【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力系统控制，特别涉及一种基于频率变化率的pmsg与储能协调自适应虚拟惯量控制方法。
技术介绍
1、随着可再生能源在电力系统中的广泛应用，风力发电作为其中的重要组成部分，其对系统稳定性的影响日益受到关注。传统的风力发电系统，尤其是基于永磁同步发电机(pmsg)的风力发电机，由于其快速响应特性，对电网频率波动的适应性较差，这在电网发生扰动时可能导致系统稳定性问题。本专利技术提出一种基于频率变化率的pmsg与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，采用自适应算法动态调整虚拟惯量，实现高效稳定的电力系统运行。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于频率变化率的pmsg与储能协调自适应虚拟惯量控制方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于频率变化率的pmsg与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，旨在实现电力系统在不同工况下的稳定性提升。该技术方案核心在于采用实时监测与自适应调节机制，动态地调整虚拟同步发电机的控制参数。主要包含以下步骤：
4、步骤s1：建立直驱式永磁同步风力发电机协调储能并网模型。主要分为以下步骤：
5、1)建立网侧逆变器完整模型，需要在明确网侧逆变器拓扑结构的基础上，建立对应的输入输出侧三相电压方程、逆变器的开关函数，转换为dq坐标系下的数学模型，再根据上述方程，表示网侧逆变器交流相电压的频率及相角，并求出有功功率和无功功率的表达式
6、2)建立机侧变流器完整模型，需要在明确机侧变流器拓扑结构的基础上，建立对应的输入输出侧三相电压方程、变流器的开关函数，转换为dq坐标系下的数学模型，再根据上述方程，表示等效的外环电压值和内环电流值，并求出永磁同步发电机的电磁转矩。至此，机侧变流器模型建立完毕。
7、3)建立桨距角控制的完整数学模型，需要明确其控制原理，当风电机组输出功率高于最大功率设定值时，增大桨距角的给定值，在桨距角控制器的作用下桨叶的桨距角增大，风力机捕获功率随之减小，最终被限制在给定范围之内。根据原理，建立桨距角给定值与实际值之间的传递函数关系，至此，桨距角控制模型建立完毕。
8、4)通过从变流器的三项端电压检测相电压vb来获取相位角，再根据相位角和三相电流计算获得电流的d轴和q轴分量，而变流器的有功功率和无功功率则分别由vb的d轴和q轴分量独立控制，最后，将vb的两个分量转换为三相交流电压，至此，储能部分的模型搭建完毕。
9、5)将步骤1)、2)、3)、4)中的模型按照同步发电机能量供给系统结构进行连接，即可形成权利要求1中所述直驱式永磁同步风力发电机协调储能并网模型。
10、步骤s2：通过分析功角震荡的动态特性及转子角频率响应，推导出惯量和阻尼系数与系统频率变动的数学关系，并融合储能变换控制策略与vsg下垂控制特性设计自适应控制算法，实现vsg系统在不同工况下平抑功率波动并保持稳定；
11、通过频率动态稳定性分析，研究vsg系统的惯量支撑特性和阻尼特性。通常认为，当风机发电系统负荷变化时，系统频率偏差由系统惯性决定。因此，通过类比同步发电机转子二阶运动方程，可以推导出vsg输出电磁功率与出力指令信号之间的小信号模型，针对该模型的动态响应特性进行分析，可知系统动态性能与虚拟惯量之间的关系。
12、步骤s3：根据步骤s2中得到的小信号模型，融合储能变换控制策略与vsg下垂控制特性，实现储能soc状态变化向vsg有功参考值的转换；
13、由于过阻尼二阶系统的阶跃响应没有超调量，主要性能指标参数为调节时间。通过分析欠阻尼状态的系统表达式可知，调节时间仅与虚拟惯量及频率变化率有关。
14、储能模块中的变流器既可以工作于整流模式又可以工作于逆变模式，利用能量的双向流动，可以通过控制电池的充放电来保持母线电压的稳定与系统内功率的平衡，以此维持系统的稳定。
15、步骤s4：设计自适应控制算法，进一步协调自适应虚拟惯量，参与系统的调频过程；该算法可以根据电力系统的实时运行状态，动态调整vsg系统的控制参数，算法设计主要分为以下步骤：
16、1)根据转动惯量自适应原理，在系统因突然变化而引起的响应和恢复过程中，以频率偏差为判断标准，使调节在一个振荡周期内可分为两种模式。在频率劣化模式下，频率偏差δω连续增加至拐点，dω/dt从最大值逐渐减小至0。然后，在频率恢复模式下，频率偏差从拐点减小到0。基于上述思路，可以设计出自适应惯性表达式如下：
17、
18、其中超调抑制因子kj、kω、虚拟惯性常数j0是预先设计的满足系统要求的常数。曲线在函数开关连接点处是光滑的，因此系数必须满足由这些预先设计的常数确定的约束条件。
19、2)根据储能的工作状态，可以分为完全充电状态，可充可放，完全放电状态，通过表达式可表达为：
20、
21、其中soc代表储能模块的荷电状态，c和f分别为储能的充电与放电极限。根据储能的工作状态，设计一种储能协调控制策略，用于配合vsg实现系统的自适应调整。所述算法通过获取电力系统中的实时数据，自动调整vsg系统的控制参数，以提高控制精度和响应速度。其表达式如下：
22、
23、模式切换点δω0是预先设计的满足系统要求的常数，曲线在函数开关连接点处是光滑的。这种控制方法的本质是根据储能的运行状态协调参与系统虚拟惯量调节功率的过程，提升系统的调节效率，更好地保障系统的稳定运行。
24、与现有技术相比，有益效果是：
25、1、通过实时监测电网频率变化并动态调整虚拟同步发电机的虚拟惯量，有效应对多种电网工况。这种自适应调节机制能够确保在可再生能源输出波动或负载突变等情况下，快速准确地提供必要的阻尼力，从而增强电网的稳定性。与固定参数控制相比，该方法使电力系统在面对复杂变化时更加韧性，提高了对电网动态事件的适应能力。
26、2、通过储能协调参与vsg的虚拟惯量控制，优化了频率响应速度和稳定性，从而使电网更好地吸纳和利用可再生能源。随着可再生能源并网比例的不断提高，电网频率波动的问题日益严重。应用本专利技术的自适应控制方法，能够在可再生能源输出不稳定时，快速调节虚拟同步发电机的参数，保持电网频率的稳定。这样不仅有助于提升可再生能源的利用效率，还能够减轻传统稳定措施对电网的压力，支持绿色能源的广泛应用，推动能源结构的优化升级。
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1.一种基于频率变化率的PMSG与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于频率变化率的PMSG与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，通过分析功角震荡的动态特性及转子角频率响应，推导出惯量和阻尼系数与系统频率变动的数学关系，并融合储能变换控制策略与VSG下垂控制特性设计自适应控制算法，实现VSG系统在不同工况下平抑功率波动并保持稳定。
3.根据权利要求1所述的一种基于频率变化率的PMSG与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，步骤S2中通过分析功角震荡的动态特性及转子角频率响应，推导出惯量和阻尼系数与系统频率变动的数学关系的具体方法为：
4.根据权利要求1所述的一种基于频率变化率的PMSG与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，储能模块中的变流器同时工作于整流与逆变两种模式，利用能量的双向流动，通过控制电池的充放电来保持母线电压的稳定与系统内功率的平衡，以此维持系统的稳定。
5.根据权利要求1所述的一种基于频率变化率的PMSG与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特
6.根据权利要求5所述的一种基于频率变化率的PMSG与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，步骤S4中根据储能的工作状态，分为完全充电状态，可充可放，完全放电状态，通过表达式可表达为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于频率变化率的pmsg与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于频率变化率的pmsg与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，通过分析功角震荡的动态特性及转子角频率响应，推导出惯量和阻尼系数与系统频率变动的数学关系，并融合储能变换控制策略与vsg下垂控制特性设计自适应控制算法，实现vsg系统在不同工况下平抑功率波动并保持稳定。
3.根据权利要求1所述的一种基于频率变化率的pmsg与储能协调自适应虚拟惯量控制方法，其特征在于，步骤s2中通过分析功角震荡的动态特性及转子角频率响应，推导出惯量和阻尼系数与系统频率变动的数学关系的具体方法为：
4.根据权利要求1所述的一种基于频率变化率的pmsg与储能协...
【专利技术属性】
技术研发人员：柏晶晶，李群，张琦，李强，张森，唐伟佳，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司，
类型：发明
国别省市：
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