[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

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，本發明通過度量頻率偏移量對頻率變化率的反饋作用，確定頻率變化率(RoCoF)和頻率偏移量(FO)的運動軌跡和趨勢，籍由鑒定頻率變化率和頻率偏移量的動態過程來確定VSG并網時電力系統的頻率穩定性，避免了傳統幅相運動方程因虛擬慣量項未能考慮在內而導致的不足，能夠準確、有效鑒定系統的頻率穩定性。同時，本發明在抑制虛擬同步發電機同步失穩的方案中通過引入虛擬電網剛度來改善VSG的同步穩定性，提高了VSG的并網同步運行能力，避免了額外的成本和硬件修改，同時保持了系統的穩態性能和動態性能。

技術領域

本發明涉及電力電子裝置控制技術領域，特別涉及一種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。

背景技術

近些年來，為了緩解已經凸顯的環境污染和能源危機問題，越來越多的可再生能源發電單元加入到了傳統電力系統中。由于可再生能源發電單元需要通過電力電子變換器并入傳統電網，這就導致現代電力系統逐漸呈現出高比例電力電子化與高比例可再生能源的雙高特性。此外，由于可再生能源發電單元的隨機性、間歇性和波動性，以及電力電子變換器的高帶寬、弱阻尼、低慣量等特點，現有雙高電力系統存在寬頻帶振蕩、非周期性同步失穩等一系列穩定性問題。由于電力系統的低慣量、弱阻尼特性，現代電力系統在遭受擾動后易發生頻率波動，影響用戶的電能質量和長期穩定運行。并且，由于可再生能源發電單元通常遠離負荷中心，需要通過遠距離的輸電線路接入到大電網或者用戶中心，因此系統的網絡阻抗和電感較大，導致雙高電力系統的電網強度/電網剛度大大降低。

為了解決電力系統低慣量、弱阻尼、寬頻帶振蕩、同步失穩的穩定性問題，虛擬同步發電機(VSG)控制模擬了傳統同步發電機的慣性和阻尼特性，是一種新興的改善系統慣性和阻尼的技術。通過虛擬慣性控制為交流電網提供慣性，減小頻率偏移量。然而，雖然虛擬同步發電機控制技術可以大幅度改善電力系統阻尼性能，提高系統慣量，但是當虛擬同步發電機通過遠距離線路輸送接入大電網時，由于電網剛度的降低，也會在系統遭受電網擾動或者功率擾動時出現非周期性失步失穩的現象，系統還是很難保證為用戶提供高效、可靠、穩定的電能質量。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種全新的、能夠準確、有效分析VSG并網系統頻率穩定性的方法，在此基礎上，本發明進一步提供一種抑制虛擬同步發電機同步失穩的虛擬電網剛度控制方法，以提高VSG并網的同步穩定性，增強VSG對電網的同步跟蹤性能。

為了實現上述目的，本發明所采用的VSG并網系統頻率穩定性分析方法，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(相對于電網電壓相位的相角差)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(相對于電網電壓相位的相角差)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；