一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制方法

本公开涉及混合微电网领域，具体而言，涉及一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制方法以及装置。

背景技术：

1、传统大规模电力系统富含机械惯量，发电机与电网紧密耦合，能够自主支持电网稳定。近年来，电力系统正朝着更加灵活、分散的方向发展，新能源发电越来越多，储能装置越来越普遍，各种闭环控制的负荷也快速增加，由新能源和电力电子设备构成的微电网系统在电力系统所占比例迅速变大。以电压源型逆变器为代表的电力电子设备在逐渐取代传统同步发电机，但这种微电网由于缺乏足够惯量支撑，无法有效抑制电压和频率波动，扰动发生时会严重威胁电力系统的稳定运行。有足够的惯量支撑是“高比重功率电子器件”、“高比重可再生能量”电力系统平稳工作的重要保障。

2、现有技术对微电网系统进行惯量补偿和控制方面的研究，包括控制策略、参数设计和阻抗建模等。但尚无对基于微源侧的虚拟同步发电机(vsg)和应用于负荷侧的负荷虚拟同步机(lvsm)两部分的虚拟同步机(vsm)控制策略构建的全部由虚拟同步技术进行控制的虚拟同步化混合微电网系统(vsmg)的研究。

3、因此，需要一种或多种方法解决上述问题。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制方法以及装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

2、根据本公开的一个方面，提供一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制方法，包括：

3、对虚拟同步发电机vsg和负荷虚拟同步机lvsm的工作原理和控制策略进行分析，并分别建立虚拟同步发电机控制模型、负荷虚拟同步机控制模型；

4、基于预设微电网系统，根据所述虚拟同步发电机控制模型、负荷虚拟同步机控制模型建立虚拟同步化混合微电网；

5、基于所述虚拟同步化混合微电网，以所述虚拟同步化混合微电网惯量满足最小值的约束条件为优化目标，对所述虚拟同步化混合微电网的最小惯量进行评估，完成实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制。

6、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

7、基于所述虚拟同步发电机vsg的等值电路，生成所述虚拟同步发电机vsg的基本控制结构；

8、基于所述虚拟同步发电机vsg的基本控制结构，生成所述虚拟同步发电机vsg在三相静止坐标系下的控制方程；

9、基于park变换，将所述虚拟同步发电机vsg在三相静止坐标系下的控制方程转换为虚拟同步发电机vsg在两相dq坐标系下的控制方程。

10、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

11、基于所述虚拟同步发电机vsg在两相dq坐标系下的控制方程对所述虚拟同步发电机vsg的基本控制策略进行分析，建立虚拟同步发电机控制模型。

12、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

13、基于所示负荷虚拟同步机lvsm的电路拓扑结构，分别生成所述负荷虚拟同步机lvsm的一次调频和惯量特性的数学方程、无功环节模拟同步电机的一次调压特性的数学方程。

14、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

15、基于预设微电网系统，根据所述虚拟同步发电机控制模型、负荷虚拟同步机控制模型建立虚拟同步化混合微电网，以实现所述虚拟同步化混合微电网中逆变分布式电源、整流型可控负荷和并网变流器均由虚拟同步技术进行控制；

16、所述虚拟同步化混合微电网包括虚拟同步发电机vsg、负荷虚拟同步机lvsm、本地负载和电池模块。

17、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

18、基于所述虚拟同步化混合微电网，以所述虚拟同步化混合微电网惯量满足最小值的约束条件为优化目标，分别基于系统频率变化率和暂态频率偏移率的动态指标，对所述虚拟同步化混合微电网的最小惯量进行评估，完成实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制。

19、在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：

20、对所述虚拟同步化混合微电网的系统结构进行建模，分别应用vsg和lvsm控制策略；

21、采集所述虚拟同步化混合微电网的电网频率、功率、电压参数的实时数据，进行vsg控制有功、无功计算、理想电压计算；生成lvsm的有功功率设定参考值p*、进行lvsm控制定子电压计算；

22、基于所述vsg控制有功、无功、理想电压、lvsm的有功功率设定参考值p*、lvsm控制定子电压进行最小惯量控制，对发电机的输出功率进行实时调节，完成实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制。

23、在本公开的一个方面，提供一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制装置，包括：

24、vsg/lvsm建模模块，用于对虚拟同步发电机vsg和负荷虚拟同步机lvsm的工作原理和控制策略进行分析，并分别建立虚拟同步发电机控制模型、负荷虚拟同步机控制模型；

25、vsmg建立模块，用于基于预设微电网系统，根据所述虚拟同步发电机控制模型、负荷虚拟同步机控制模型建立虚拟同步化混合微电网；

26、最小惯量评估模块，用于基于所述虚拟同步化混合微电网，以所述虚拟同步化混合微电网惯量满足最小值的约束条件为优化目标，对所述虚拟同步化混合微电网的最小惯量进行评估，完成实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制。

27、本公开的示例性实施例中的一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制方法，其中，该方法包括：对虚拟同步发电机vsg和负荷虚拟同步机lvsm的工作原理和控制策略进行分析，并分别建立虚拟同步发电机控制模型、负荷虚拟同步机控制模型；基于预设微电网系统，根据所述vsg控制模型、lvsm控制模型建立虚拟同步化混合微电网；以所述虚拟同步化混合微电网惯量满足最小值的约束条件为优化目标，对所述虚拟同步化混合微电网的最小惯量进行评估，完成实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制。本公开通过对微电网系统进行惯量补偿和控制使得微电网的惯量需求始终满足最小值的约束条件，改善了微电网系统由于惯量不足存在的电压超调、低频振荡等问题。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制装置，其特征在于，所述装置包括：

技术总结
本公开是关于一种实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制方法以及装置。其中，该方法包括：对虚拟同步发电机VSG和负荷虚拟同步机LVSM的工作原理和控制策略进行分析，并分别建立虚拟同步发电机控制模型、负荷虚拟同步机控制模型；基于预设微电网系统，根据所述VSG控制模型、LVSM控制模型建立虚拟同步化混合微电网；以所述虚拟同步化混合微电网惯量满足最小值的约束条件为优化目标，对所述虚拟同步化混合微电网的最小惯量进行评估，完成实时响应虚拟同步化混合微电网的最小惯量控制。本公开通过对微电网系统进行惯量补偿和控制使得微电网的惯量需求始终满足最小值的约束条件，改善了微电网系统由于惯量不足存在的电压超调、低频振荡等问题。

技术研发人员：刘欣博,周京华,宋晓通,景柳铭,徐爽,李津
受保护的技术使用者：北方工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14