基于自适应转动惯量VSG的微电网稳定控制.docx

"基于自适应转动惯量VSG的微电网稳定控制" 微电网是一种由分布式电源、储能装置、控制装置、逆变装置、保护装置和负荷等组成的系统，可以运行于并网和孤岛两种模式。随着大量分布式电源接入电网，引入大量的电力电子变流器，将会导致电网系统的不稳定性。 虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator，VSG）控制技术能够模拟同步发电机的调频及调压特性，可以改善系统的稳定性。研究人员对 VSG 控制技术进行了大量研究，提出了各种 VSG 控制策略，例如基于锁相环的虚拟同步发电机离/并网无缝切换控制策略、VSG 构成的自主电力系统、柔性虚拟调速器模型等。 文献[1]指出，电力电子装置本身不具备调频及调压特性，将会导致电网系统的不稳定性。文献[2]提出了一种基于锁相环的虚拟同步发电机离/并网无缝切换控制策略，文献[3]提出了 VSG 构成的自主电力系统。文献[4]在 VSG 的基础上，增加了原动机组和伺服机构，提出了一种柔性虚拟调速器模型。 文献[5]将 VSG 技术应用于风电机组控制，实现了风电机组的调频特性，提高了系统频率的稳定性。文献[6]将 VSG 技术应用于光储并网系统中，实现了最大功率跟踪与调频特性的协调控制，提升了系统频率的稳定性。 文献[7,8]提出了一种自适应阻尼 VSG 控制策略，抑制了系统输出频率及功率的振荡，提升了系统的稳定性。文献[9]对阻尼系数对 VSG 系统稳定性机理进行了分析，得出阻尼系数对输出频率及功率振荡具有抑制作用。 文献[10]提出了一种孤岛型微网自适应转动惯量 VSG 控制策略，提升了孤岛运行时微网系统频率的稳定性，但未对并网运行进行研究。文献[11]研究 VSG 控制策略在自治和并网两种模式下的小信号模型，分析了 VSG 控制参数对系统稳定性和动态响应性的影响。 文献[12]将 VSG 应用于储能系统，并建立其小信号模型，总结得出 VSG 关键参数整定方法。文献[13]通过对基于指数惯量的灵活 VSG 控制技术进行小信号建模、灵敏度计算及根轨迹分析，得出主要控制参数对系统频率稳定性的影响规律，为控制参数的选择提供了依据。 文献[14]提出了一套完整的 VSG 参数设计方法及其优化策略，通过应用控制变量法，分别改变阻尼系数、转动惯量、电压下垂系数和积分系数的值进行仿真和试验，验证了该方法具有较好的实用性。 文献[15,16]研究了 VSG 的小信号模型，利用根轨迹法对其进行稳定性分析，为 VSG 参数设计提供理论依据。文献[17]提出基于储能型准 Z 源逆变器的 VSG 并网控制策略，不仅保留了准 Z 源逆变器的优点还实现了频率的调节，大大提升了光储系统频率的稳定性。 文献[18]将 VSG 技术运用于混合储能的光伏并网系统中，实现了一次调频，提高了并网系统的稳定性。针对采用固定参数 VSG 控制技术，在负荷扰动下，频率调整不足，依然会导致系统不稳定，本文提出了一种自适应转动惯量 VSG 控制策略。 为深入分析自适应转动惯量 VSG 控制对微网频率稳定性作用机理，本文在常规 VSG 的数学模型的基础上，利用同步发电机的功角特性曲线及转子角速度振荡周期曲线，分析了自适应转动惯量对微电网频率稳定作用机理，并对自适应转动惯量 VSG 控制策略的稳定性分析及关键参数进行整定设计。通过 Matlab 仿真验证了该控制策略的有效性。 VSG 控制策略由虚拟调速器、虚拟励磁控制器和双环控制器三部分组成。虚拟调速器的控制方程为： ⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪ Jdωdt=ΔTDΔωΔT=PmPeωnΔω=ωωnω=dδdt Pm=Pref+τs+1m(ωnω) 式中，JJ 为转动惯量；DD 为阻尼；PmPm、PePe 分别为机械功率和电磁功率；ωω、ωnωn 分别为 VSG、额定角速度；δ 为虚拟功角；mm 为下垂系数；PrefPref为有功功率参考值；τs+1τs+1 为低通滤波器。 虚拟励磁控制器的控制方程为： E=(Un+n(QrefQ)Um)kus 式中，QQ 表示输出的有功功率和无功功率；n 表示无功下垂系数；UmUm 为VSG 输出三相电压的有效值；kuku 为积分系数；UnUn 为额定电压幅值；QrefQref为无功功率参考值。 本文提出了一种自适应转动惯量 VSG 控制策略，通过对 VSG 控制技术的研究和分析，解决了微电网稳定控制的问题，为未来微电网的发展和应用提供了理论依据和技术支持。