1.一种基于改进VSG技术的混合微电网IC自适应控制策略,其特征是,它包括的内容有:
1.混合微电网VSG控制原理
1)交流频率‑直流电压控制
式(1)为不考虑阻尼绕组作用时的虚拟同步发电机的转子运动方程:式中:J为转动惯量;Pm、Pe分别为原动机输出功率、电磁功率;ω、ωn分别为交流角速度、额定角速度;δ为功角;kω为交流一次调频下垂系数;
由式(1)得,在交流与直流微网的动态调节过程中,瞬时功率平衡特性为式(2)‑式(3);
式中:ΔPe、ΔPdc分别为交、直流子网的有功功率变化量;udc、Udcn分别为实际直流电压、额定直流电压;Cdc为直流电容;ku为直流下垂系数;
从功率平衡角度看,当混合微电网负荷增大或者减小时,经过接口变换器调节后,稳态时,交、直流子网的有功功率变化量相同,均衡承担混合微电网中总的有功变化量,即:ΔPe=ΔPdc (4)将式(2)、(3)代入式(4),得:根据式(5)得出交流频率‑直流电压的控制关联,交直流混合微电网接口变换器虚拟同步机控制策略中,交流频率‑直流电压控制部分模拟了转子运动方程,以调节有功功率,控制环节最终所输出信号为虚拟电势 的频率和相位;
2)虚拟励磁控制
虚拟同步发电机控制策略模拟励磁控制系统,调节无功功率,控制环节输出虚拟电势的有效值,控制方程式为:
E=Eref+kq(Qref‑Q) (6)式中:Eref为VSG空载电动势;E为虚拟电势有效值;kq为无功‑电压下垂系数;Qref为VSG无功功率参考值;Q为VSG无功功率实际值;
2.交直流混合微电网自适应虚拟惯性控制策略
1)自适应虚拟转动惯量控制策略在系统受到扰动时,频率和功率会产生震荡,自适应虚拟转动惯量控制能够提高交直流混合微电网在负荷变化初期的频率响应速度,并限制系统频率调整过程中的振荡程度,表述式为式(7),
式中:J0为系统在稳态时的转动惯量值;dω/dt为交流频率的变化率;ω为交流系统实际频率;ωn为额定交流频率;k1、k2分别为各项的影响因子,对其进行调整可以改变系统频率的动态特性;k为判定阈值;
当|Δω(dω/dt)|
2)自适应虚拟电容控制策略
交流系统与直流系统中的许多变量都具有一一对应的关系,通过类比推理的方法,提出与式(7)形式类似的自适应虚拟电容控制策略为式(8):式中:Cv为虚拟电容;Cv0为系统在稳态时的虚拟电容值;dUdc/dt为直流母线电压的变化率;k0为设定阈值;Udc为实际直流母线电压;Udcn为直流母线额定电压;k3、k4分别为各项的影响因子;
虚拟电容数值的大小可反映直流微电网的惯性大小,当|Δudc(dudc/dt)|
3.自适应VSG控制算法流程
首先在自适应VSG控制模块中输入初始值,并对直流电压与交流频率进行实时检测,在系统产生负荷波动时,通过计算实际值与初始值的差值,计算判定值是否超过阈值,最后输出相应数值的虚拟惯性,
第一步:在自适应VSG控制模块中输入初始值;
第二步:分别投入、切除交流侧或直流侧负荷;
第三步:对直流电压与交流频率进行实时检测;
第四步:计算电压和频率的差值和导数项;
第五步:计算判定值是否超过阈值;
第六步:若判定值位于阈值之内,则转动惯量与虚拟电容值为固定值;若判定值超出阈值范围,则转动惯量与虚拟电容值为所提自适应值;
第七步:输出所得交流与直流惯性值。