[發明專利]一種含虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角穩定分析方法

在審

• 申請號: 202210082542.2
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114614478A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 帥智康;張巍;黃文;葛俊;沈超;程慧婕;沈霞;曹石然;譚振華
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/46;H02J3/50
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉熙

一種含虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角穩定分析方法，涉及微電網技術領域，該方法包括：構建含低通濾波型虛擬調速器的虛擬同步發電機大信號降階模型；基于擴展等面積定則對所述大信號降階模型進行定性分析，確定含低通濾波型虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角的穩定性；在定性分析基礎上，利用相圖法對所述大信號降價模型進行定量分析，確定不同控制參數對含低通濾波型虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角穩定性能的影響；確定含低通濾波型虛擬調速器的虛擬同步發電機的暫態穩定參數范圍。本發明所涉方法不僅可以提高分析的全面性和精度，降低分析的保守度，還可以基于該分析方法有效評估該調速器的穩定域。

技術領域

本發明涉及微電網技術領域，尤其指一種含虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角穩定分析方法。

背景技術

為了解決能源危機和環境污染問題，太陽能、風能等大量新能源被廣泛采用，并通過電力電子變換裝置連接到電網之中。同時新能源及其電力電子變換器的大量接入會造成電網慣性水平大幅降低，為了彌補慣性損失，基于虛擬同步發電機的變換器近年來得到了廣泛關注。虛擬同步發電機(VSG)主要由轉子運動回路、虛擬調速器回路和無功控制回路等組成，能模仿傳統同步發電機的輸出特性，使得虛擬同步發電機具有慣性支撐、頻率調節和電壓控制能力。然而，與同步發電發電機類似，在短路、電網電壓暫降等大擾動下，由于機械功率和輸出電磁功率的不平衡造成的加速面積大于減速面積，虛擬同步發電機往往會遭受嚴重的暫態穩定性問題。

針對虛擬同步發電機的暫態穩定性問題，國內外學者已開展了大量研究。從暫態穩定分析方法來看，現有方法包括數值時域分析法、李亞普洛夫能量函數法、相圖法和等面積法。從暫態穩定性機理來看，大量研究都致力于虛擬同步發電機的轉子運動回路、無功控制回路以及限流控制等方面的研究。而作為虛擬同步發電機重要組成部分的虛擬調速器常常被忽略，其對有效調節輸入機械功率起著至關重要的作用，其參數不僅影響系統頻率和并聯功率分配，而且對維持虛擬同步發電機暫態功角穩定有重要影響。虛擬調速器對虛擬同步發電機暫態功角穩定影響有待研究。

眾所周知，調速器作為傳統同步發電機一次調頻環節，對系統安全穩定運行起著重要作用，與此同時傳統同步發電機中調速器對穩定性影響已被廣泛研究。相較于傳統同步發電機，虛擬同步發電機的控制更加靈活多樣，因此可以通過合理設計虛擬調速器的結構和參數，使得虛擬同步發電機在大擾動下更容易達到暫態穩定。目前典型的虛擬調速器主要包括高通濾波型和低通濾波型，其中含低通濾波型虛擬調速器的虛擬同步發電機由于與傳統同步發電機的結構更為相似，使得其與傳統同步發電機的動態響應更接近，有利于同步發電機和虛擬同步發電機并聯系統的穩定運行。但現有文獻均只對加入此種虛擬調速器后的系統建模以及負荷功率變化下的動態特性進行研究，并未對動態特性的深層次影響機理進行分析，同時也未考慮大擾動下此種虛擬調速器對虛擬同步發電機暫態功角穩定性的影響。與此同時，為了解決大擾動下含低通濾波型虛擬調速器對虛擬同步發電機暫態功角穩定性的影響，已有部分文獻分別提出利用等面積定則法和李雅普諾夫能量函數來評價系統暫態穩定性，但是這些分析方法普遍存在影響機理分析不全、不明、分析結果過于保守等不足。

發明內容

本發明提供的含虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角穩定分析方法，能有效解決現有含虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角穩定分析方法分析不全面、精度低、保守性強的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方法：一種含虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角穩定分析方法，包括如下步驟：

S1，構建含低通濾波型虛擬調速器的虛擬同步發電機大信號降階模型；

S2，基于擴展等面積定則對所述大信號降階模型進行定性分析，確定含低通濾波型虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角的穩定性；

S3，在步驟S2中的定性分析基礎上，利用相圖法對所述大信號降價模型進行定量分析，確定不同控制參數對含低通濾波型虛擬調速器的虛擬同步發電機暫態功角穩定性能的影響；