1.一种自适应惯性系数的光伏虚拟同步机稳定控制系统，其特征在于：

该系统包括光伏发电系统、储能装置、逆变装置和带直流端附加控制的自适应惯性系数虚拟同步机装置；

其中光伏发电系统电源输出端连接储能装置，储能装置连接逆变装置逆变端；同时储能装置的电容两端电压Udc将作为输入与最大功率点电压进行比较，与带直流端附加控制的自适应惯性系数虚拟同步机装置相连接；带直流端附加控制的自适应惯性系数虚拟同步机装置通过电压电流控制模块和PWM调制器连接至逆变装置；

逆变器的输出端与LC滤波器连接，LC滤波器通过线路阻抗连接电网；

所述的虚拟同步机装置分为两部分；分别为带直流端附加控制的装置和改进虚拟转子结构的虚拟同步机装置；

所述的改进虚拟转子结构的虚拟同步机装置包括改进后的虚拟转子、虚拟调速器、虚拟励磁器装置三部分组成；

所述的光伏发电系统电源输出直流端，将MPPT控制策略输出MPP点对应的直流电压Udc‑mpp作为直流电压闭环的给定；储能装置的储能电容两端的电压Udc作为直流电压闭环的反馈信号；所述的直流端附加控制的自适应惯性系数是将Udc‑mpp和Udc的差值送入自适应惯性系数虚拟同步机装置的直流端附加控制模块；

自适应惯性系数结构是对虚拟转子改进添加一种自适应控制结构，当PV工作在稳定区域时，直流电压闭环不生效，系统的闭环极点全在虚轴左半平面，此时选择正常的惯性系数Jb，虚拟同步机按照传统方式运行；而在光伏电源进入不稳定工作区域时，直流电压闭环生效，系统闭环极点随着惯性系数的增大而进入虚轴右侧，此时切换为更小的惯性系数Js，令闭环极点回到虚轴左边，保证系统的稳定运行，同时减少输出功率脉动，自适应惯性系数控制策略根据运行状态自动改变惯性系数，解决了直流端附加控制使系统稳定裕度降低、引起系统输出功率脉动的问题，当PV工作在稳定区域即Udc>Udc‑mpp时，直流电压闭环不生效，系统的闭环极点全在虚轴左半平面，此时选择正常的惯性系数Jb，VSG按照传统方式运行；而在PV进入不稳定工作区域即Udc

2.一种利用如权利要求1所述系统实施的一种自适应惯性系数的光伏虚拟同步机稳定控制方法，其特征在于：该方法中：

首先，所述的光伏发电系统电源输出端直流端，将MPPT控制策略输出MPP点对应的直流电压Udc‑mpp作为直流电压闭环的给定，储能装置的储能电容两端的电压Udc作为直流电压闭环的反馈信号，将Udc‑mpp和Udc的差值送入自适应惯性系数虚拟同步机装置的直流端附加控制模块，当储能装置的储能电容端电压高于MPPT控制模块输出电压即Udc>Udc‑mpp时，此时光伏发电系统电源输出端运行于稳定区域，光伏发电系统电源输出端的限幅模块使得PI控制器的输入为0，此时虚拟同步机等同于没有直流电压附加控制，虚拟同步机装置将按照传统方式运行；而当Udc低于Udc‑mpp时，光伏电源进入了不稳定工作区，电压的偏差通过PI控制器合成新的功率给定，进而降低虚拟同步机实际的输出功率，使得直流端电压上升回Udc‑mpp，光伏发电系统电源工作回到最大功率点；直流电压附加控制后合成的Pref成为虚拟调速器的参数给定；

然后，Pref送入虚拟调速器模块并输出Pin进入虚拟转子模块；三相电压型PWM逆变装置出口电压uout和电流iout采样后经功率计算到三相电压型PWM逆变装置输出有功功率Pout和无功功率Qout，分别送入虚拟同步机的虚拟转子和虚拟励磁器模块；其中Pout和Pin送入虚拟转子模块后得到输出角频率ωm，Qout进入虚拟励磁器模块输出定子电动势指令U再进入电压电流控制模块；定子电动势指令U、电角度指令和输出角频率ωm送入虚拟阻抗控制模块得到三相电压指令，滤波前电流iabc、滤波后电流iout和三相电压型PWM逆变装置出口电压uout经abc‑dq变换模块得到两相电压调制信号；dq‑abc变换模块经电压电流双闭环控制模块与PWM调制器连接，将电压电流控制模块得出的电压调制比输送到PWM调制器通过SPWM调制模块生成6路PWM脉冲信号送入逆变桥；最后逆变桥经过LC滤波器和线路阻抗连接至大电网；

Pin为虚拟调速器的输出功率；Pref为直流电压附加控制后合成的虚拟调速器的功率给定值。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：内环的电压电流控制结构中运用了虚拟阻抗控制策略；通过在参考电压上减去输出电流乘虚拟阻抗的值，模拟实际线路串联阻抗，从而改变逆变器出口到PCC点间的等效阻抗；假设虚拟阻抗为ZV： uref是由功率外环控制器生成的输出电压指令值； 是经过虚拟阻抗的等效参考电压；i是逆变器的输出电流；

转到dq0坐标下，得到： RV和LV分别为

虚拟电阻和虚拟电感； 和 分别为等效参考电压的dq分量；

id和iq分别为逆变器输出电流的dq分量。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：在转子运动的物理层面上，作为电机的一种，同步发电机遵循二阶摇摆方程：Tm和Te分别为电机的机械转矩和电磁转矩，J为转子的转动惯量，ωm是输出角频率，ωg是测量的PCC点角频率，Dp是阻尼系数；

虚拟调速器模拟了同步发电机的一次调频过程；

励磁控制器通过改变转子绕组励磁的大小来改变感生电动势的大小，从而补偿定子端电压的差值；由隐级同步发电机可知，假设负载呈感性，则有ecosδ＝u+iXsinδ＝u+iqX；

T T T

其中，式中，u＝[ua ub uc]；i＝[ia i b ic]；e＝[ea eb ec] 为电磁电动势；其中，ua，ub，uc为同步发动机的三相定子电压；ia，ib，ic为三相定子电流；X为感抗；δ为励磁电动势和端电压之间的相位差；由此可见无功电流是造成励磁电动势与端电压幅值产生偏差的主要原因；

故虚拟调速器和虚拟励磁器均可用如下的公式来表示；

Pin‑Pref＝Kω(ω0‑ωm)

U‑U0＝Ku(Qref‑Qout)

其中，Pin为虚拟调速器的输出功率；Pref为直流电压附加控制后合成的虚拟调速器的功率给定值；ωm是输出角频率；ω0为额定角频率；Kω为一次调频下垂系数；U为虚拟励磁器输出的电压；U0为额定电压；Qref为无功功率参考值；Qout为逆变器的无功输出功率；Ku为比例控制器的比例系数。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：电力系统中同步发电机需要通过控制转轴上的转矩平衡维持输出频率稳定，而并网逆变器并不含有机械转轴，无法通过转矩平衡的方式维持频率稳定；同步发电机中功率与转矩遵循如下关系：ΔT为转矩差，ΔP为功率差；

虚拟调速器中Kω为一次调频下垂系数；ωm是输出角频率；

虚拟励磁器设计中Ku为比例控制器的比例系数；可见，虚拟励磁器的结构与下垂控制中的Q‑U下垂控制相同，此时Ku即为Q‑U下垂系数。

6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：为了在不同的外部环境下都使得光伏电源工作于稳定区间，需要得到最大功率输出点，这一方法称为最大功率跟踪；为了补偿温度对直流端最大功率点电压Udc‑mpp的影响，对定电压跟踪法进行改进：Udc‑mpp＝Udc‑mpp(25)+f(T‑25)；其中，Udc‑mpp(25)为光伏电源在25℃时的最大功率点对应端口电压，T是环境温度，f(T‑25)是T的线性函数。

7.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：储能装置起到了惯量支撑、一次调频和平抑电压波动作用；对于以光伏电源为源端的虚拟同步机装置，惯量支撑不需要额外储能元件；

虚拟同步机装置惯量支撑是指在转子频率变化的过程中，转子旋转惯量储能发生变化的过程，即当转子旋转速度下降时，其中一部分旋转动能变为电能输出到电网，同理转子速度上升时，从原动机吸收能量变为旋转动能；在0～t时刻同步发电机转子旋转动能的变化量为： J为惯性系数；

可见，同步发电机的惯量支撑总量ΔEj取决于t时刻的转子速度ω(t)，而电力系统中ω(t)总是在ω0附近浮动，ΔEj是一个总体期望为0的有限量；同步发电机t时刻输出的惯量支撑功率Pj(t)是ΔEj(t)的微分： J为惯性系数；d是微分形式；

ω0为额定角频率；

可见，上式等号右边与不考虑阻尼项的虚拟同步机二阶摇摆方程相同：Pj(t)＝Pout(t)‑Pin(t)；即惯量支撑功率Pj(t)已经包含于虚拟同步机的输出功率指令值Pin(t)中；这也就意味着，若虚拟同步机的源端可以跟随功率指令值Pin，则惯量支撑的能量需求ΔEj不必再额外考虑；Pout(t)为光伏并网输出的有功功率；

与惯量支撑不同，一次调频是以主动提高输出功率为手段，达到转子转速平衡的目的；

其输出功率的大小取决于一次调频调速器，一次调频的功率输出称为一次调频功率支撑；

在t时刻同步发电机的一次调频功率支撑Pg(t)为：Pg(t)＝Kω(ω0‑ω(t))；则在0～t时刻的一次调频的能量支撑ΔE(t)为： ΔEg(t)含有对ω(t)的积分项，若在稳态时ω(t)不等于ω0，则一次调频的能量支撑将随着时间的增长而增加；

ω0为额定角频率，Kω为一次调频下垂系数。

8.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：光伏发电系统电源输出端并联储能装置阻止光伏电源端口电压快速跌落，对于并联储能电容：ΔQ＝ΔUC C；其中ΔQ为电容内的电量；ΔUC是电容两端电压；C为电容容量值；

其中，P0为电容的放电功率，ΔW为电容在t

时间内的放电能量；光伏电源在稳定工作区间的直流端电压值：

光伏电源工作在不稳定区间的直流端电压值： 其中：Ppv＝f

(Udc)；UCint为电容电压初值；C为电容容量值；f(Udc)即光伏电源的P‑U曲线；其中，负载的变化对应着P0的变化，光伏电源外部环境的变化对应着f(Udc)的变化；

光伏电源始终在稳定区间时，直流端电压达到一个新的稳定值，电容的存在减缓了电压变化的速度；电容容量越大，减缓电压下降速度的能力越明显；当光伏电源工作于最大功率点时，若负载继续增加，则光伏电源将进入不稳定工作区，产生不可逆转的电压下降现象，电容明显提高了此过程的时间，为供需重新回到平衡争取了时间。

9.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：

当电容端电压高于MPPT控制模块输出电压时，此时光伏电源运行于稳定区域，此时虚拟同步机将按照传统方式运行；反之，光伏电源进入了不稳定工作区，电压的偏差通过PI控制器合成新的功率给定，降低虚拟同步机实际的输出功率，使得光伏电源工作回到最大功率点；此时虚拟同步机的输出功率指令值为：Kω为一次调频下垂系数；

其中，Pref和ωref为直流电压附加控制后合成的虚拟调速器的功率给定值和角频率给定；Kp和Ki分别为PI控制的比例系数和积分系数；Udc为直流端电压；s为微分符号；直流端附加控制是建立在虚拟调速器的一次调频基础上，即光伏电源常态运行于稳定工作区间，而不是最大功率点，只有向上一次调频超出了光伏电源的最大功率点或者由于环境变化降低了光伏电源的最大输出功率时才切入直流端附加控制。