朱 軍 曲玉博 劉鵬輝 郭向偉 杜少通

電網(wǎng)頻率小擾動下虛擬同步發(fā)電機統(tǒng)一模型關(guān)鍵參數(shù)辨識

朱 軍 曲玉博 劉鵬輝 郭向偉 杜少通

（河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院，河南 焦作 454003）

針對并網(wǎng)逆變器的虛擬同步發(fā)電機控制策略多樣化，建立統(tǒng)一的虛擬同步發(fā)電機線性化模型，提出逆變器實際輸出等效慣量和阻尼系數(shù)的辨識方法，量化其對電網(wǎng)的支撐能力。從電網(wǎng)頻率擾動的角度出發(fā)，同時考慮逆變器采樣環(huán)節(jié)的鎖相環(huán)與濾波器的影響，建立能夠表征虛擬同步發(fā)電機動靜態(tài)調(diào)節(jié)性能的小信號統(tǒng)一模型。根據(jù)所建立的模型，利用零極點法分析控制參數(shù)對系統(tǒng)的影響，采用電網(wǎng)頻率擾動與負(fù)荷擾動激勵出系統(tǒng)功率動態(tài)信息，基于多新息理論的隨機梯度法辨識出逆變器輸出等效慣量和阻尼系數(shù)。最后搭建系統(tǒng)仿真模型，驗證分析及辨識方法的正確性和有效性。

虛擬同步發(fā)電機（VSG）；統(tǒng)一模型；等效阻尼；等效慣量；參數(shù)辨識

0 引言

光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電依靠并網(wǎng)逆變器并入電網(wǎng)，這些電力電子逆變器設(shè)備具有控制靈活、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，但是隨著電力系統(tǒng)中電力電子設(shè)備的增多，這些裝置本身低慣量無阻尼的特點會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成影響。虛擬同步發(fā)電機（virtual synchronous generator, VSG）技術(shù)是利用控制算法模擬同步發(fā)電機的模型，使逆變器具有阻尼與慣量特性，能夠在電網(wǎng)頻率、電壓發(fā)生波動時主動參與系統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)壓服務(wù)，改善系統(tǒng)的運行狀態(tài)。VSG的提出為提高電網(wǎng)對新能源的消納能力提供了新思路。

VSG概念最早由荷蘭學(xué)者在“VSYNC”項目中提出[1]，隨后學(xué)者們針對VSG開展了不同的研究。文獻(xiàn)[2]介紹了VSG的原理、拓?fù)?、?yīng)用及存在的問題，對理解VSG技術(shù)具有很好的參考意義。文獻(xiàn)[3]梳理了采用虛擬慣量和阻尼的各種控制技術(shù)，討論了慣量與阻尼技術(shù)存在的問題及未來研究思路。文獻(xiàn)[4-6]介紹了光伏VSG技術(shù)，分析VSG在光伏逆變器中的調(diào)頻調(diào)壓等功能，以及在光儲微電網(wǎng)應(yīng)用中的一些問題。文獻(xiàn)[7]將VSG與轉(zhuǎn)子交角下垂控制結(jié)合，并加入虛擬電抗解決逆變器電壓利用率過低的問題，同時證明虛擬電抗的加入對有功功率分配的影響不大。文獻(xiàn)[8]分析功率耦合機理，提出采用d軸電流表征功率耦合，通過在d軸電流加入補償環(huán)節(jié)來補償無功功率實現(xiàn)功率解耦。

VSG的參數(shù)設(shè)置直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而VSG的主要參數(shù)阻尼與慣量雖然是給定的，但經(jīng)過一系列的信號采集、變換等控制后，系統(tǒng)輸出的阻尼與慣量是否符合設(shè)定值尚未可知。因此，需要對VSG實際輸出阻尼與慣量進(jìn)行參數(shù)辨識。文獻(xiàn)[9]建立VSG控制輸出功率與指令功率的二階模型，然后利用遞推二乘法辨識出VSG輸出的慣量及阻尼參數(shù)。文獻(xiàn)[10]推導(dǎo)了VSG在離網(wǎng)、并網(wǎng)模式不同狀態(tài)下的響應(yīng)，采用曲線擬合的方法設(shè)計了一種互為驗證的VSG參數(shù)辨識方法。文獻(xiàn)[11]建立下垂控制和VSG控制的統(tǒng)一線性化模型，然后使用零階保持器將系統(tǒng)無差離散化，并用智能算法辨識出VSG參數(shù)。

上述VSG參數(shù)辨識方法都是針對某一特定的VSG模型進(jìn)行辨識，由于VSG模型的建立方法不統(tǒng)一，在面對不同VSG結(jié)構(gòu)或VSG結(jié)構(gòu)未知時則無法辨識。針對此問題，本文從實際電網(wǎng)頻率頻繁波動的角度考慮，采用電網(wǎng)頻率擾動，并考慮逆變器采集電網(wǎng)頻率時需要鎖相環(huán)（phase locked loop, PLL），以及功率計算需要的濾波環(huán)節(jié)，建立完整的VSG控制小信號模型。然后通過系統(tǒng)的閉環(huán)零極點分析鎖相環(huán)與濾波環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響，將VSG模型分為降階模型和全階模型。通過電網(wǎng)頻率擾動與負(fù)荷擾動實驗，結(jié)合多新息隨機梯度法，推導(dǎo)出統(tǒng)一模型VSG的關(guān)鍵參數(shù)辨識方法，定量辨識出采用VSG控制的逆變器實際輸出的等效阻尼和慣量，量化其對電網(wǎng)的支撐作用，也可作為商用VSG控制逆變器的檢驗手段。

1 VSG基本原理

VSG技術(shù)是將同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程引入逆變器的控制算法中，借助儲能技術(shù)使逆變器也具有像同步發(fā)電機一樣的調(diào)壓調(diào)頻能力。VSG技術(shù)主要包括主電路及控制算法部分，如圖1所示。主電路包括新能源電源、儲能系統(tǒng)、逆變器、濾波電路；控制算法部分包括功率控制環(huán)、電壓電流控制環(huán)及正弦脈寬調(diào)制（SPWM）。

圖1 VSG主電路及控制算法部分

由圖1可知，采用VSG控制的逆變器包含電壓電流環(huán)控制、VSG控制算法、濾波電路及線路阻抗。文獻(xiàn)[12]建立了包含VSG控制算法、濾波電路及線路阻抗、電壓電流環(huán)控制在內(nèi)的逆變器完整小信號狀態(tài)空間模型。通過對特征根的分析可知，濾波電路及輸電線路等參數(shù)主要影響系統(tǒng)的高頻段特征根，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)則分布在低頻段，主要受VSG功率控制環(huán)的影響，而電壓電流環(huán)控制響應(yīng)時間遠(yuǎn)快于系統(tǒng)頻率響應(yīng)，故VSG模型可忽略電壓電流環(huán)、濾波電路及線路阻抗的影響，只考慮功率環(huán)。

由于逆變器提供的阻尼與慣量只與功頻控制環(huán)節(jié)有關(guān)，與無功環(huán)無關(guān)，故本文只研究有功控制環(huán)節(jié)。有功控制部分包含虛擬調(diào)速器與轉(zhuǎn)子運動方程的模擬，而由于建模方法選取的不同，虛擬調(diào)速器與轉(zhuǎn)子運動方程的模擬方式也不同。如轉(zhuǎn)子運動方程的阻尼轉(zhuǎn)矩參考角頻率采用電網(wǎng)角頻率g[13]，此時阻尼轉(zhuǎn)矩參與系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)過程；參考角頻率采用額定角頻率0[14]，此時阻尼轉(zhuǎn)矩參與動態(tài)與穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程。調(diào)速器同理，參考角頻率可選取電網(wǎng)角頻率g或額定角頻率0，這就使VSG的建模多樣化。為使VSG的參數(shù)辨識具有一般性，需建立統(tǒng)一的VSG模型以表征所有結(jié)構(gòu)確定的VSG控制策略。在此基礎(chǔ)上，將虛擬調(diào)速器的有功下垂系數(shù)分為動態(tài)和穩(wěn)態(tài)有功下垂系數(shù)，分別控制其動態(tài)及穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)性能，建立統(tǒng)一的VSG控制模型。虛擬調(diào)速器及轉(zhuǎn)子運動方程模擬方式為

考慮到電網(wǎng)角頻率的測量需要鎖相環(huán)環(huán)節(jié)，以及功率采集時避免波形較粗無法利用而需要的濾波器環(huán)節(jié)，得到電網(wǎng)角頻率與輸出功率為

式中：e為逆變器輸出功率；PLL為PLL環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)；t為濾波器傳遞函數(shù)。

由圖1可計算得逆變器輸出功率為

式中：、為電網(wǎng)電壓和VSG輸出電壓；為逆變器輸出阻抗；E為VSG功角與有功功率的增益。

參數(shù)辨識環(huán)節(jié)需要對系統(tǒng)施加一個擾動激勵出系統(tǒng)的動態(tài)變化，由于VSG的慣量和阻尼是在頻率波動時穩(wěn)定系統(tǒng)頻率、功率，因此選擇模擬電網(wǎng)的頻率波動，對電網(wǎng)頻率施加擾動。將式（1）～式（3）線性化可得到計及功頻控制環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)、PLL環(huán)節(jié)的VSG控制模型，系統(tǒng)輸出功率與電網(wǎng)角頻率之間的傳遞函數(shù)為

式中：d=10+1，為等效動態(tài)阻尼系數(shù)，控制VSG的動態(tài)調(diào)節(jié)性能；s=20+2，為等效穩(wěn)態(tài)阻尼系數(shù)，控制VSG的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)性能。

功率環(huán)節(jié)的濾波器采用一階低通濾波器，電網(wǎng)頻率采集的鎖相環(huán)采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)，其傳遞函數(shù)分別為

式中：C為濾波器截止頻率；p為比例系數(shù)；i為積分系數(shù)。

結(jié)合式（4）和式（5）可知，由于一階低通濾波器及PLL環(huán)節(jié)的加入，使系統(tǒng)從一個二階系統(tǒng)升為五階系統(tǒng)，辨識難度大大增加。

2 VSG模型分析

由第1節(jié)分析可知，PLL及濾波器的加入使系統(tǒng)模型升階，增加了辨識的難度，由此，首先分析PLL及濾波器對系統(tǒng)性能的影響。

PLL傳遞函數(shù)PLL為二階系統(tǒng)，對比二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式得到其阻尼比及自然振蕩頻率n為

在控制系統(tǒng)中，為使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)性能，二階系統(tǒng)一般設(shè)置阻尼比=0.4～0.8[15]，這里取=0.707，n設(shè)置為1～50Hz；為了使輸出功率經(jīng)過濾波后盡量減少諧波，同時避免功率濾波后波形失真，C設(shè)置為20～200Hz。聯(lián)合式（4）和式（5），得到VSG控制包含PLL及低通濾波器在內(nèi)的完整五階模型如式（7）所示，畫出其零極點分布如圖2所示。

圖2 含濾波器和鎖相環(huán)的VSG零極點分布

由圖2可知，濾波器參數(shù)C影響極點3,4、5和零點3，由于實軸上的零極點對系統(tǒng)阻尼的影響是隨其靠近坐標(biāo)原點的程度決定，越靠近坐標(biāo)原點，對系統(tǒng)阻尼影響越大，因此極點5和零點3對系統(tǒng)阻尼的影響較小，可以忽略。由主導(dǎo)極點分析法可知，主導(dǎo)極點選取為最靠近虛軸而附近沒有閉環(huán)零點的極點，極點1,2和零點1,2構(gòu)成了一對偶極子，這對偶極子隨著n的增大而逐漸遠(yuǎn)離虛軸，此時極點3,4就成為主導(dǎo)極點。而極點3,4受參數(shù)C的影響在靠近虛軸附近小范圍內(nèi)變動，C并沒有改變其主導(dǎo)極點的地位，即C對其影響較小。

綜合分析，濾波環(huán)節(jié)C參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響較小，可以忽略。略去濾波器環(huán)節(jié)后系統(tǒng)模型變?yōu)?/p>

求出其閉環(huán)極點如式（9）所示，并畫出其零極點分布如圖3所示。

圖3 只含鎖相環(huán)的VSG零極點分布

由圖3可知，極點3,4在省去濾波環(huán)節(jié)影響后仍為主導(dǎo)極點，驗證了前文分析的正確性，其位置主要由功率參數(shù)、d、s決定，即系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要由參數(shù)、d、s決定。而偶極子1,2、1,2隨n的增大逐漸遠(yuǎn)離虛軸，當(dāng)其距離虛軸的距離超過主導(dǎo)極點的3～6倍以上時[15]，即可忽略其影響，即PLL參數(shù)滿足式（10）時，PLL環(huán)節(jié)可以忽略。

此外，從控制系統(tǒng)的響應(yīng)角度分析，PLL影響了電網(wǎng)角頻率的測量，使角頻率原本的線性過程經(jīng)過PLL環(huán)節(jié)變成了二階系統(tǒng)的響應(yīng)過程，而當(dāng)二階系統(tǒng)的阻尼比確定時，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間由自然振蕩角頻率n決定，n越大，調(diào)節(jié)時間越短，快速性越好，對電網(wǎng)角頻率測量的影響就越小。

綜合上述分析，濾波環(huán)節(jié)和PLL環(huán)節(jié)在滿足要求時都可以省去，此時，記t=1、PLL=1，系統(tǒng)模型降為如式（11）的二階系統(tǒng)。

3 多新息隨機梯度法VSG關(guān)鍵參數(shù)辨識

在前文建立的VSG模型基礎(chǔ)上，參數(shù)辨識還需獲得系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)并確立等價準(zhǔn)則。輸入輸出數(shù)據(jù)通過對電網(wǎng)頻率施加擾動，激勵出系統(tǒng)的功率動態(tài)過程而獲得；等價準(zhǔn)則即誤差函數(shù)，是用來衡量模型與實際過程的接近程度。本文按照系統(tǒng)實際輸出功率與辨識模型輸出功率的誤差建立準(zhǔn)則函數(shù)如式（12）所示，令準(zhǔn)則函數(shù)達(dá)到最小，即辨識模型與實際過程最接近，此時的參數(shù)估計即為所求。

將準(zhǔn)則函數(shù)極小化的過程即為參數(shù)優(yōu)化過程，本文利用多新息理論結(jié)合隨機梯度法的多新息隨機梯度法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。隨機梯度法計算速度較快，多新息理論則能動態(tài)地利用觀測數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的利用率，同時加入加權(quán)值來調(diào)整當(dāng)前時刻數(shù)據(jù)占的比重，具有較好的辨識精度。前文已經(jīng)得出采用VSG控制的逆變器模型由于PLL及一階低通濾波器的影響，系統(tǒng)模型分為降階和全階兩種，下文分別考慮兩種情況下的參數(shù)辨識。

3.1 VSG降階模型參數(shù)辨識算法

當(dāng)PLL參數(shù)滿足式（10）時，則PLL=1，同時t=1，系統(tǒng)降為二階系統(tǒng)，將其化簡后得

其中

將其轉(zhuǎn)化到離散域為

式中，為仿真周期。

則辨識模型輸出為

其中

將式（16）代入式（12）得到VSG模型參數(shù)辨識的誤差函數(shù)，基于負(fù)梯度搜索原理推導(dǎo)出引入加權(quán)因子的多新息隨機梯度法（weighted multi-new interest stochastic gradient method, WMISG）的VSG參數(shù)辨識算法為

式中：為新息長度；為加權(quán)因子，用來控制當(dāng)前時刻的修正項。

利用WMISG辨識VSG關(guān)鍵參數(shù)的步驟如下：

1）給定電網(wǎng)頻率一個小擾動，激勵出系統(tǒng)動態(tài)變化，收集輸出功率數(shù)據(jù)()及電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)g()，數(shù)據(jù)長度為。

5）令=+1，返回步驟3），直到=，辨識結(jié)束。

3.2 VSG全階模型參數(shù)辨識算法

在并網(wǎng)模式下，當(dāng)PLL參數(shù)不滿足式（10）時，PLL的影響不能忽略，由于電網(wǎng)頻率經(jīng)過測量后為

其中

式（23）即為VSG系統(tǒng)的全階模型，可對其進(jìn)行分步辨識，首先進(jìn)行VSG離網(wǎng)模式下的負(fù)荷擾動實驗，辨識出系統(tǒng)的等效阻尼系數(shù)；再進(jìn)行VSG并網(wǎng)模式下電網(wǎng)頻率擾動實驗，模擬并網(wǎng)模式下電網(wǎng)頻率發(fā)生擾動的情況，辨識出系統(tǒng)的慣量。

1）負(fù)荷擾動參數(shù)辨識方法

逆變器離網(wǎng)模式下，令電網(wǎng)角頻率g等于額定角頻率0，此時系統(tǒng)的模型變?yōu)?/p>

式中，zds，為總等效阻尼系數(shù)。

由終值定理可得離網(wǎng)模式下VSG的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為

因此，VSG系統(tǒng)總等效阻尼系數(shù)為

由式（27）可知，離網(wǎng)模式下VSG控制在穩(wěn)態(tài)時的輸出功率變化量與系統(tǒng)角頻率變化量的比值等于VSG的總等效阻尼系數(shù)。故通過VSG在離網(wǎng)模式下的甩負(fù)荷試驗，測得其穩(wěn)態(tài)時的輸出功率數(shù)據(jù)與角頻率數(shù)據(jù)，即可測得VSG的總等效阻尼系數(shù)。

2）并網(wǎng)頻率擾動參數(shù)辨識算法

將式（23）VSG模型離散化后得

則其辨識模型輸出為

其中

同樣，運用3.1節(jié)所推導(dǎo)的WMISG對式（23）進(jìn)行辨識，即可求出系統(tǒng)輸出的動態(tài)、靜態(tài)阻尼系數(shù)與虛擬慣量。其中，

4 仿真分析

4.1 VSG降階模型參數(shù)辨識仿真

當(dāng)VSG系統(tǒng)中不存在PLL或PLL參數(shù)滿足式（10）而可以被忽略時，系統(tǒng)模型降為二階系統(tǒng)。首先，在Matlab/Simulink中搭建如圖1所示的系統(tǒng)，仿真參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 仿真參數(shù)

首先對電網(wǎng)頻率施加擾動激勵輸出系統(tǒng)動態(tài)過程。我國規(guī)定正常運行情況下的電網(wǎng)頻率允許偏差為±0.2Hz，在仿真0.2s時對電網(wǎng)頻率施加-0.1Hz的擾動，在2s時施加+0.1Hz的擾動，仿真時長4s，采樣周期設(shè)置為10-5s。激勵出系統(tǒng)的動態(tài)變化，測得VSG輸出功率數(shù)據(jù)及電網(wǎng)角頻率變化數(shù)據(jù)。其中PLL參數(shù)設(shè)置為n=100Hz，=0.707，即p=0.454 7，i=32.154 3，滿足式（10）要求。圖4為逆變器輸出功率與電網(wǎng)角頻率變化波形。

圖4 逆變器輸出結(jié)果

將測得的VSG輸出功率與電網(wǎng)角頻率數(shù)據(jù)代入辨識算法中，設(shè)置新息長度=3，則得到系統(tǒng)的辨識模型如式（32）所示，辨識得到系統(tǒng)d=2 889p，s=14 505p，=15.78kg·m2，辨識誤差分別為3.7%、3.3%、5.2%。系統(tǒng)的辨識模型輸出功率與實際輸出功率對比如圖5所示。

4.2 VSG全階模型參數(shù)辨識仿真

首先進(jìn)行VSG離網(wǎng)模式下的負(fù)荷擾動實驗，參數(shù)設(shè)置見表1。初始設(shè)置逆變器帶2kW負(fù)荷運行，在2s時切除1kW負(fù)荷，仿真時長4s，采樣周期10-5s，角頻率變化如圖6所示。

圖6 VSG輸出角頻率變化

由式（27）可得，系統(tǒng)總等效阻尼系數(shù)z=s+d=-D/D，其中D=1 000W，為使D數(shù)據(jù)具有一般性，分別采集角頻率在1～2s及3～4s時的數(shù)據(jù)取平均值后再作差，得到D=-0.018 52rad/s，則總等效阻尼系數(shù)z=53 995.73=17 187p。

進(jìn)行并網(wǎng)模式電網(wǎng)頻率擾動參數(shù)辨識實驗前，首先驗證PLL參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響及式（10）的正確性，分別設(shè)置不同的PLL參數(shù)，對比PLL參數(shù)不同時對系統(tǒng)輸出功率的影響，以及對電網(wǎng)角頻率測量的影響。PLL參數(shù)設(shè)置見表2，對比結(jié)果如圖7所示。

表2 PLL參數(shù)設(shè)置

從圖7（a）可以看出，隨著n的增大，PLL對電網(wǎng)角頻率的影響過程越來越快。從圖7（b）可以看出，當(dāng)n參數(shù)較小，不滿足式（10）時，系統(tǒng)輸出功率曲線為1、2、3，峰值變化較大；當(dāng)n滿足式（10）時，輸出功率曲線為4、5、6，輸出功率幾乎沒有差異，驗證了上述PLL對系統(tǒng)性能影響分析的正確性，即當(dāng)PLL參數(shù)滿足式（10）時，對系統(tǒng)輸出功率的影響較小，可以忽略。

圖7 PLL參數(shù)不同時VSG輸出功率和電網(wǎng)角頻率

經(jīng)過上述分析與驗證可知，濾波器環(huán)節(jié)對系統(tǒng)影響較小，可以略去。通過VSG離網(wǎng)實驗估算PLL參數(shù)滿足式（10）時，可以使用VSG降階模型進(jìn)行辨識；否則直接使用VSG全階模型進(jìn)行辨識。

VSG全階模型參數(shù)辨識，電網(wǎng)頻率擾動方法同上，采集輸出功率及電網(wǎng)角頻率變化數(shù)據(jù)，其中PLL參數(shù)設(shè)置為p=0.1，i=1.3，將仿真測得數(shù)據(jù)代入WMISG，得到參數(shù)辨識結(jié)果見表3。

表3 辨識結(jié)果

由表3可以看出，d的參數(shù)辨識結(jié)果與設(shè)定值誤差較大，由第2節(jié)分析與PLL參數(shù)仿真驗證可知，這是由于PLL本身為二階系統(tǒng)，它在測量電網(wǎng)角頻率時也產(chǎn)生了慣量和阻尼，當(dāng)其自然振蕩角頻率較小時，響應(yīng)過程變得緩慢從而把自身的慣量和阻尼疊加到整個系統(tǒng)中，而動態(tài)阻尼系數(shù)d則控制VSG在動態(tài)調(diào)節(jié)過程的阻尼，由圖7（b）可知，曲線1、2在動態(tài)過程中的超調(diào)量較大，阻尼能力較弱，滿足前述分析。因此，VSG參數(shù)辨識的結(jié)果實際上是包含PLL等影響在內(nèi)的等效慣量和阻尼，即整個逆變器實際輸出的等效慣量和阻尼。

上述仿真實驗結(jié)果表明，本文所提的VSG模型能夠正確表示VSG控制策略，VSG參數(shù)辨識方法能準(zhǔn)確辨識出VSG等效慣量與阻尼。

5 結(jié)論

本文通過分析不同的VSG建模方法，基于電網(wǎng)的頻率擾動建立了VSG的統(tǒng)一線性化模型，能夠表征VSG的動態(tài)與靜態(tài)調(diào)節(jié)性能，采用多新息隨機梯度法定量辨識出逆變器輸出的等效慣量與阻尼，在面對結(jié)構(gòu)不同或未知的VSG時也能適用。仿真驗證了模型及辨識方法的可行性，得到主要結(jié)論如下：

1）逆變器輸出的慣量與阻尼不只是VSG中設(shè)定的慣量、阻尼，而是系統(tǒng)各控制環(huán)節(jié)疊加影響后的等效慣量與阻尼。

2）濾波器與鎖相環(huán)參數(shù)設(shè)置適當(dāng)時，其對系統(tǒng)的影響過程在短時間內(nèi)完成，反饋不到系統(tǒng)的輸出功率環(huán)上，此時可完成VSG模型的降階。但當(dāng)參數(shù)或結(jié)構(gòu)未知時，可直接使用全階模型進(jìn)行辨識。

3）通過電網(wǎng)的頻率擾動結(jié)合離網(wǎng)模式的負(fù)荷擾動獲得系統(tǒng)動態(tài)過程數(shù)據(jù)，采用多新息隨機梯度法進(jìn)行參數(shù)辨識，數(shù)據(jù)利用率高，辨識算法簡單有效，可準(zhǔn)確識別出逆變器輸出的等效阻尼與慣量大小，量化逆變器對電網(wǎng)的支撐作用。

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Identification of key parameters of virtual synchronous generator unified model under small frequency disturbance of power grid

ZHU Jun QU Yubo LIU Penghui GUO Xiangwei DU Shaotong

(Shool of Electrical Engineering and Automation, He’nan Polytechnic University, Jiaozuo, He’nan 454003)

Aiming at the diversification of virtual synchronous generator (VSG) control strategies of grid-connected inverters, a unified linearization model of virtual synchronous generators is established, and the identification method of the inverter’s actual output equivalent inertia and damping coefficient is proposed to quantify its support capability to the grid. From the perspective of grid frequency perturbation and considering the influence of phase-locked loop and filter in the inverter sampling link, a unified small-signal model capable of characterizing the dynamic and static regulation performance of the virtual synchronous generator is established. According to the established model, the zero-pole method is used to analyze the influence of control parameters on the system. The grid frequency disturbance and load disturbance are used to excite the system power dynamic information, and the stochastic gradient method based on the multiple new interest theory is used to identify the equivalent inertia and damping coefficient of the inverter output. Finally, the system simulation model is built to verify the correctness and effectiveness of the analysis and identification methods.

virtual synchronous generator (VSG); unified model; equivalent damping; equivalent inertia; parameter identification

2022-03-28

2022-04-18

朱 軍（1984—），男，博士，副教授，研究方向為新能源發(fā)電技術(shù)、特種電機驅(qū)動與控制。

國家自然科學(xué)基金（U1504506）

河南省科技攻關(guān)項目（202102210093、212102210256）

河南省高等學(xué)校青年骨干教師培養(yǎng)計劃項目（2020GGJS055）