本發(fā)明涉及并網(wǎng)，具體是一種基于虛擬慣量自適應(yīng)與功角校正的虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著新能源并網(wǎng)滲透率的逐年攀升，為提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，構(gòu)網(wǎng)型變流器得到越來(lái)越多的關(guān)注。虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)變流器構(gòu)網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，其也得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。然而，常規(guī)的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)存在兩個(gè)主要缺點(diǎn)，一個(gè)是有功功率變化時(shí)虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出角頻率會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，另一個(gè)是當(dāng)虛擬阻尼較小時(shí)，有功功率動(dòng)態(tài)存在較大的震蕩和超調(diào)，而當(dāng)虛擬阻尼較大時(shí)，雖然有功功率的震蕩和超調(diào)可以得到抑制，但穩(wěn)態(tài)會(huì)產(chǎn)生有功功率偏差。雖然已有文獻(xiàn)針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究，但很少有文獻(xiàn)同時(shí)解決上述兩方面的問(wèn)題，且常規(guī)方法往往存在需要使用微分運(yùn)算、穩(wěn)定性較低等缺點(diǎn)。

2、文獻(xiàn)“楊赟,梅飛,張宸宇,等.虛擬同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)協(xié)同自適應(yīng)控制策略[j].電力自動(dòng)化設(shè)備,2019,39(03):125-131.”研究了一種基于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)協(xié)同自適應(yīng)的虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率控制策略，減小了功率震蕩和超調(diào)，但未解決穩(wěn)態(tài)有功功率存在偏差的問(wèn)題。

3、文獻(xiàn)“蘭征,龍陽(yáng),曾進(jìn)輝,等.考慮超調(diào)的虛擬同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)功率振蕩抑制策略[j].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2022,46(11):131-141.”研究了一種虛擬同步電機(jī)暫態(tài)功率振蕩抑制策略，但該方法需要使用微分運(yùn)算，而微分運(yùn)算易放大采樣噪聲，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。

4、文獻(xiàn)“劉秦娥,任東風(fēng),康逸群,等.基于阻尼功率調(diào)整的虛擬同步機(jī)有功功率控制方法[j].智慧電力,2024,52(03):63-70.”研究了一種基于阻尼功率調(diào)整的虛擬同步機(jī)有功功率控制方法，采用比例積分控制器動(dòng)態(tài)調(diào)整阻尼功率，解決了有功功率動(dòng)態(tài)震蕩和穩(wěn)態(tài)靜差的問(wèn)題，且避免了使用微分運(yùn)算。然而，該方法未考慮有功功率突變時(shí)的角頻率超調(diào)問(wèn)題。

5、由上述分析可知，雖然現(xiàn)有文獻(xiàn)研究了改進(jìn)的虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率控制策略，但現(xiàn)有方法或需要微分運(yùn)算，或未能同時(shí)解決角頻率超調(diào)、有功功率動(dòng)態(tài)震蕩和穩(wěn)態(tài)靜差的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服常規(guī)虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率控制存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于虛擬慣量自適應(yīng)與功角校正的虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率控制方法及裝置。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于虛擬慣量自適應(yīng)與功角校正的虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

4、步驟1、將設(shè)定的電網(wǎng)額定角頻率ω0與虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略輸出的角頻率ω做差，并乘以下垂系數(shù)kω得到第一功率偏差δp1，滿足：

5、δp1＝(ω0-ω)*kω

6、其中，電網(wǎng)額定角頻率ω0為100πrad/s；

7、步驟2、將設(shè)定的虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率參考值pref與步驟1得到的第一功率偏差δp1相加，并減去虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率pe，得到第二功率偏差δp2，滿足：

8、δp2＝pref+δp1-pe

9、其中，有功功率pe是根據(jù)上一時(shí)刻虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的功角計(jì)算得到；

10、步驟3、將步驟2得到的第二功率偏差δp2按照下式進(jìn)行積分運(yùn)行，得到第一頻率偏差δω1，滿足：

11、

12、其中，s表示拉普萊斯算子，j表示虛擬同步發(fā)電機(jī)的自適應(yīng)虛擬慣量；

13、步驟4、將步驟3得到的第一頻率偏差δω1與設(shè)定的電網(wǎng)額定角頻率ω0相加，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率ω，滿足：

14、ω＝ω0+δω1

15、步驟5、將步驟4得到的虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率ω減去電網(wǎng)的實(shí)際角頻率ωg之后，再進(jìn)行積分運(yùn)算，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的初始功角δ0，滿足：

16、

17、步驟6、將步驟4得到的虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率ω乘以比例系數(shù)kp后得到功角校正量δδ，并加上步驟5得到的初始功角δ0，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的最終功角δ，滿足：

18、δ＝δ0+δδ

19、δδ＝kpω

20、其中，kp為比例系數(shù)，功角δ用于計(jì)算下一時(shí)刻虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率pe。

21、進(jìn)一步的，步驟2中的虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率pe的計(jì)算公式滿足：

22、pe＝kδ'

23、其中，u為電網(wǎng)電壓幅值，e為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值，x為電網(wǎng)等效線路阻抗，δ'為上一時(shí)刻虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的功角。

24、進(jìn)一步的，步驟3中的虛擬同步發(fā)電機(jī)自適應(yīng)虛擬慣量j的計(jì)算公式滿足：

25、

26、其中，j0為虛擬同步發(fā)電機(jī)的初始虛擬慣量，kj為虛擬慣量自適應(yīng)比例系數(shù)，e為自然底數(shù)，等于2.71828，sgn()為符號(hào)函數(shù)，δp3為第三功率偏差，δω2為第二角頻率偏差，其計(jì)算方法滿足：

27、δp3＝pe-pe'

28、δω2＝ω-ω'

29、其中，pe為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，pe'為經(jīng)過(guò)延時(shí)時(shí)間t的pe，ω為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率，ω'為經(jīng)過(guò)延時(shí)時(shí)間t的ω。

30、一種基于虛擬慣量自適應(yīng)與功角校正的虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率控制裝置，包括：

31、第一功率偏差計(jì)算模塊，用于將設(shè)定的電網(wǎng)額定角頻率ω0與虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略輸出的角頻率ω做差，并乘以下垂系數(shù)kω得到第一功率偏差δp1，滿足：

32、δp1＝(ω0-ω)*kω

33、其中，電網(wǎng)額定角頻率ω0為100πrad/s；

34、第二功率偏差計(jì)算模塊，用于將設(shè)定的虛擬同步發(fā)電機(jī)有功功率參考值pref與第一功率偏差計(jì)算模塊計(jì)算得到的第一功率偏差δp1相加，并減去虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率pe，得到第二功率偏差δp2，滿足：

35、δp2＝pref+δp1-pe

36、其中，有功功率pe是根據(jù)上一時(shí)刻虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的功角計(jì)算得到；

37、第一頻率偏差計(jì)算模塊，用于將第二功率偏差計(jì)算模塊計(jì)算得到的第二功率偏差δp2按照下式進(jìn)行積分運(yùn)行，得到第一頻率偏差δω1，滿足：

38、

39、其中，s表示拉普萊斯算子，j表示虛擬同步發(fā)電機(jī)的自適應(yīng)虛擬慣量；

40、角頻率計(jì)算模塊，用于將第一頻率偏差計(jì)算模塊計(jì)算得到的第一頻率偏差δω1與設(shè)定的電網(wǎng)額定角頻率ω0相加，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率ω，滿足：

41、ω＝ω0+δω1

42、初始功角計(jì)算模塊，用于將角頻率計(jì)算模塊計(jì)算得到的虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率ω減去電網(wǎng)的實(shí)際角頻率ωg之后，再進(jìn)行積分運(yùn)算，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的初始功角δ0，滿足：

43、

44、最終功角最終功角將角頻率計(jì)算模塊計(jì)算得到的虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率ω乘以比例系數(shù)kp后得到功角校正量δδ，并加上初始功角計(jì)算模塊計(jì)算得到的初始功角δ0，得到虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的最終功角δ，滿足：

45、δ＝δ0+δδ

46、δδ＝kpω

47、其中，kp為比例系數(shù)，功角δ用于計(jì)算下一時(shí)刻虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率pe。

48、進(jìn)一步的，所述虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率pe的計(jì)算公式滿足：

49、pe＝kδ'

50、其中，u為電網(wǎng)電壓幅值，e為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值，x為電網(wǎng)等效線路阻抗，δ'為上一時(shí)刻虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的功角。

51、進(jìn)一步的，所述虛擬同步發(fā)電機(jī)自適應(yīng)虛擬慣量j的計(jì)算公式滿足：

52、

53、其中，j0為虛擬同步發(fā)電機(jī)的初始虛擬慣量，kj為虛擬慣量自適應(yīng)比例系數(shù)，e為自然底數(shù)，等于2.71828，sgn()為符號(hào)函數(shù)，δp3為第三功率偏差，δω2為第二角頻率偏差，其計(jì)算方法滿足：

54、δp3＝pe-pe'

55、δω2＝ω-ω'

56、其中，pe為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率，pe'為經(jīng)過(guò)延時(shí)時(shí)間t的pe，ω為虛擬同步發(fā)電機(jī)輸出的角頻率，ω'為經(jīng)過(guò)延時(shí)時(shí)間t的ω。

57、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

58、與常規(guī)方法相比，本發(fā)明方法同時(shí)解決了角頻率超調(diào)、有功功率動(dòng)態(tài)震蕩和穩(wěn)態(tài)偏差抑制的問(wèn)題，且本發(fā)明方法不需要引入微分運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單。