一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法

本发明涉及虚拟同步发电机控制，具体涉及一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法。

背景技术：

1、虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，vsg)是一种基于逆变器的电力转换系统，它模拟传统同步发电机的运行特性，用于实现分布式电力资源与电力网络的互联。虚拟同步发电机通过在一阶虚拟惯性的角频率闭环控制的前向通道上，增加了一个分数阶微分环节，该方法在确保虚拟同步发电机稳态控制性能的同时，不仅增大了系统阻尼，有效减小了动态过程中的功率超调，实现了更高质量的电力注入和系统稳定性。

2、现有的基于一阶虚拟惯性的vsg虽然能够抑制频率的波动，但由于电力电子器件的过载能力弱，当虚拟惯转动量值设计较大时，有功功率指令或负载突变可能导致vsg在动态过程中输出的有功功率产生较大超调或低频振荡，从而使得储能单元受到较大的功率冲击，并导致vsg触发过流保护。虽然增大阻尼系数可抑制有功功率超调或低频振荡，但同时也增大了vsg并网稳态功率偏差和组网稳态功率均分精度，上述问题亟待解决，为此，提出一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何解决虚拟同步发电机并网运行时存在有功输出功率动、静态特性不能兼顾的问题，提供了一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法，在确保功率稳态控制性能和减小动态功率超调的同时，克服了基于微分补偿的一阶虚拟惯性策略在响应初始阶段惯性不足的缺点。

2、本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

3、s1：采样虚拟同步发电机三相输出电压ua、ub、uc和三相电感电流ia、ib、ic，并分别经单同步旋转坐标变换得到输出电压dq轴分量ud、uq和电感电流dq轴分量id、iq，其中d轴为有功轴，q轴为无功轴；

4、s2：根据步骤s1中得到的输出电压dq轴分量ud、uq和电感电流dq轴分量id、iq，得到输出平均有功功率pout；

5、s3：将步骤s2中得到的虚拟同步发电机输出有功功率pout经虚拟惯性环节积分，并加上额定角频率ωn作为虚拟同步发电机的输出角频率ω；

6、s4：对步骤s3中得到的虚拟同步发电机的输出角频率ω进行积分，得到虚拟同步发电机的输出相角δ；

7、s5：将虚拟同步发电机的d轴和q轴电压调制波幅值ud、uq和步骤s4中得到的输出相角δ经单同步旋转坐标反变换得到桥臂电压的三相调制波，并经调制后作为igbt电路的驱动信号。

8、更进一步地，在步骤s2中，输出平均有功功率pout计算公式为：

9、

10、更进一步地，在所述步骤s3中，虚拟同步发电机的输出角频率ω的计算公式为：

11、

12、其中，kd为微分环节系数，s为分数阶微分环节，a为分数阶次系数，j为虚拟转动惯量，d为虚拟阻尼，pref为虚拟同步发电机给定的有功功率指令。

13、更进一步地，在步骤s4中，虚拟同步发电机输出相角δ的计算公式为：

14、

15、本发明相比现有技术具有以下优点：该基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法，通过在vsg系统的前向通道上串联一个分数阶微分补偿环节，可以引入分数阶微分控制，从而改善系统对功率波动的响应；分数阶微分补偿可以更好地抑制快速变化的功率振荡，提高系统的稳定性和响应速度。

技术特征：

1.一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法，其特征在于：在步骤s2中，输出平均有功功率pout计算公式为：

3.根据权利要求2所述的一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法，其特征在于：在所述步骤s3中，虚拟同步发电机的输出角频率ω的计算公式为：

4.根据权利要求3所述的一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法，其特征在于：在步骤s4中，虚拟同步发电机输出相角δ的计算公式为：

技术总结
本发明公开了一种基于分数阶微分的虚拟同步发电机功率控制方法，属于虚拟同步发电机控制技术领域。本发明通过在VSG系统的前向通道上串联一个分数阶微分补偿环节，可以引入分数阶微分控制，从而改善系统对功率波动的响应；分数阶微分补偿可以更好地抑制快速变化的功率振荡，提高系统的稳定性和响应速度；在确保功率稳态控制性能和减小动态功率超调的同时，克服了基于微分补偿的一阶虚拟惯性策略在响应初始阶段惯性不足的缺点。

技术研发人员：贾冕茜,邓瑞娟,李中望,邵育兰,潘丽,秦家奇
受保护的技术使用者：芜湖职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15