[發明專利]VSG并網系統頻率穩定性分析方法及虛擬電網剛度控制方法

有效

• 申請號: 202111073892.4
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113824133B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 李暢;楊雅倩
• 申請（專利權）人: 李暢
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/40;H02J3/48;H02J3/50
• 代理公司: 衡陽雁城專利代理事務所(普通合伙) 43231
• 代理人: 龍騰

1.VSG并網系統頻率穩定性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立有功功率閉環控制系統模型G_{cl_ap}，有功功率閉環傳遞函數為：

其中，H_EP為VSG輸出電壓幅值的小信號分量到有功功率小信號分量之間的傳遞函數，為VSG輸出電壓功角的小信號分量到有功功率小信號分量之間的傳遞函數，為VSG輸出電壓功角的小信號分量到無功功率小信號分量之間的傳遞函數，H_EQ為VSG輸出電壓幅值的小信號分量到無功功率小信號分量之間的傳遞函數，D_p為有功通道頻率支撐的虛擬阻尼系數，D_q為無功通道電壓支撐的虛擬阻尼系數，J_p為有功通道頻率支撐的虛擬慣量系數，J_q為無功通道電壓支撐的虛擬慣量系數，ω_g為額定電網角頻率，s為復頻域的拉普拉斯算子；

(2)建立RoCoF-FO反饋分析框架，得到相應的反饋效應傳遞函數H_δa/δω：

(3)將VSG并網系統參數和穩態運行點代入步驟(1)的有功功率閉環傳遞函數，得到閉環主導極點的振蕩頻率；

(4)將與步驟(3)相同的系統參數和穩態運行點代入步驟(2)的反饋效應傳遞函數中，并尋找到主導振蕩頻率點對應的幅值和相位信息；

(5)基于步驟(4)得到的幅值和相位信息確定對應頻率點的矢量在相角差-頻率差平面直角坐標系中的位置，所述相角差-頻率差平面直角坐標系的橫軸表示相角差、縱軸表示頻率差；若矢量位于相角差-頻率差平面直角坐標系的第I，II象限，則VSG出現振蕩不穩定；若矢量位于相角差-頻率差平面直角坐標系的第I，IV象限，則系統出現非周期性同步失穩，VSG失去對電網的同步跟蹤；若矢量位于相角差-頻率差平面直角坐標系的第III象限，則系統穩定。

2.虛擬電網剛度控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據電壓電流傳感器獲取的虛擬同步發電機三相輸出電壓、三相并網電流，計算引入虛擬電網剛度控制前后的虛擬同步發電機輸出有功功率與無功功率；

(2)根據有功功率和無功功率參考值，結合VSG旋轉慣量方程計算虛擬同步發電機的輸出電壓幅值和相角；

(3)通過權利要求1所述分析方法并結合矢量分析來判定VSG并網系統是否穩定；

(4)若VSG并網系統失穩，則由引入虛擬電網剛度前后的有功功率之差和無功功率之差得到實現虛擬電網剛度控制所需的附加虛擬剛度控制指令值并將其分別疊加至虛擬同步發電機的有功功率控制環和無功功率控制環以增強系統的剛度，從而提高VSG的同步跟蹤能力和并網同步穩定性。

3.根據權利要求2所述的虛擬電網剛度控制方法，其特征在于，按下式(1)計算引入虛擬電網剛度控制前的虛擬同步發電機輸出有功功率P和無功功率Q：

其中，E為虛擬同步發電機內電勢幅值，φ_vsg為VSG內電勢的相角，δφ_vsg＝φ_vsg-θ_g，θ_g為電網電壓相位，為并網電流的相位，I_g為并網電流的幅值，E_d和E_q為同步旋轉慣性參考坐標系下的虛擬同步發電機的輸出電壓，I_gd、I_gq為同步旋轉慣性參考坐標系下的并網電流；

按下式(2)計算引入虛擬電網剛度控制后的虛擬同步發電機輸出有功功率P_virt和無功功率Q_virt：

其中，E_{d_virt}、E_{q_virt}、I_{gd_virt}、I_{gq_virt}分別為引入虛擬電網剛度控制后的VSG內電勢dq軸幅值，并網電流dq軸幅值。