VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置制造方法及图纸

技术编号:18787941 阅读:95 留言:0更新日期:2018-08-29 08:59
本发明专利技术提供了一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置,涉及虚拟同步发电机技术领域。方法包括:获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数;构建VSG并网系统的状态方程;确定VSG并网系统的小信号方程;确定VSG并网系统的小信号空间方程;确定VSG并网系统的传递函数;确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数;根据自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。本发明专利技术可以准确确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围,使得VSG的运行更加安全稳定。

Method and device for determining the optional range of virtual inertia and damping coefficient of VSG

The invention provides a method and device for determining the optional range of virtual inertia and damping coefficient of VSG, and relates to the technical field of virtual synchronous generator. The methods include: obtaining the relevant parameters of VSG grid-connected system from VSG to infinite power grid; constructing the state equation of VSG grid-connected system; determining the small signal equation of VSG grid-connected system; determining the small signal space equation of VSG grid-connected system; determining the transfer function of VSG grid-connected system; determining the natural oscillation frequency of VSG grid-connected system; Rate function and damping ratio function; according to natural oscillation frequency function, damping ratio function and preset constraints related to natural oscillation frequency function and damping ratio function, the virtual inertia and damping coefficient of VSG are determined. The invention can accurately determine the optional range of virtual inertia and damping coefficient of VSG, and make the operation of VSG more safe and stable.

【技术实现步骤摘要】
VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置
本专利技术涉及虚拟同步发电机
,尤其涉及一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置。
技术介绍
近年来,风力发电及光伏发电为代表的新能源发电技术发展迅猛。新能源发电技术多通过电力电子逆变器接口与电网相连,且电力电子逆变器的响应速度快,几乎没有转动惯量和阻尼,这会对电力系统的稳定运行产生负面影响。借鉴传统火力发电机组的运行经验,在新能源发电技术中,虚拟同步发电机(VirtualSynchronousGenerator,简称VSG)技术被广泛应用,VSG技术通过对电力电子逆变器的控制,使逆变电源具有同步发电机的特性,以克服其转动惯量和阻尼不足的问题。而目前对于VSG技术的研究多集中于控制策略的优化和并网稳定性的分析中,对于VSG的关键参数,如虚拟惯量和阻尼系数的设计确缺乏关注。由于缺乏对VSG的关键参数的设计和研究,使得当前VSG的运行存在不安全不稳定的隐患。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置,以解决VSG技术中缺乏对VSG的虚拟惯量和阻尼系数的设计,使得当前VSG的运行存在不安全不稳定的隐患的问题。为达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,包括:获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数;根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程;根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程;根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程;根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数;根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数;根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。具体的,所述根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程,包括:根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll,构建VSG并网系统的状态方程:具体的,所述根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程,包括:根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ;根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程:其中,Kw为VSG的一次调频系数;Kp为VSG的输出功率系数;ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。具体的,所述根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程,包括:设置状态量矩阵为x=[ΔωΔθ]T,输入量为ΔPref,输入量矩阵为u=[ΔPref],输出量为ΔPout,输出量矩阵为y=[ΔPout];将所述小信号方程转换为矩阵形式方程:y=CxC=[0Kp]将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换,获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程:Y(s)=C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果;I为单位矩阵;x0为状态量矩阵x的初值;U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果;s为复变量。具体的,所述根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数,包括:根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程,确定VSG并网系统的传递函数:其中,ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。具体的,所述根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数,包括:根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数:和阻尼比函数:其中,ωn为VSG并网系统的自然振荡频率;ξ为VSG并网系统的阻尼比。具体的,所述预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件为:a1≤ξ≤a2ωnξ≥a30≤Dp≤Kw其中,a1、a2、a3、a4、a5、a6为预先设置的常数;具体的,根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围,包括:根据所述自然振荡频率函数和阻尼比函数,对所述约束条件进行整合,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置,包括:相关参数获取单元,用于获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数;状态方程构建单元,用于根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程;小信号方程确定单元,用于根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程;小信号空间方程确定单元,用于根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程;传递函数确定单元,根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数;自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元,用于根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数;可选范围确定单元,用于根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。另外,所述状态方程构建单元,具体用于:根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll,构建VSG并网系统的状态方程:另外,所述小信号方程确定单元,具体用于:根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ;根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程:其中,Kw为VSG的一次调频系数;Kp为VSG的输出功率系数;ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。另外,所述小信号空间方程确定单元,具体用于:设置状态量矩阵为x=[ΔωΔθ]T,输入量为ΔPref,输入量矩阵为u=[ΔPref],输出量为ΔPout,输出量矩阵为y=[ΔPout];将所述小信号方程转换为矩阵形式方程:y=CxC=[0Kp]将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换,获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程:Y(s)=C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果;I为单位矩阵;x0为状态量矩阵x的初值;U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果;s为复变量。另外,所述传递函数确定单元,具体用于:根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程,确定VSG并网系统的传递函数:其中,ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。另外,所述自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元,具体用于:根据所述传递函数确定VSG并网系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,其特征在于,包括:获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数;根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程;根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程;根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程;根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数;根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数;根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。

【技术特征摘要】
1.一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,其特征在于,包括:获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数;根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程;根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程;根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程;根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数;根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数;根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。2.根据权利要求1所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,其特征在于,所述根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程,包括:根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll,构建VSG并网系统的状态方程:3.根据权利要求2所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,其特征在于,所述根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程,包括:根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ;根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程:其中,Kw为VSG的一次调频系数;Kp为VSG的输出功率系数;ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。4.根据权利要求3所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,其特征在于,所述根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程,包括:设置状态量矩阵为x=[ΔωΔθ]T,输入量为ΔPref,输入量矩阵为u=[ΔPref],输出量为ΔPout,输出量矩阵为y=[ΔPout];将所述小信号方程转换为矩阵形式方程:y=CxC=[0Kp]将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换,获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程:Y(s)=C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果;I为单位矩阵;x0为状态量矩阵x的初值;U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果;s为复变量。5.根据权利要求4所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,其特征在于,所述根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数,包括:根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程,确定VSG并网系统的传递函数:其中,ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。6.根据权利要求5所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,其特征在于,所述根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数,包括:根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数:和阻尼比函数:其中,ωn为VSG并网系统的自然振荡频率;ξ为VSG并网系统的阻尼比。7.根据权利要求6所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法,其特征在于,所述预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件为:a1≤ξ≤a2ωnξ≥a30≤Dp≤Kw其中,a1、a2、a3、a4、a5、a6为预先设置的常数;所述根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围,包括:根据所述自然振荡频率函数和阻尼比函数,对所述约束条件进行整合,确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。8.一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置,其特征在于,包括:相关参数获取单元,用于获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数;状态方程构建单元,用于根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程;小信号方程确定单元,用于根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程;小信号空间方程确定单元,用于根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程;传递函数确定单元,根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数;自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元,用于根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数;可选范围确定单...

【专利技术属性】
技术研发人员:葛俊孙大卫刘辉宋鹏江浩白恺吴林林
申请(专利权)人:华北电力科学研究院有限责任公司国网冀北电力有限公司国家电网公司国网冀北电力有限公司电力科学研究院
类型:发明
国别省市:北京,11

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