一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法

本发明涉及虚拟同步发电机(vsg)控制，具体为一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法。

背景技术：

1、双碳目标下，以风能、太阳能为代表的新能源发电得到快速大规模发展。新能源发电通过电力电子并网，呈现为弱阻尼与低惯性的特征，使得系统抗干扰、维持稳定运行能力减弱。为此电力电子装置模拟同步发电机的阻尼与惯性控制技术，即虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，vsg)得到广泛关注。

2、一种依托于高灵活性、可控的电力电子元件，以增强电网运行的稳定性、安全性为目标的控制技术应运而生，即虚拟同步机技术。国内国外研究者基于同步发电机外部运行特性，提出虚拟同步发电机控制技术，其控制方式提高电力系统稳定性和实现分布式能源的友好接入电网，并能够应用同步发电机的理论分析法对虚拟同步发电机性能进行分析，便于引入同步发电机的控制策略，实现功率、频率和电压之间的相互调节。

3、最近几年，国内外学者对虚拟同步机控制不断深入研究，解决在技术发展和工程应用中各种问题，提出改进措施，但是系统稳定性仍然需要进一步进行提高。

4、现有技术如下：

5、与专利cn112821445a“基于惯量和阻尼自适应的虚拟同步发电机控制方法”的技术对比；

6、专利cn112821445a中采用的是两段式方法实现虚拟同步发电机的惯量和阻尼自适应控制。而我们采用的连续函数方式实现虚拟同步发电机的惯量和阻尼自适应控制。相对于cn112821445a采用的利用阈值控制惯量和阻尼的方式，我们设计的方法可以实时改变惯量和阻尼的大小，具备更灵活，更精准的特点。

7、与专利cn115800312a“一种电压型虚拟同步发电机自适应惯性控制方法及系统”的技术对比；

8、专利cn115800312a根据测量到的虚拟同步发电机的输出电压有效值和电网电压有效值，确定虚拟惯性最小初始值；整定截止频率，并根据截止频率和预先获取的等效阻尼系数，得到虚拟惯性最大初始值；根据虚拟惯性最小初始值、虚拟惯性最大初始值和有功功率环模型，确定电压型虚拟同步发电机虚拟惯性最小值和电压型虚拟同步发电机虚拟惯性最大值，以计算得到电压型虚拟同步发电机自适应惯性值。我们设计的方法根据频率的变化量和变化率来实现实时改变惯量和阻尼的大小，我们的方法更灵活，更简便。

9、本发明考虑到上述情况，提供一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，同时，考虑到负载变化对逆变器系统的影响与实时性，控制系统可以根据角频率的变化量和变化率自适应地调整惯量和阻尼的大小，使得逆变器输出频率变化最小，输出电能质量最高。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，具体包括以下步骤：

4、1)引入erf(arctan(x))复合函数进行自适应惯量的虚拟同步发电机控制，通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量和变化率，自适应的增大和减小虚拟惯量；

5、2)引入erf(|arctan(x)|)复合函数进行自适应阻尼的虚拟同步发电机控制，通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量，自适应的增大和减小虚拟阻尼。

6、作为本发明进一步改进，步骤一中，基于erf(arctan(x))复合函数的自适应惯量控制，公式如下：

7、

8、式中，j为虚拟惯性，j0为虚拟惯量初始值；ω和ω0分别为输出角速度和额定角速度；k0为惯量系数；erf(·)为误差函数；arctan(·)为反正切函数。

9、作为本发明进一步改进，步骤二中，基于erf(|arctan(x)|)复合函数的自适应阻尼控制，公式如下：

10、j＝d0+k1*erf(|arctan(ω-ω0)|)

11、式中，j为虚拟惯性，j0为虚拟惯量初始值；d为阻尼系数，d0为阻尼系数初始值；ω和ω0分别为输出角速度和额定角速度；k1为系数；erf(·)为误差函数；arctan(·)为反正切函数。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

13、本申请该方法引入了复合函数作为虚拟同步发电机的自适应惯量和阻尼，通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量和变化率，根据角频率的变化情况自适应地控制惯量和阻尼的大小，从而实现虚拟同步发电机的自适应控制。这种方法可以更加精确地控制虚拟同步发电机的角频率，提高控制效果的稳定性和可靠性。

14、在实现过程中，该方法需要考虑各种因素，如系统模型的精度、采样时间的选择、参数的自适应调整等。此外，该方法还需要进行实验验证和性能评估，以确定其在实际应用中的可行性和优劣性。

技术特征：

1.一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，其特征在于：

技术总结
一种虚拟同步发电机虚拟惯量和虚拟阻尼自适应控制方法，涉及智能电网及智能算法技术领域。该方法采用自适应惯量和自适应阻尼取代传统的虚拟惯量、虚拟阻尼，具体为引入复合函数erf(arctan(x))和erf(|arctan(x)|)进行虚拟同步发电机自适应惯量和阻尼控制。通过实时计算虚拟同步发电机的角频率的偏移量和变化率，自适应的控制惯量和阻尼的大小来控制角频率的变化，实现虚拟同步发电机的自适应控制，使虚拟同步发电机控制更加稳定。

技术研发人员：丁树业,罗建,王伟,李星硕,陈遗志
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14