一种虚拟同步机运行机理展示方法技术

本发明专利技术提供一种虚拟同步机运行机理展示方法，将虚拟同步机有功‑频率下垂控制曲线中各区间的边界频率F_L3、F_L2、F_L1、F_H1、F_H2、F_H3，与参考频率F0之间的差值设为固定值，在设定好差值之后，只需改变参考频率即可改变各区间的边界频率；当电网频率正常时，虚拟同步机不会进行有功‑频率调节，但此时也可通过改变参考频率使得电网频率在有功‑频率下垂控制曲线的各个区间移动，间接模拟实际电网频率的波动，从而可以方便地展示虚拟同步机有功‑频率下垂控制的运行机理。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步机运行机理展示方法
本专利技术涉及电力系统仿真
，更具体地，涉及一种虚拟同步机运行机理展示方法。
技术介绍
目前我国风电、光伏等新能源发电产品的装机规模已位居世界第一，并保持高速发展。但是新能源为主的电力系统发电侧电力电子化给电力系统安全稳定运行带来新的挑战，与火电等同步发电机相比，主要表现在：1)电网等效惯性/阻尼降低，带来电网稳定性问题；2)新能源发电/输电抗扰能力弱，易引发自身稳定性问题；3)新能源静态出力的波动性和不确定性引起负荷供电充裕性问题。近年来，分布式发电越来越受到重视，现有技术中多数分布式电源需要以逆变器作为接口并入电网，由于其缺乏大惯性和阻尼，使得分布式发电的并网会对电网的稳定性造成冲击。为解决上述问题，提出了虚拟同步机技术，即通过模拟同步发电机的机械方程和电磁方程，使得逆变器在机理与外特性上具有同步发电机的特性。虚拟同步发电机技术将是电力系统的一次历史性变革，通过从外特性上模拟出同步发电机的频率及电压控制特性，可提供惯性与阻尼，增强电网强度，提升电网稳定性、发电设备自身稳定性及负荷供电充裕性，是解决源-网-荷侧一系列问题的有效技术手段。大规模间歇式新能源通过虚拟同步机接入电网，一是能够主动参与一次调频、调压，提供一定的有功和无功支撑；二是能够提供惯性阻尼，有效抑制频率振荡。因此，采用虚拟同步机技术，可使间歇式新能源发电具备与常规火电接近的外特性，对于促进新能源大规模开发与利用，推动全球能源互联网构建具有重要意义。考虑现有的应用场景不同，虚拟同步机分为清洁能源虚拟同步机与负荷虚拟同步机，清洁能源虚拟同步机包括风机虚拟同步机、光伏虚拟同步机和储能虚拟同步机。现有技术中在展示虚拟同步机的运行机理时，常用的方法是将虚拟同步机并接到电网模拟设备，令有功-频率下垂控制曲线中各区间的边界频率与参考频率为固定值，通过改变电网模拟设备输出交流电的频率，改变虚拟同步机的工作状态，从而展示虚拟同步机的运行机理，这种方式需要使用电网模拟设备来产生欠频的交流电，成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种虚拟同步机运行机理展示方法，解决了现有技术中需要使用电网模拟设备来产生欠频的交流电，成本较高的问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种虚拟同步机运行机理展示方法，包括：将虚拟同步机的有功-频率下垂控制曲线中各区间的边界频率与参考频率间的差值设为固定值；在电网频率正常时，通过改变所述参考频率改变各区间的边界频率，使得电网频率在所述有功-频率下垂控制曲线的各个区间移动，实现模拟实际电网频率的波动，并对虚拟同步机在有功-频率下垂控制下的运行机理进行展示。本专利技术提出一种虚拟同步机运行机理展示方法，将虚拟同步机有功-频率下垂控制曲线中各区间的边界频率F_L3、F_L2、F_L1、F_H1、F_H2、F_H3，与参考频率F0之间的差值设为固定值，在设定好差值之后，只需改变参考频率即可改变各区间的边界频率；当电网频率正常时，虚拟同步机不会进行有功-频率调节，但此时也可通过改变参考频率使得电网频率在有功-频率下垂控制曲线的各个区间移动，间接模拟实际电网频率的波动，从而可以方便地展示虚拟同步机有功-频率下垂控制的运行机理。附图说明图1为根据本专利技术实施例的虚拟同步机运行机理展示方法流程示意图；图2为根据本专利技术实施例的有功-频率下垂控制曲线图；图3为根据本专利技术实施例的光伏虚拟同步机的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，图中示出了一种虚拟同步机运行机理展示方法，包括：将虚拟同步机的有功-频率下垂控制曲线中各区间的边界频率与参考频率间的差值设为固定值；在电网频率正常时，通过改变所述参考频率改变各区间的边界频率，使得电网频率在所述有功-频率下垂控制曲线的各个区间移动，实现模拟实际电网频率的波动，并对虚拟同步机在有功-频率下垂控制下的运行机理进行展示。如图2所示，在有功-频率下垂控制曲线中有七个区间，分别为I～VII(第一区间至第七区间)，当电网频率位于区间III、IV、V时，虚拟同步机不进行有功-频率调节，当电网频率位于区间I、II、VI、VII时，虚拟同步机按照有功-频率下垂控制曲线的要求进行有功-频率调节；有功-频率下垂控制曲线中有六个边界频率F_L3、F_L2、F_L1、F_H1、F_H2、F_H3，一个参考频率F0，这六个边界频率可用参考频率加上差值代替，设置好差值之后，改变参考频率即可改变各边界频率，从而可以改变电网频率在有功-频率下垂控制曲线中所处的区间，进而可以展示虚拟同步机有功-频率下垂控制曲线下的运行机理。所述的有功-频率下垂控制曲线，当电网频率f在区间IV时，电网频率正常，虚拟同步机不进行有功-频率调节，有功输出P维持在P0，P0即此时虚拟同步机的有功输出；当电网频率f在区间VI时，电网过频，按照有功-频率下垂控制曲线减小虚拟同步机输出到电网的有功，虚拟同步机的有功输出P＝P0-ΔP2*(f-F_H2)/(F_H3-F_H2)，ΔP2为虚拟同步机可减小输出的最大功率；当电网频率f在区间VII时，电网过频，减小虚拟同步机输出到电网的有功，虚拟同步机的有功输出P＝P0-ΔP2；当电网频率f在区间II时，电网欠频，按照有功-频率下垂控制曲线增加虚拟同步机输出到电网的有功，虚拟同步机的有功输出P＝P0+ΔP1*(F_L2-f)/(F_L2-F_L3)，ΔP1为虚拟同步机可增加输出的最大功率；当电网频率f在区间I时，电网过频，增加虚拟同步机输出到电网的有功，虚拟同步机的有功输出P＝P0+ΔP1；区间III和区间V为有功-频率下垂控制算法设置的调节死区，在此区间内不进行有功调节，以此避免频率波动时，虚拟同步机在调节有功与不调节有功这两种工作模式之间频繁切换。所述的边界频率与参考频率之间的差值，令F_L3＝F0+FPL3，F_L2＝F0+FPL2，F_L1＝F0+FPL1，F_H1＝F0+FPH1，F_H2＝F0+FPH2，F_H3＝F0+FPH3；F_L3、F_L2、F_L1、F_H1、F_H2、F_H3为六个边界频率，F0为参考频率，FPL3，FPL2，FPL1，FPH1，FPH2，FPH3为边界频率与参考频率之间的差值，是六个可通过本地控制器设置的固定值，改变参考频率即可改变区间边界频率，从而可以改变电网频率在有功-频率下垂控制曲线中所处的区间。所述的电网频率在有功-频率下垂控制曲线的各个区间移动，当参考频率F0为某一值时，若电网实际频率f位于区间IV中，减小F0的值，可以使电网实际频率f右移至区间VI，此时即可观察拟同步机在区间VI的工作效果。如图3所示，本实施例中采用的虚拟同步机为光伏虚拟同步机，其结构包括：三组光伏板，三台单相光伏逆变器，额定功率为2kW，一组蓄电池，一台储能逆变器，额定功率为6kW，一台本地控制器。三组光伏序列经三台光伏逆变器并接到电网，蓄电池经储能逆变器并接到电网，本地控制器控制光伏逆变器和储能逆变器的工作，并可以展示控制效果。虚拟同步机的有功-频率控制采用下垂控制方式，当电网频率正常时，光伏逆变器向电网输送有功，储能逆变器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟同步机运行机理展示方法，其特征在于，包括：将虚拟同步机的有功‑频率下垂控制曲线中各区间的边界频率与参考频率间的差值设为固定值；在电网频率正常时，通过改变所述参考频率改变各区间的边界频率，使得电网频率在所述有功‑频率下垂控制曲线的各个区间移动，实现模拟实际电网频率的波动，并对虚拟同步机在有功‑频率下垂控制曲线下的运行机理进行展示。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步机运行机理展示方法，其特征在于，包括：将虚拟同步机的有功-频率下垂控制曲线中各区间的边界频率与参考频率间的差值设为固定值；在电网频率正常时，通过改变所述参考频率改变各区间的边界频率，使得电网频率在所述有功-频率下垂控制曲线的各个区间移动，实现模拟实际电网频率的波动，并对虚拟同步机在有功-频率下垂控制曲线下的运行机理进行展示。2.根据权利要求1所述的虚拟同步机运行机理展示方法，其特征在于，所述有功-频率下垂控制曲线包括第I区间至第VII区间七个区间；所述虚拟同步机按照有功-频率下垂控制曲线的要求进行有功-频率调节；电网频率位于第I区间或第II区间或第VI区间或第VII区间时，虚拟同步机按照有功-频率下垂控制曲线的要求进行有功-频率调节；电网频率位于第III区间或第IV区间或第V区间时，虚拟同步机不进行有功-频率调节。3.根据权利要求2所述的虚拟同步机运行机理展示方法，其特征在于，虚拟同步机按照有功-频率下垂控制曲线的要求进行有功-频率调节，具体包括：电网频率位于第I区间或第II区间时，虚拟同步机按照有功-频率下垂控制曲线增加...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜海江，丁来伟，董彪，刘睿，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11