基于自适应虚拟惯量的孤岛VSG频率动态响应控制

李昱磊，赵巧娥

(山西大学 电力工程系，山西 太原 030013)

0 引 言

分布式电源通过电力电子变换器连接到电网以及向地区负荷供电[1]1，逆变器作为核心换流器件，其控制策略的设计对电力系统的稳定性和动态响应特性具有重要影响。

下垂控制逆变器缺乏充足的惯性和阻尼以支撑系统频率稳定[2]。因此，学者们提出了虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)的概念[3]。VSG通过虚拟同步发电机的转动惯量和阻尼抑制受扰时功率和频率的波动。文献[4]建立了VSG的工频小信号模型，分析了控制参数对VSG性能的影响，给出控制参数的设计方法。但VSG受扰时，恒定虚拟惯量不能适应不同运行时段VSG对虚拟惯性的需求。为解决恒定虚拟惯量灵活性差的问题，学者们提出通过改变虚拟转动惯量来提高VSG动态响应性能。文献[5]提出一种自适应惯量的控制策略，根据VSG的角速度变化率和角速度偏差选取不同的虚拟转动惯量。文献[6]75提出一种不需要采样频率微分项的自适应虚拟惯性控制方法，但该控制算法实现时较为复杂。文献[7]提出一种协同控制虚拟惯量与阻尼的自适应控制策略，但阻尼系数与下垂控制相关一般设为固定值不宜改变。

为进一步提高VSG受扰时频率动态响应性能，本文提出一种基于角速度偏差以及角速度偏差与角速度变化率乘积的自适应虚拟惯量控制策略。在VSG不同运行时段内对虚拟惯量补偿不同的数值，从而抑制系统频率振荡并增强频率动态响应性能。通过MATLAB/Simulink对比另两种自适应虚拟惯量控制策略，验证了本文控制策略在VSG孤岛运行下的优越性。……