一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法及系统。该方法包括：构建光伏系统动态模型；获取自适应下垂功率以及下垂灵敏系数；根据所述自适应下垂功率，优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，得到优化后的虚拟阻尼；建立所述光伏系统动态模型的直流侧电容的虚拟惯性与所述光伏系统动态模型的频率及频率变化率的对应关系，优化所述光伏系统动态模型的虚拟惯性，得到优化后的虚拟惯性；根据所述优化后的虚拟阻尼以及所述优化后的虚拟惯性，平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡。本发明能够使光伏系统根据频率变化情况实时改变系统参数，优化系统结构，从而提高光伏系统的动态稳定性。

权利要求

1.一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法，其特征在于，所述方法包括：构建光伏系统动态模型；

获取自适应下垂功率以及下垂灵敏系数；

根据所述自适应下垂功率，改进光伏系统动态模型，得到改进后的光伏系统动态模型；

根据所述改进后的光伏系统动态模型优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，得到优化后的虚拟阻尼；

建立所述光伏系统动态模型的直流侧电容的虚拟惯性与所述光伏系统动态模型的频率及频率变化率的对应关系，所述频率包括：实际角频率和额定角频率；所述频率变化率包括：实际角频率变化率和额定角频率变化率；

根据所述对应关系，优化所述光伏系统动态模型的虚拟惯性，得到优化后的虚拟惯性；

根据所述优化后的虚拟阻尼以及所述优化后的虚拟惯性，平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法，其特征在于，所述光伏系统动态模型包括顺序连接的光伏电池阵列、DC/DC变换器、DC-link电容器、虚拟同步发电机、滤波电路以及控制模块。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法，其特征在于，所述光伏系统动态模型如下：其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法，其特征在于，所述下垂灵敏系数的取值范围为100～600。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法，其特征在于，所述改进后的光伏系统动态模型如下：其中，P*为自适应下垂功率，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

6.一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑系统，其特征在于，所述系统包括：建模模块，用于构建光伏系统动态模型；

获取模块，用于获取自适应下垂功率以及下垂灵敏系数；

改进模块，用于根据所述自适应下垂功率，改进光伏系统动态模型，得到改进后的光伏系统动态模型；

虚拟阻尼优化模块，用于根据所述改进后的光伏系统动态模型优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，得到优化后的虚拟阻尼；

对应关系建立模块，用于建立所述光伏系统动态模型的直流侧电容的虚拟惯性与所述光伏系统动态模型的频率及频率变化率的对应关系，所述频率包括：实际角频率和额定角频率；所述频率变化率包括：实际角频率变化率和额定角频率变化率；

虚拟惯性模块，用于根据所述对应关系，优化所述光伏系统动态模型的虚拟惯性，得到优化后的虚拟惯性；

平抑模块，用于根据所述优化后的虚拟阻尼以及所述优化后的虚拟惯性，平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡。

7.根据权利要求6所述的基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑系统，其特征在于，所述光伏系统动态模型包括顺序连接的光伏电池阵列、DC/DC变换器、DC-link电容器、虚拟同步发电机、滤波电路以及控制模块。

8.根据权利要求6所述的基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑系统，其特征在于，所述光伏系统动态模型如下：其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

9.根据权利要求6所述的基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑系统，其特征在于，所述下垂灵敏系数的取值范围为100～600。

10.根据权利要求6所述的基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑系统，其特征在于，所述改进后的光伏系统动态模型如下：其中，P*为自适应下垂功率，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

说明书

一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光伏发电领域，特别是涉及一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法及系统。

背景技术

[0002] 近几年随着光伏电源渗透率的不断提高，使得太阳能整合到电网当中，极大地减缓了全球的能源危机问题并降低了温室气体的排放。但由于传统上光伏发电机没有任何旋转质量，根本不能提供惯性响应，这就使得电网在遭受干扰时系统稳定性下降，严重阻碍大规模光伏电源连接到电网。

[0003] 为提高光伏系统的惯性，VisscherK教授在“SmartGrids for Distribution”大会上提出虚拟同步机的概念，能够使得逆变器具有惯性特性。虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，简称VSG)控制策略一方面即具有电力电子装置的快速响应和高可控性，另一方面它又通过引入转子方程来模拟同步发电机的性能，不仅能为系统提供阻尼和虚拟惯性，还大大提高了系统稳定性。但是系统在遭受到干扰或突然变化时，基于VSG的发电机组的暂态容量要远小于真正的同步发电机，可能导致系统因频率的快速振荡而停止工作，给系统造成巨大的损失。

[0004] 为解决电网频率振荡问题，不少学者通过对虚拟惯性和虚拟阻尼进行改进，通过合理调整这两个参数，可使得VSG具有更优良和灵活的控制性能，比如将交替惯性引入VSG结构中，根据转子的转速变化来调整惯性因子，相较于传统结构，增强了结构稳定性。然而，该方法都可能会因为频率阈值选择不当而加剧频率波动和功率振荡。并且也有学者发现光伏系统中的DC-link电容可以存储和释放一定的能量，也能模拟惯性响应。当电网频率发生变化时，调整VSC直流链路电压参考，注入或吸收有功功率，抑制频率波动。但是系统提高惯性时就需要增大电容，这会降低系统的经济性。还有通过调整直流链路电压和光伏阵列输出，实现光伏系统的增减发电。并且还利用分布式梯度的协调算法，进一步提高光伏系统的暂态性能。但该算法对于复杂的微电网，其经济性和实用性较差。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法及系统，使得模拟惯性值和虚拟阻尼在振荡期间能够自适应的实时改变，进一步抑制系统的频率振荡。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0007] 一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法，所述方法包括：

[0008] 构建光伏系统动态模型；

[0009] 获取自适应下垂功率以及下垂灵敏系数；

[0010] 根据所述自适应下垂功率，改进光伏系统动态模型，得到改进后的光伏系统动态模型；

[0011] 根据所述改进后的光伏系统动态模型优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，得到优化后的虚拟阻尼；

[0012] 建立所述光伏系统动态模型的直流侧电容的虚拟惯性与所述光伏系统动态模型的频率及频率变化率的对应关系；

[0013] 根据所述对应关系，优化所述光伏系统动态模型的虚拟惯性，得到优化后的虚拟惯性；

[0014] 根据所述优化后的虚拟阻尼以及所述优化后的虚拟惯性，平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡。

[0015] 可选的，所述光伏系统动态模型包括顺序连接的光伏电池阵列、DC/DC变换器、DC-link电容器、虚拟同步发电机、滤波电路以及控制模块。

[0016] 可选的，其特征在于，所述光伏系统动态模型如下：

[0017]

[0018] 其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

[0019] 可选的，其特征在于，所述下垂灵敏系数的取值范围为100～600。

[0020] 可选的，其特征在于，所述改进后的光伏系统动态模型如下：

[0021]

[0022] 其中，P*为自适应下垂功率，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

[0023] 一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑系统，所述系统包括：

[0024] 建模模块，用于构建光伏系统动态模型；

[0025] 获取模块，用于获取自适应下垂功率以及下垂灵敏系数；

[0026] 改进模块，用于根据所述自适应下垂功率，改进光伏系统动态模型，得到改进后的光伏系统动态模型；

[0027] 虚拟阻尼优化模块，用于根据所述改进后的光伏系统动态模型优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，得到优化后的虚拟阻尼；

[0028] 对应关系建立模块，用于建立所述光伏系统动态模型的直流侧电容的虚拟惯性与所述光伏系统动态模型的频率及频率变化率的对应关系；

[0029] 虚拟惯性模块，用于根据所述对应关系，优化所述光伏系统动态模型的虚拟惯性，得到优化后的虚拟惯性；

[0030] 平抑模块，用于根据所述优化后的虚拟阻尼以及所述优化后的虚拟惯性，平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡。

[0031] 可选的，所述光伏系统动态模型包括顺序连接的光伏电池阵列、DC/DC变换器、DC-link电容器、虚拟同步发电机、滤波电路以及控制模块。

[0032] 可选的，所述光伏系统动态模型如下：

[0033]

[0034] 其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

[0035] 可选的，所述下垂灵敏系数的取值范围为100～600。

[0036] 可选的，所述改进后的光伏系统动态模型如下：

[0037]

[0038] 其中，P*为自适应下垂功率，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

[0039] 与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明能够根据各VSG的暂态运行状况引入不同的附加功率，根据自适应下垂功率，优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，使得系统中各VSG可根据自身运行情况自适应地增大，从而增强系统阻尼回路。且对直流侧电容进行惯性模拟，构建系统频率和直流侧惯性转矩关系，优化虚拟惯性，自适应地改变其虚拟惯性大小。虚拟惯性及虚拟阻尼两者互相配合平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡，可以使系统能够根据频率变化情况实时改变系统参数，优化系统结构，从而提高系统的动态稳定性。

附图说明

[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0041] 图1为本发明实施例基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法的流程图；

[0042] 图2为本发明实施例光伏系统动态模型的结构图；

[0043] 图3为本发明实施例光伏系统动后直流侧功率振荡和功角变化曲线图；

[0044] 图4为本发明实施例基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑系统的结构框图。

具体实施方式

[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0046] 本发明的目的是提供一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法及系统，使得模拟惯性值和虚拟阻尼在振荡期间能够自适应的实时改变，进一步抑制系统的频率振荡。

[0047] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0048] 如图1所示，一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑方法包括：

[0049] 步骤101：构建光伏系统动态模型。所述光伏系统动态模型包括顺序连接的光伏电池阵列、DC/DC变换器、DC-link电容器、虚拟同步发电机、滤波电路以及控制模块。所述光伏系统动态模型如下：

[0050]

[0051] 其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

[0052] 步骤102：获取自适应下垂功率以及下垂灵敏系数。所述下垂灵敏系数的取值范围为100～600。

[0053] 步骤103：根据所述自适应下垂功率，改进光伏系统动态模型，得到改进后的光伏系统动态模型。所述改进后的光伏系统动态模型如下：

[0054]

[0055] 其中，P*为自适应下垂功率，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

[0056] 步骤104：根据所述改进后的光伏系统动态模型优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，得到优化后的虚拟阻尼。

[0057] 步骤105：建立所述光伏系统动态模型的直流侧电容的虚拟惯性与所述光伏系统动态模型的频率及频率变化率的对应关系。

[0058] 步骤106：根据所述对应关系，优化所述光伏系统动态模型的虚拟惯性，得到优化后的虚拟惯性。

[0059] 步骤107：根据所述优化后的虚拟阻尼以及所述优化后的虚拟惯性，平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡。

[0060] 具体实施：

[0061] 本发明所述技术方案具体步骤如下：

[0062] (1)VSG的基本控制原理

[0063] 传统的简单VSG系统由理想直流电压源和逆变器组成，由逆变器模拟同步发电机，为系统提供虚拟惯性以达到频率调节的目的；本发明将理想直流电压源用光伏电源代替，组成光伏发电系统，系统结构如附图2所示，整个系统由光伏电池阵列、DC/DC变换器、DC-link电容器、虚拟同步发电机、滤波电路以及控制模块构成。

[0064] 本发明中采用虚拟同步发电机的典型二阶模型

[0065]

[0066] Δδ＝δ-δref＝∫(ω-ωref)dt   (2)

[0067]

[0068] 其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率，δ为VSG的相角，Δδ为VSG的相角差，V和E分别VSG的输出电压和内电势。

[0069] (2)新型VSG自适用控制策略

[0070] 在电力系统实际运行中，由于各VSG载机容量互不相同的，就导致各VSG所能承担的暂态不平衡量的能力也不相同；系统在暂态运行过程中，一些大容量的VSG惯性较强，在遭受到严重的干扰时其频率不会发生显著变化，而一些小容量的VSG惯性很小，即便发生相对轻微的功率不平衡时，频率也会显著波动；所以当采用传统VSG控制策略时，小惯性的VSG可能会因为所分担的暂态不平衡功率过大而导致其频率变化过大，致使继电器保护装置被激活，系统发生跳闸，从而引起系统频率振荡，甚至导致整个系统的崩溃；

[0071] 2-1，构建附加的自适应功率下垂控制

[0072] 为抑制系统频率的振荡问题，本发明在VSG中引入一种自适应下垂功率，该功率可根据各个VSG的运行状况自适应改变，具体如下：

[0073]

[0074] 式中P*为自适应下垂功率，ΔUmax为直流电压最大偏差，Udc为直流侧电压值，Udcref为直流侧额定电压值；α为下垂系数调节裕度，为保证光伏系统的稳定运行，必须保证Udc∈(Udcmin,Udcmax)，所以α∈(0,1)；k为下垂灵敏系数，功率大小主要取决于该系数；

[0075] 将式(4)代入到式(1)中，可得：

[0076]

[0077] 由式(4)和式(5)可知，该策略的最大优势在于一方面能根据频率波动来调整附加功率值，起到“等效阻尼”的作用；另一方面，该策略可以通过直流侧的电压变化来改变下垂系数；当系统遭受到干扰时，VSG直流侧的电压发生变化，电压偏差越大，证明该VSG鲁棒性较差，就应引入较大的附加功率来弥补不平衡功率，反之直流侧电压偏差越小，只需引入较小的附加功率便可平衡系统功率；在该控制策略下，VSG可根据各自运行情况，自适应地改变其附加的功率值，增强系统等效阻尼，使得系统能快速平衡功率偏差，从而增强系统的抗干扰能力；

[0078] 联立式(2)、(3)和(5)，并且在系统的额定运行点(δ＝δref，E＝ErefV＝Vref)附近进行线性化，得：

[0079]

[0080] 其中，Vref，Eref和δref分别为VSG的额定运行点的输出电压、内电势和相角。

[0081] 将式(6)用状态矩阵形式表达为：

[0082]

[0083] 式中，ke为同步转矩系数，其定义为

[0084]

[0085] 式(7)为VSG模型的状态空间模型，对应的特征方程为：

[0086]

[0087] 由式(9)可求得VSG的无阻尼自然振荡频率ωn和阻尼比ξ为

[0088]

[0089] 由式(10)可知，本发明所提出的新型控制策略可以自由配置系统的自然角频率和阻尼比。通过对各个参数的适当选取，可以大大地提高系统的稳定性。

[0090] 2-2，直流侧电容自适应惯性模拟

[0091] 系统直流侧电容器能通过释放/吸收功率，可以起到惯性模拟，平衡系统功率的作用；但由于电容器受到物理条件的限制，所以电容器本身只能模拟小惯性，但通过适当控制，能进一步提高系统稳定性。

[0092] 系统直流侧惯性反应了系统阻止电压突变的能力，假设逆变器功率无损耗，其功率平衡可表示为

[0093]

[0094] 式中：Pin为光伏输出功率，Pout为VSC输出功率，C为直流侧电容。

[0095] VSG虚拟惯性反应了系统阻止频率突变的能力，当忽略阻尼因子惯性的影响时，虚拟同步发电机功率平衡可表示为

[0096]

[0097] 通过对比分析可知，直流侧电容的模拟惯性和VSG的惯性模拟原理相似；因此，若负荷波动引起的直流侧电容的瞬时充放电功率由发电机来补偿，即联合式(11)和式(12)可得：

[0098]

[0099] 式中K为虚拟值，用于调整两者关系；

[0100] 对式(13)两侧积分可得：

[0101]

[0102] 对式(14)两侧进行线性化处理，并忽略掉高级项可得：

[0103]

[0104] 系统在功率振荡过程中，其直流侧功率变化如附图3所示；在初始时刻，系统稳定运行时，直流侧功率平衡，对应图中1点；在某一时刻，系统负荷或者电源功率发生变化，造成输入功率和输出功率不等，使得VSG的角速度加速或减速，在2-3点间往复振荡，最终在惯性和阻尼作用下回归到初始点，系统重新稳定；在振荡过程中能够发现：

[0105] 过程a:dω/dt＞0,ω-ωref＞0，转子加速；

[0106] 过程b:dω/dt＜0,ω-ωref＞0，转子减速；

[0107] 过程c:dω/dt＜0,ω-ωref＜0，转子加速；

[0108] 过程d:dω/dt＞0,ω-ωref＜0，转子减速。

[0109] 由此可见，振荡过程由角频率和角频率的变化率dω/dt共同决定，所以在过程a和c中，应增大直流侧电容，减小频率的偏移；而在过程b和d中，应减小直流侧电容，使得频率尽快恢复到稳定点；所以为使得系统能够更好解决频率振荡问题，可设则式(15)改写为：

[0110]

[0111] 式中Δω＝ω-ωref。

[0112] 由式(16)可知，当系统遭受干扰时，系统直流侧电压会随系统频率受到负载突变的影响而偏离给定值。在振荡过程中，式(11)左侧功率差绝对值逐渐增大过程中，此时Δω和dΔω/dt符号相同，互相叠加，可以使得Udc的变化量增大，相当于增大了电容惯性，迅速吸收/释放有功功率，从而更快的弥补功率偏差，平衡系统功率；而在左侧功率差绝对值逐渐减少过程中，Δω和dΔω/dt符号相反，两者相减使得Udc的变化量迅速变小，相当于减小了电容惯性，此时电容释放/吸收的有功功率快速减少至0，使得系统直流侧电压和系统频率更快恢复到稳定值；当Δω＝dΔω/dt＝0时，电容自适应惯性控制自动退出。

[0113] 由此可见，电容自适应惯性控制能够针对系统角频率及其变化率的变化做出功率调节，有效增强了光伏系统应对频率异常事件的能力；并且运用直流侧电容来模拟惯性的最大优点是一方面直流侧电容中存储的能量不受外部因素的影响，这保证了不受辐照度和温度的影响，适用于光伏系统惯性支持；另一方面，又能改进上节中附加的自适应下垂功率，使得下垂系数调节裕度更加精准，进一步增强系统阻尼。

[0114] (3)基于自适应VSG控制策略的稳定性分析

[0115] 3-1，系统参数优化

[0116] 当系统物理模型确定之后，系统稳定性主要受到k、α、J、D四个参数的影响；所以需要合理配置这些参数的范围，来优化系统的稳定性；但由于参数α为下垂系数的调节裕度，其值主要取决于系统实际运行，其范围为(0，1)；为简化参数优化的复杂性，对其不做过多分析，本发明设α＝0.6；下垂灵敏系数k决定着附加功率的大小，如果k选择过大，则系统即便出现微小的频率变化，其附加功率数值也会变得很大，从而干扰功率平衡；如果k选择过小，附加功率起到的抑频能力又会大大减弱，同样影响系统的稳定性；为保证系统的稳定运行，确定在本发明中k的参数范围为[100，600]。

[0117] 本发明利用模态分析法选取VSG参数，为得到参数最优数值，系统须具有较好的阻尼性能，各个振荡模式下的阻尼比需大于0.05，所建立的线性化状态模型可表示为：

[0118]

[0119] 式中，x，y，u依次为系统状态向量、输出变量和控制变量，A、B、C分别代表系统的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵。

[0120] 下垂灵敏系数k、虚拟惯性J和阻尼因子D的具体设计步骤如下：

[0121] 1)选择k的合适参数；k在[100，600]范围内以步长1变化，选择k的最优值，使得系统特征值都处于稳定区域内；

[0122] 2)选择虚拟惯性J的值；基于步骤1)确定的k最优值，虚拟惯性从J＝100到J＝700以步长1改变；为提高临界振荡模态的阻尼比，降低频率变化率，应尽可能选择较大的惯性值；

[0123] 3)选择阻尼因子D的值；基于步骤1)和2)确定的k和J最优值，将D从0开始逐步增加到100，选其使各振荡模态阻尼比最大的值；

[0124] 4)参数选取后，评估系统的阻尼特性；若仍未满足要求，则重复选择；依次循环各个步骤，直到系统获得较好的阻尼特性。

[0125] 3-2，稳定性分析

[0126] 为分析本发明所提的自适应下垂功率控制的稳定性，可利用李雅普诺夫直接法对其验证，具体如下：

[0127] 本系统的暂态总能量由动能Ek和势能Ep构成，其关系式为：

[0128]

[0129] 式中V(x)为扰动后的系统暂态总能量，δ1和δ2为VSG频率振荡过程中任选的两个时刻的起始相角和终止相角，ω1和ω2为与之相对应的角频率。

[0130] 为方便进行分析，将状态变量设置为[x1 x2]T＝[ω2-ω1 δ2-δ1]T＝[Δω Δδ]T，则式(7)用状态变量重新表示为：

[0131]

[0132] 式子中 δ2＝δ1+x2，

[0133] 联立式(18)和(19)，可得本发明系统李雅普诺夫函数为：

[0134]

[0135] 当状态变量x2∈[-π,π-2δ0]时，李雅普诺夫函数V(x)大于零，其导数为：

[0136]

[0137] 其稳定域δ∈[-(π-δ0),π-δ0]。

[0138] (4)用matlab软件对算例进行仿真分析；

[0139] 为验证本发明所提出的VSG暂态虚拟参数自适应控制算法的有效性，本发明通过利用Matlab/Simulink进行仿真实验。仿真模型中PV1采用本发明提出新型的VSG控制策略，其涉及到的主要参数：光伏电池采用十串十并的光伏阵列模型，在标准光照强度和温度下运行工作的最大输出功率为20.424kW，并且该光伏电池的四个特性参数Uoc、Isc、Um、Im分别为53V、5A、44.4V、4.6A；直流侧参考电压1000V；滤波电感5mH，电容5uF，电阻0.1Ω。通过VSG与自适应控制结合应用，从仿真结果可看出系统能够自适应改变系统惯性，实现频率动态控制，快速恢复频率，减缓频率偏离，有效提高了系统的暂态稳定性和抗干扰能力。

[0140] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明能够根据各VSG的暂态运行状况引入不同的附加功率，根据自适应下垂功率，优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，使得系统中各VSG可根据自身运行情况自适应地增大，从而增强系统阻尼回路。且对直流侧电容进行惯性模拟，构建系统频率和直流侧惯性转矩关系，优化虚拟惯性，自适应地改变其虚拟惯性大小。虚拟惯性及虚拟阻尼两者互相配合平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡，可以使系统能够根据频率变化情况实时改变系统参数，优化系统结构，从而提高系统的动态稳定性。

[0141] 如图4所示，一种基于虚拟同步发电机的光伏振荡平抑系统包括：

[0142] 建模模块401，用于构建光伏系统动态模型。所述光伏系统动态模型包括顺序连接的光伏电池阵列、DC/DC变换器、DC-link电容器、虚拟同步发电机、滤波电路以及控制模块。所述光伏系统动态模型如下：

[0143]

[0144] 其中，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

[0145] 获取模块402，用于获取自适应下垂功率以及下垂灵敏系数。所述下垂灵敏系数的取值范围为100～600。

[0146] 改进模块403，用于根据所述自适应下垂功率，改进光伏系统动态模型，得到改进后的光伏系统动态模型。所述改进后的光伏系统动态模型如下：

[0147]

[0148] 其中，P*为自适应下垂功率，Pm为机械功率，Pe为电磁功率，J为虚拟惯性转矩，D为虚拟阻尼因子，ωref为额定角频率，ω为电网实际角频率。

[0149] 虚拟阻尼优化模块404，用于根据所述改进后的光伏系统动态模型优化所述光伏系统动态模型的虚拟阻尼，得到优化后的虚拟阻尼。

[0150] 对应关系建立模块405，用于建立所述光伏系统动态模型的直流侧电容的虚拟惯性与所述光伏系统动态模型的频率及频率变化率的对应关系。

[0151] 虚拟惯性模块406，用于根据所述对应关系，优化所述光伏系统动态模型的虚拟惯性，得到优化后的虚拟惯性。

[0152] 平抑模块407，用于根据所述优化后的虚拟阻尼以及所述优化后的虚拟惯性，平抑所述光伏系统动态模型的光伏振荡。

[0153] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0154] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。