含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法
【专利摘要】本发明公开一种含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，所述控制方法包括：根据第i台虚拟同步发电机VSG的输出功率Pi和额定功率Pi*确定第一输出差值Δyi；根据所述第一输出差值Δyi和第i台VSG的下垂特性曲线平移量Yi确定第二输出差值ΔYi，且所述第二输出差值ΔYi与一致性控制参数Qi调整所述下垂特性曲线平移量Yi；根据所述第二输出差值、第i台VSG的阻尼系数Dp,i、额定角频率ωb、实测的角频率ωi、虚拟转动惯量Ji确定输出角频率Δωi；根据实测的角频率ωi确定角度θi，并根据角度θi影响输出功率Pi及其一致收敛的速度。本发明含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法通过第二输出差值ΔYi与一致性控制参数Qi调整下垂特性曲线平移量Yi，从而可提高收敛速度，以迅速到达收敛值。
【专利说明】
含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及虚拟同步发电机的技术领域，特别是设及一种含状态预测器的虚拟同 步发电机一致性的控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着分布式电源的规模不断增大，W逆变器为主要接口的电源越来越多接入微电 网。传统逆变器几乎没有转动惯量，难W为电网提供惯性和阻尼，因此无法满足支撑频率和 电压的需求。当大量分布式电源接入微电网后，会给微电网安全稳定运行带来巨大威胁。基 于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)的并网逆变器控制策略能够起 到为微电网提供惯性和阻尼的作用。基于一致性的虚拟同步发电机技术能够通过相邻VSG 间的通信，实现系统频率的一致恢复W及有功出力的合理分配，然而由于没有考虑系统一 致收敛速度的问题，导致系统收敛速度较慢。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，可 有效提高系统输出有功功率的一致性的收敛速度。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0005] -种含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，所述控制方法包括：
[0006] 根据第i台虚拟同步发电机VSG的输出功率Pi和额定功率Pi可角定第一输出差值A Yi;
[0007] 根据所述第一输出差值Ayi和第i台VSG的下垂特性曲线平移量Yi确定第二输出差 值A Yi,且所述第二输出差值A Yi与一致性控制参数Qi调整所述下垂特性曲线平移量Yi; [000引根据所述第二输出差值、第i台VSG的阻尼系数Dp,1、额定角频率《b、实测的角频率 ?1、虚拟转动惯量Ji调整输出角频率A ?1，且所述输出角频率A ?1与所述额定角频率Ob 确定实测的角频率《i;
[0009] 根据实测的角频率COi确定角度0i，并根据角度0i影响输出功率Pi及所述输出功率 Pi的一致收敛的速度。
[0010] 可选的，所述确定第一输出差值Ayi的方法包括：
[0011] 根据输出功率Pi确定输出目标函数f (Pi);
[001^ 根据额定功率Pi*确定额定目标函数
[001引根据W下公式W及输出目标函数f化)和额定目标函数f(P。确定第一输出差值 Ayi:
[0014] 其中ai，bi分别为选择系数。 9
[0015] 可选的，所述输出目标函数f (Pi)的确定方法包括：
[0016] 按照额定功率进行输出功率的分配，即满足下式时：
[0017]
;其中，m表示VSG的台数，i = l,. . . ,m;
[001引定目标函数f (Pi)选取如下：
[0019] f(Pi)=Pi*-ipi;选择系数ai = l ,bi = 〇。
[0020] 可选的，所述输出目标函数f (Pi)的确定方法包括：
[0021] 按照等微增率进行输出功率的分配，即满足下式时：
[0022] Ai(Pi) = .. .、(Pi) = ... = Am(Pm);其中，m表不VSG的台数，i = l, ... (Pi)为束 i台VSG的微增率函数；
[0023] 根据W下公式确定目标函数f (Pi):
[0024] f(Pi)=、(Pi);选择系数ai = 〇,bi = l。
[0025] 可选的，所述第二输出差值A Yi的确定方法包括：
[0026] 根据W下公式，使用状态预测器Yit确定一致性控制参数化：
[0027]
其中，L表示拉普拉斯矩阵，1IJ 表示所述L中的元素;ky, 1表示过程参数，丫表示状态预测器的影响因子；
[0028] 根据W下公式确定所述第二输出差值A Yi:
[0029]
<其中，a2，b2分别选择系数，且曰2取值与ai相同，b2取值与 bi相同;ki表示恢复系数。
[0030] 可选的，所述根据所述第二输出差值A Yi、第i台VSG的阻尼系数Dp, i、额定角频率 ? b、实测的角频率《 i、虚拟转动惯量Ji调整输出角频率A O i的方法包括：
[0031 ]
;其中，A 〇1=〇广〇6〇
[0032] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了 W下技术效果：
[0033] 本发明含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法通过第二输出差值A Yi与一致性控制参数化调整下垂特性曲线平移量Yi,从而可有效提高系统输出有功功率一 致性的收敛速度，W迅速到达收敛值。
【附图说明】
[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可W根据运些附图 获得其他的附图。
[0035] 图1为本发明含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法的流程图；
[0036] 图2为并联一致性的控制框图；
[0037] 图3为S个VSG的通信拓扑图。
【具体实施方式】
[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039] 本发明的目的是提供一种含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，通 过第二输出差值A Yi与一致性控制参数化调整下垂特性曲线平移量Yi,从而可有效提高系 统输出有功功率一致性的收敛速度，W迅速到达收敛值。
[0040] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0041] 如图1和图2所示，本发明含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法包 括：
[0042] 步骤100:根据第i台虚拟同步发电机VSG的输出功率Pi和额定功率Pi气角定第一输 出差值A yi;
[0043] 步骤200:根据所述第一输出差值Ayi和第i台VSG的下垂特性曲线平移量Yi确定第 二输出差值A Yi，且所述第二输出差值A Yi与一致性控制参数化调整所述下垂特性曲线平 移量Yi;
[0044] 步骤300:根据所述第二输出差值A Yi、第i台VSG的阻尼系数Dp,1、额定角频率《b、 实测的角频率《1、虚拟转动惯量Ji调整输出角频率A ?1，且所述输出角频率A ?1与所述 额定角频率《 b确定实测的角频率《 i;
[0045] 步骤400:根据实测的角频率确定角度01，并根据角度01影响输出功率Pi及所述 输出功率Pi的一致收敛的速度。
[0046] 其中，在步骤100中，所述确定第一输出差值Ayi的方法包括：
[0047] 步骤101:根据输出功率Pi确定输出目标函数f(Pi);
[004引步骤102:根据额定功率Pi*确定额定目标函数f (Pi*);
[0049]步骤103:根据W下公式W及输出目标函数f (PO和额定目标函数f (Pi^确定第一 输出差值Ayi:
[0050]
. f ^、其中ai，bi分别为选择系数。
[0051] 输出目标函数f (PO和额定目标函数f (Pi^ -般为一次函数，其选取方法较多，可 根据具体的需求确定。例如：
[0052] (1)按照额定功率进行输出功率的分配，即满足W下公式，：
[0053]
……公式（2);其中，m表示VSG的台数，i =
[0054] 目标函数f (Pi)选取如下：
[005引 f(Pi)=Pi*-ipi------公式(3);选择系数ai = l ,bi = 0。
[0056] (2)按等微增率原则进行功率分配，即满足W下公式：
[0化7] Ai(Pi) = .. .Ai(Pi) = ... = Am(Pm)------公式（4);其中，m表示VSG的台数，i = 1，. . .，m;、(Pi)为第i台VSG的微增率函数；
[005引目标函数f(Pi) :f(Pi)=、(Pi)------公式巧）；选择系数ai = 0,bi = l。
[0059] 在步骤200中，所述第二输出差值A Yi的确定方法包括：
[0060] 步骤201:根据W下公式，使用状态预测器Yit确定一致性控制参数化：
[0061 ] 其中，L表示 )： V * 拉普拉斯矩阵，Iu表示所述L中的元素;ky, 1表示过程参数，丫表示状态预测器的影响因子。 [0062]步骤202:根据W下公式确定所述第二输出差值A Yi:
[00创 .. .V其中，曰2瓜分别选择系数，且曰2取值与 ---公式（6 a袖同，b2取值与bi相同；k康示恢复系数。
[0064]进一步地，在步骤300中，所述根据所述第二输出差值A Yi、第i台VSG的阻尼系数 Dp,i、额定角频率COb、实测的角频率《 i、虚拟转动惯量Ji调整输出角频率A O i的方法包括：
[00化]
.其中，A Oi=O 广 Obo
[0066]其中，当多个VSG并联连接时，形成通信拓扑结构，则邻接矩阵A= [au](两者相连 为1，否则为0,对角线上元素为〇)，di=Eau，度矩阵D = diag{di}(度矩阵中的非对角元素 均为0,对角线上元素大小等于VSG连接的通信线路条数）；而拉普拉斯矩阵L = D-A。
[0067] 如图3所示，3个VSG并联连接时，形成通信拓扑结构，则邻接矩降
度矩构
[0068] 当系统中各VSG构成的通讯拓扑满足连通性时，即存在生成树是系统能够一致收 敛的必要条件。对于无向图，拉普拉斯矩阵L为半正定矩阵，如果无向图是连通的，则它的最 小非零特征值称为L的代数连通度。即：
[0069]
公式（7)，其中，X表示系统状态变量。
[0070] 若ML)>0，则整个通讯拓扑是连通的，而且ML)越大，则说明在系统中各VSG之 间的直接通讯链路越多。若A2化）=0，则说明整个通讯拓扑不是连通的。且系统一致性演化 速度和拉普拉斯矩阵的最小非零特征值^2相关，A2越大，VSG系统演化到平衡状态的速度也 越快。
[0071 ]拉普拉斯矩阵L在无向图通信模型下，且满足生成树条件时，存在一个非奇异矩阵 T，拉普拉斯矩阵可表示为 ，\
[007^
----公式（S )。
[0073] 可W发现，系统的最小非零特征值A2是由系统本身的通信拓扑所决定的，且无法 改变。
[0074] 而在本发明中引入状态预测器后，可将公式(5)和(6)转换为
--…公式（9)。
[0075] 公式(9)中等号右侧包括两部分，一部分为A Yi= Ay广ky,iYi，剩下的为第二部分
部分的收敛速度远远快于第二部分，所W考虑一致性收敛速度仅需考虑第二部分，即将公 式(9)转化为： 通过对比，发现在时间尺度上，第一 凸
[0076]
公式（10)。
[0077] 公式（10)可写成巧降形式为：
[0078
[0079
[0080
[0081
[0082
[0083
[0084 ,
[0085] 显然对于任意丫 >0,4+切>/1。，则具有状态预测器的系统比没有状态预测器 的系统有更大的最小非零特征值，因此能更快达到一致。且最小非零特征值越大，系统一致 性收敛速度越快，从而能够迅速到达收敛值。
[0086] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0087] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，W上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核屯、思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据 本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，其特征在于，所述控制方 法包括： 根据第i台虚拟同步发电机VSG的输出功率Pi和额定功率ΡΛ?角定第一输出差值Ayi; 根据所述第一输出差值A yi和第i台VSG的下垂特性曲线平移量Yi确定第二输出差值Δ Yi，且所述第二输出差值A Yi与一致性控制参数化调整所述下垂特性曲线平移量Yi; 根据所述第二输出差值A Yi、第i台VSG的阻尼系数Dp,1、额定角频率wb、实测的角频率 Wi、虚拟转动惯量Ji调整输出角频率Δ coi，且所述输出角频率Δ coi与所述额定角频率cob 确定实测的角频率ωι; 根据实测的角频率ωι确定角度θι，并根据角度θι影响输出功率Pi及所述输出功率Pi的 一致收敛的速度。2. 根据权利要求1所述的含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，其特征 在于，所述确定第一输出差值Ayi的方法包括： 根据输出功率Pi确定输出目标函数f (Pi); 根据额定功率ΡΛ?角定额定目标函数f (Pi^ ; 根据W下公式W及输出目标函数f (Pi)和额定目标函数f(Pi^确定第一输出差值A yi:?中ai，bi分别为选择系数。3. 根据权利要求2所述的含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，其特征 在于，所述输出目标函数f(Pi)的确定方法包括： 按照额定功率进行输出功率的分配，即满足下式时：岸中，m表示VSG的台数，i = l，. . .，m; 目标函数f (Pi)选取如下： f (Pi) = Pi-iPi;选择系数 ai = 1，bi = 0。4. 根据权利要求2所述的含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，其特征 在于，所述输出目标函数f(Pi)的确定方法包括： 按照等微增率进行输出功率的分配，即满足下式时： λ·ι(Ρι)二...、（Pi) = . . . = ^m(Pm);其中，m表不VSG的台数，i = l,. . . ,πι;λ?(Ρ?)为束i台 VSG的微增率函数； 根据W下公式确定目标函数f (Pi): f (Pi)=Ai(Pi);选择系数ai = 0，bi=l。5. 根据权利要求2所述的含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方法，其特征 在于，所述第二输出差值A Yi的确定方法包括： 根据W下公式，使用状态预测器巧确定一致性控制参数化：姜中，L表示拉普拉斯矩阵，lij表示 所述L中的元素;ky, 1表示过程参数，丫表示状态预测器的影响因子； 根据W下公式确定所述第二输出差值A Yi:其中，曰2瓜分别选择系数，且曰2取值与ai相同，b2取值与bi相 同；ki表示恢复系数。6.根据权利要求1-5中任一项所述的含状态预测器的虚拟同步发电机一致性的控制方 法，其特征在于，所述根据所述第二输出差值ΔΥι、第i台VSG的阻尼系数Dp,1、额定角频率 ω b、实测的角频率ω i、虚拟转动惯量Ji调整输出角频率Δ ω i的方法包括；t 中，Δ 〇i二 ω 广 〇bD
【文档编号】H02J3/48GK106099996SQ201610459615
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】梅生伟, 陈来军, 司杨, 郭永庆, 贾昆, 李春来, 张海宁, 杨立滨, 李正曦, 杨军
【申请人】青海大学, 国网青海省电力公司, 国网青海省电力公司电力科学研究院