值設(shè)定單元，用于設(shè)定頻率安全闊值；
[0076] 實(shí)時(shí)頻率獲取單元，用于實(shí)時(shí)獲取虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中的頻率；
[0077] 比較單元，用于比較頻率和頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果；
[0078] 當(dāng)比較結(jié)果表示頻率小于或等于頻率安全闊值時(shí)，確定阻尼系數(shù)為穩(wěn)態(tài)阻尼系 數(shù)；
[0079] 當(dāng)比較結(jié)果表示頻率大于頻率安全闊值時(shí)，增大阻尼系數(shù)直至頻率小于或等于頻 率安全闊值。
[0080] 本實(shí)施例通過實(shí)時(shí)檢測(cè)虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的頻率，當(dāng)其增加至頻率安全闊值時(shí)，
則增大阻尼系數(shù)，使公式 的阻尼項(xiàng)DA O大于功率差額 巧 從而讓虛擬轉(zhuǎn)子進(jìn)入減速狀態(tài)，當(dāng)頻率恢復(fù)到頻率安全闊值W內(nèi)或功率差消除時(shí)，阻尼系 數(shù)調(diào)整至穩(wěn)態(tài)阻尼系數(shù)，本發(fā)明保證了虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG在暫態(tài)過程中安全穩(wěn)定地運(yùn)行， 抑制了虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的頻率波動(dòng)。并且由于本發(fā)明是實(shí)時(shí)檢測(cè)虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG的 頻率，并判定是否要增大阻尼系數(shù)，通過對(duì)阻尼系數(shù)的自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)了即使增大阻尼系 數(shù)也不會(huì)減慢虛擬同步發(fā)電機(jī)的響應(yīng)速度的目的，反而加快了虛擬同步發(fā)電機(jī)的響應(yīng)速 度。
[0081] 作為一種可選的實(shí)施方式，上述比較單元具體包括：
[0082] 預(yù)設(shè)值設(shè)定單元，用于設(shè)定頻率差的預(yù)設(shè)值為n;
[0083] 頻率差獲取單元，用于獲取所述頻率與額定頻率的頻率差A(yù) f;
[0084] 判斷單元，用于判斷所述頻率差A(yù) f是否小于或等于所述預(yù)設(shè)值n，獲得判斷結(jié)果；
[0085] 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示是時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為穩(wěn)態(tài)時(shí)虛擬同步發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù) Do;
[0086] 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示否時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為頻率差A(yù)f的指數(shù)函數(shù)。
[0087] 本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他 實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的系統(tǒng) 而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所W描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說 明即可。
[0088] 本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，W上實(shí)施例的說 明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核屯、思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù) 本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不 應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法，其特征在于，包括： 設(shè)定頻率安全闊值； 實(shí)時(shí)獲取虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中的頻率； 比較所述頻率和所述頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果； 當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率小于或等于所述頻率安全闊值時(shí)，確定阻尼系數(shù)為穩(wěn)態(tài) 阻尼系數(shù)； 當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率大于所述頻率安全闊值時(shí)，增大阻尼系數(shù)直至所述頻率 小于或等于所述頻率安全闊值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法，其特征在于，所述 比較所述頻率和所述頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果，具體包括： 設(shè)定頻率差的預(yù)設(shè)值為η; 獲取所述頻率與額定頻率的頻率差A(yù) f; 判斷所述頻率差A(yù) f是否小于或等于所述預(yù)設(shè)值η，獲得判斷結(jié)果； 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示是時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為穩(wěn)態(tài)時(shí)虛擬同步發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù)Do; 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示否時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為頻率差A(yù)f的指數(shù)函數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法，其特征在于，所述 頻率差A(yù) f的指數(shù)函數(shù)表達(dá)式為D = eWAW，其中，k為相關(guān)系數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法，其特征在于，所述 相關(guān)系數(shù)k的取值條件為：所述相關(guān)系數(shù)k的取值下限kmin為： 其中AP為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有 ? 功功率的設(shè)定值Pm與測(cè)量值Pe的差值，Δ ω為虛擬同步發(fā)電機(jī)的測(cè)量角頻率ω與額定角頻 率ω日的差值。 所述相關(guān)系數(shù)k的取值上限kmax為：巧中Dmax為虛擬同步發(fā)電機(jī)允許設(shè)置 的最大阻尼系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制方法，其特征在于， 所述預(yù)設(shè)值η的取值范圍為0.5~1。6. -種虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 頻率安全闊值設(shè)定單元，用于設(shè)定頻率安全闊值； 實(shí)時(shí)頻率獲取單元，用于實(shí)時(shí)獲取虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程中的頻率； 比較單元，用于比較所述頻率和所述頻率安全闊值，獲得比較結(jié)果； 當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率小于或等于所述頻率安全闊值時(shí)，確定阻尼系數(shù)為穩(wěn)態(tài) 阻尼系數(shù)； 當(dāng)所述比較結(jié)果表示所述頻率大于所述頻率安全闊值時(shí)，增大阻尼系數(shù)直至所述頻率 小于或等于所述頻率安全闊值。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過程的頻率控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 比較單元具體包括： 預(yù)設(shè)值設(shè)定單元，用于設(shè)定頻率差的預(yù)設(shè)值為η; 頻率差獲取單元，用于獲取所述頻率與額定頻率的頻率差A(yù) f; 判斷單元，用于判斷所述頻率差A(yù) f是否小于或等于所述預(yù)設(shè)值η，獲得判斷結(jié)果； 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示是時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為穩(wěn)態(tài)時(shí)虛擬同步發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù)Do; 當(dāng)所述判斷結(jié)果表示否時(shí)，確定阻尼系數(shù)D為頻率差A(yù)f的指數(shù)函數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK105978027SQ201610446376
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】陳來軍, 梅生偉, 司楊, 陳曉弢, 郭永慶, 楊艷
【申請(qǐng)人】青海大學(xué)