一種非線性電壓控制方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種非線性電壓控制方法及系統，包括：根據虛擬同步發電機的控制系統確定關于狀態量的計算公式，狀態量包括所述虛擬同步發電機的角頻率和功角；將非線性系統模型通過坐標變化轉換為線性系統模型；對線性系統模型中的虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率進行求解，將線性系統中端電壓的最優控制率代回所述非線性系統中，利用非線性系統中所述虛擬同步發電機端電壓的最優控制率調控所述虛擬同步電機端電壓的幅值，以減緩暫態過程中系統的振蕩。本發明專利技術在對虛擬同步發電機的端電壓控制時，考慮了頻率、功角、線路阻抗和轉動慣量對虛擬同步發電機的端電壓的影響，減緩了暫態過程中系統的振蕩，改善了系統動態性能，提高了系統的穩定性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電力系統領域，特別是涉及一種非線性電壓控制方法及系統。
技術介紹
為了緩解化石能源短缺和環境污染嚴重等問題，可再生能源發電方式受到廣泛關注。可再生能源產生的電能包含直流及各種頻率的交流，需通過逆變器并網。由于并網逆變器是靜止設備，不具有慣性和阻尼，因此系統穩定性受到威脅。虛擬同步發電機(VSG)因能模仿同步發電機的運行機制，為系統提供慣性和阻尼，可作為可再生能源發電并網的有效手段。VSG主要模擬同步發電機的下垂控制和慣量控制，有功頻率和無功電壓控制解耦，這樣的控制手段使VSG在穩態運行時表現出較好的特性。然而，當故障發生時，VSG并不能像真正的同步發電機一樣，通過附加的勵磁控制等手段，減弱系統振蕩，改善動態響應，提高系統穩定性。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種非線性電壓控制方法及系統，能夠對虛擬同步發電機的端電壓進行控制，從而達到減緩暫態過程中系統的振蕩，改善動態響應過程的目的。為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：一種非線性電壓控制方法，所述方法包括：根據虛擬同步發電機的控制系統確定關于狀態量的計算公式，得到所述控制系統的非線性系統模型，所述狀態量包括所述虛擬同步發電機的角頻率和功角；將所述非線性系統模型通過坐標變化轉換為線性系統模型；對所述線性系統模型中的所述虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率進行求解，得到線性系統中端電壓的最優控制率；將所述線性系統中端電壓的最優控制率代回所述非線性系統中，得到非線性系統中所述虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率；利用所述非線性系統中所述虛擬同步發電機端電壓的最優控制率調控所述虛擬同步電機端電壓的幅值，以減緩暫態過程中系統的振蕩。可選的，所述根據虛擬同步發電機的控制系統確定關于狀態量的計算公式，得到所述控制系統的非線性系統模型，具體包括：根據所述控制系統的控制電路中的各控制環節、所述虛擬同步發電機的輸入轉矩、所述控制系統中的電磁轉矩確定控制過程的計算公式；獲取所述電磁轉矩，所述電磁轉矩其中，E為所述虛擬同步發動機的端電壓，U為電網電壓，XL為線路阻抗，δ為所述虛擬同步發電機的功角，ω為虛擬同步發電機角頻率；將帶入到所述控制過程的計算公式中，得到關于所述狀態量的公式其中，所述虛擬同步發電機的端電壓E為控制變量，X為所述狀態量，為所述狀態量的導數，X＝[δω]T，可選的，所述將所述非線性系統模型通過坐標變化轉換為線性系統模型，具體包括：將非線性系統中的通過坐標變換轉換到線性系統中，得到其中，Z為線性系統下的狀態變量，為線性系統下的狀態變量的導數，A為狀態變量系數矩陣系數矩陣，B為相應的控制量的系數矩陣,v為線性系統端電壓的最優控制率，可選的，所述對所述線性系統模型中的所述虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率進行求解，得到線性系統中端電壓的最優控制率，具體包括：獲取線性系統求取最優控制率的性能指標公式其中，Q和R是對稱的正定權重矩陣；根據所述公式利用線性最優控制算法求取線性最優控制率v。一種非線性電壓控制系統，所述系統包括：狀態量計算公式確定單元，用于根據虛擬同步發電機的控制系統確定關于狀態量的計算公式，得到所述控制系統的非線性系統模型，所述狀態量包括所述虛擬同步發電機的角頻率和功角；線性系統模型轉化單元，用于將所述非線性系統模型通過坐標變化轉換為線性系統模型；線性系統最優控制率計算單元，用于對所述線性系統模型進行所述虛擬同步發電機端電壓最優控制率的求解，得到線性系統中端電壓的最優控制率；非線性系統最優控制率計算單元，用于將所述線性系統中端電壓的最優控制率代回所述非線性系統中，得到非線性系統中所述虛擬同步發電機端電壓的最優控制率；端電壓控制單元，用于利用所述非線性系統中所述虛擬同步發電機端電壓的最優控制率調控所述虛擬同步電機端電壓的幅值，以減緩暫態過程中系統的振蕩。可選的，所述狀態量計算公式確定單元，具體包括：第一狀態量計算公式確定子單元，用于根據所述控制系統的控制電路中的各控制環節、所述虛擬同步發電機的輸入轉矩、所述控制系統中的電磁轉矩確定控制過程的計算公式；電磁轉矩獲取子單元，用于獲取所述電磁轉矩，所述電磁轉矩其中，E為所述虛擬同步發動機的端電壓，U為電網電壓，XL為線路阻抗，δ為所述虛擬同步發電機的功角，ω為虛擬同步發電機角頻率；第二狀態量計算公式確定子單元，用于將帶入到所述控制過程的計算公式中，得到關于所述狀態量的公式其中，所述虛擬同步發電機的端電壓E為控制變量，X為所述狀態量，為所述狀態量的導數，X＝[δω]T，可選的，所述線性系統模型轉化單元，具體包括：線性系統模型轉化子單元，用于將非線性系統中的通過坐標變換轉換到線性系統中，得到其中，Z為線性系統下的狀態變量，為線性系統下的狀態變量的導數，A為狀態變量系數矩陣系數矩陣，B為相應的控制量的系數矩陣,v為線性系統端電壓的最優控制率，可選的，所述線性系統最優控制率計算單元，具體包括：性能指標公式獲取子單元，用于獲取線性系統求取最優控制率的性能指標公式其中，Q和R是對稱的正定權重矩陣；線性系統最優控制率計算子單元，用于根據所述公式利用線性最優控制算法求取線性最優控制率v。根據本專利技術提供的具體實施例，本專利技術公開了以下技術效果：本專利技術引入了頻率、功角、線路阻抗和轉動慣量等參數對虛擬同步發電機的端電壓進行調控，使端電壓的控制不僅與電壓偏差和無功偏差有關，還準確的體現了其它暫態過程中的物理量的影響。通過對非線性系統線性化，求取線性最優控制率，將其代回到原系統中，得到非線性系統下的最優控制率。從而減緩了暫態過程中系統的振蕩，改善了系統動態性能，提高了系統的穩定性。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為虛擬同步發電機的基本拓撲結構；圖2為傳統的虛擬同步發電機電壓控制示意圖；圖3為本專利技術實施例虛擬同步發電機的端電壓的控制流程示意圖；圖4為虛擬同步發電機有功-頻率控制系統示意圖；圖5為本專利技術實施例虛擬同步發電機的端電壓的控制系統的結構示意圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術的目的是提供一種非線性電壓控制方法及系統，能夠對虛擬同步發電機的端電壓進行控制，從而達到減緩暫態過程中系統的振蕩，改善動態響應過程的目的。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。圖1為虛擬同步發電機的基本拓撲結構，如圖1所示，虛擬同步發電機包括三相逆變器、濾波器、并網端口功率計算、VSG控制算法及SVPWM調制5個子模塊。虛擬同步發電機(VSG)是通過模仿同步發電機的機械特性和電磁特性，使逆變器具有與同步發電機相似的特性，以達到為電網提供慣性支持和阻尼支持的目的。如圖1所示，e＝[eaebec]T，u＝[uaubuc]本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非線性電壓控制方法，其特征在于，所述方法包括：根據虛擬同步發電機的控制系統確定關于狀態量的計算公式，得到所述控制系統的非線性系統模型，所述狀態量包括所述虛擬同步發電機的角頻率和功角；將所述非線性系統模型通過坐標變化轉換為線性系統模型；對所述線性系統模型中的所述虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率進行求解，得到線性系統中端電壓的最優控制率；將所述線性系統中端電壓的最優控制率代回所述非線性系統中，得到非線性系統中所述虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率；利用所述非線性系統中所述虛擬同步發電機端電壓的最優控制率調控所述虛擬同步電機端電壓的幅值，以減緩暫態過程中系統的振蕩。

【技術特征摘要】
1.一種非線性電壓控制方法，其特征在于，所述方法包括：根據虛擬同步發電機的控制系統確定關于狀態量的計算公式，得到所述控制系統的非線性系統模型，所述狀態量包括所述虛擬同步發電機的角頻率和功角；將所述非線性系統模型通過坐標變化轉換為線性系統模型；對所述線性系統模型中的所述虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率進行求解，得到線性系統中端電壓的最優控制率；將所述線性系統中端電壓的最優控制率代回所述非線性系統中，得到非線性系統中所述虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率；利用所述非線性系統中所述虛擬同步發電機端電壓的最優控制率調控所述虛擬同步電機端電壓的幅值，以減緩暫態過程中系統的振蕩。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據虛擬同步發電機的控制系統確定關于狀態量的計算公式，得到所述控制系統的非線性系統模型，具體包括：根據所述控制系統的控制電路中的各控制環節、所述虛擬同步發電機的輸入轉矩、所述控制系統中的電磁轉矩確定控制過程的計算公式；獲取所述電磁轉矩，所述電磁轉矩其中，E為所述虛擬同步發動機的端電壓，U為電網電壓，XL為線路阻抗，δ為所述虛擬同步發電機的功角，ω為虛擬同步發電機角頻率；將帶入到所述控制過程的計算公式中，得到關于所述狀態量的公式其中，所述虛擬同步發電機的端電壓E為控制變量，X為所述狀態量，為所述狀態量的導數，X＝[δω]T，3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述非線性系統模型通過坐標變化轉換為線性系統模型，具體包括：將非線性系統中的通過坐標變換轉換到線性系統中，得到其中，Z為線性系統下的狀態變量，為線性系統下的狀態變量的導數，A為狀態變量系數矩陣系數矩陣，B為相應的控制量的系數矩陣,v為線性系統端電壓的最優控制率，4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述線性系統模型中的所述虛擬同步發電機的端電壓的最優控制率進行求解，得到線性系統中端電壓的最優控制率，具體包括：獲取線性系統求取最優控制率的性能指標公式其中，Q和R是對稱的正定權重矩陣；根據所述公式利用線性最優控制算法求取線性最優控制率v。5.一種非線性電壓控制系統，其特征在于，所述系統包括：狀態量計算公式確定...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳來軍，孫振權，劉煒，鄭天文，梅生偉，胡長金，王任，任正某，王余陽，郭巖，
申請(專利權)人：清華大學，陜西省地方電力設計有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11