一种基于bang-bang算法的虚拟阻尼控制方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，特别是一种基于bang-bang算法的虚拟阻尼控制方法。

背景技术：

随着分布式能源渗透率的逐步提高，给电力系统的稳定性带来新的挑战。由于新能源的接入无法为系统频率提供惯性支撑，利用虚拟同步机(vsg)的控制策略可以在一定程度上改善系统的稳定性。虚拟同步机输出功率的动态特性与虚拟惯量密切相关。虚拟阻尼参数的合理整定与控制策略是保证系统安全稳定运行的重要因素。在传统的虚拟同步机控制策略中，虚拟阻尼通常为固定值。与同步发电机不同的是，在无需更换硬件的前提下，虚拟同步机系统中的控制参数可以根据实际情况进行调整。虚拟阻尼作为虚拟同步机的核心参数之一，固定参数的控制策略没有充分利用到参数的可变性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于bang-bang算法的虚拟阻尼控制方法，令虚拟阻尼随虚拟同步机的频率偏移量自适应变化，充分利用系统参数的可变性，以提高系统稳定性。

本发明采用以下方案实现：一种基于bang-bang算法的虚拟阻尼控制方法，包括以下步骤：

步骤s1：根据频率最大偏差要求设计虚拟阻尼dp的最小值；

步骤s2：根据阻尼比要求设计虚拟阻尼dp的最大值；

步骤s3：基于虚拟阻尼dp的最小值和最大值，提出基于bang-bang控制的vsg自适应虚拟阻尼控制策略；频率偏差和频率变化率乘积同号时，dp设置为最小值；频率偏差和频率变化率乘积异号时，dp设置为最大值。

进一步地，所述步骤s1的具体内容为：

设定频率最大偏差量为δfmax时，vsg输出有功功率最多变化90％(保留10％调节裕度)，vsg的虚拟阻尼最小值dmin为：

式中：δpmax是vsg输出有功功率最大变化量。

进一步地，所述步骤s2的具体内容为：

二阶系统阻尼比ζ范围为0.4～0.8，根据阻尼比ζ范围要求，可得vsg的虚拟阻尼最大值dmax：

式中：ζmax是阻尼比最大值；j为虚拟惯量；ki为与阻尼项并联的积分项系数。

进一步地，步骤s3中所述的vsg自适应虚拟惯量的具体控制策略为：

bang-bang控制是指虚拟阻尼在整个过程中分段地取为允许的最大值或最小值；当vsg系统出现功率不平衡时，频率偏差和频率变化率乘积同号时，为避免逆变器输出功率超出额定容量，虚拟阻尼dp设定为最小值dmin；当频率偏差和频率变化率乘积异号时，为使频率更快恢复稳定，虚拟阻尼dp设定为最大值dmax。

根据上述分析，vsg自适应虚拟阻尼表达式如下所示：

式中：ω为虚拟转子角速度；δω为虚拟转子角速度偏差量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明充分利用逆变器参数的可变性，根据bang-bang控制思想，在不同的时间区间设定虚拟阻尼为最大值或最小值，相比于现有方法，进一步减少扰动后频率超调量，并能加快频率响应速度。

附图说明

图1为本发明实施例的虚拟同步发电机有功环的控制框图。

图2为本发明实施例的各种控制方法下虚拟同步机输出频率的效果对比图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供一种基于bang-bang算法的虚拟阻尼控制方法，包括以下步骤：

步骤s1：根据频率最大偏差要求设计虚拟阻尼dp的最小值；

步骤s2：根据阻尼比要求设计虚拟阻尼dp的最大值；

步骤s3：基于虚拟阻尼dp的最小值和最大值，提出基于bang-bang控制的vsg自适应虚拟阻尼控制策略；频率偏差和频率变化率乘积同号时，dp设置为最小值；频率偏差和频率变化率乘积异号时，dp设置为最大值。

在本实施例中，所述步骤s1的具体内容为：

设定频率最大偏差量为δfmax时，vsg输出有功功率最多变化90％(保留10％调节裕度)，vsg的虚拟阻尼最小值dmin为：

式中：δpmax是vsg输出有功功率最大变化量。

在本实施例中，所述步骤s2的具体内容为：

二阶系统阻尼比ζ范围为0.4～0.8，根据阻尼比ζ范围要求，可得vsg的虚拟阻尼最大值dmax：

式中：ζmax是阻尼比最大值；j为虚拟惯量；ki为与阻尼项并联的积分项系数。

在本实施例中，步骤s3中所述的具体内容为：

bang-bang控制是指虚拟阻尼在整个过程中分段地取为允许的最大值或最小值；当vsg系统出现功率不平衡时，频率偏差和频率变化率乘积同号时，为避免逆变器输出功率超出额定容量，虚拟阻尼dp设定为最小值dmin；当频率偏差和频率变化率乘积异号时，为使频率更快恢复稳定，虚拟阻尼dp设定为最大值dmax。

根据上述分析，vsg自适应虚拟阻尼表达式如下所示：

式中：ω为虚拟转子角速度；δω为虚拟转子角速度偏差量。

较佳的，采用以下范例来说明具体实施方法。

1)基于虚拟同步发电机的有功环控制方程，如图1所示，和系统的参数设置，如表1所示，可得到虚拟阻尼最小值dmin＝4.5nm·s·rad^-1。

表1

2)根据系统的阻尼比要求，可求得虚拟阻尼最大值dmax＝25nm·s·rad^-1。

3)仿真系统运行在孤岛模式下，初始时刻t＝0时，有功负载为4kw；t＝0.6s时，有功负载从4kw突增至8kw。在相同的仿真条件下，各种控制策略的输出频率仿真结果如图2所示，其中策略a为本实施例方法，策略b为基于频率变化率的虚拟阻尼控制方法，策略c为基于频率变化率指数的虚拟阻尼控制方法，策略d为固定虚拟阻尼方法。

对于本实施例所提的策略a，受扰动后最大频率偏移量为0.174hz，相对于策略b减小了11.22％，相对于策略c减小了3.87％，相对于策略d减小了12.12％，且频率调整时间最短。因此，本实施例的控制方法在负载扰动的动态过程中，其最大频率偏移量最小，频率的回复过程无振荡无超调量，调节时间短，进一步提高了系统的频率稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。