一种虚拟同步机阻尼配置方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种虚拟同步机阻尼配置方法及装置，该方法包括：建立虚拟同步机的二阶开关周期平均模型，根据二阶开关周期平均模型，获取虚拟同步机的输出电流的第一小信号模型、输出有功功率的小信号表达式、摇摆方程和功角方程的第二小信号模型；根据小信号表达式、第一小信号模型和第二小信号模型计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数；负载侧频率发生阶跃时，对四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换得到输出有功功率的响应函数；对响应函数进行求最值处理，得到输出有功功率的最大值表达式。本发明专利技术提供了明确有效的匹配虚拟同步机储能容量的阻尼配置方法，方便人们为虚拟同步机配置阻尼。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟同步机阻尼配置方法及装置
本专利技术涉及分布式发电控制领域，尤其涉及一种虚拟同步机阻尼配置方法及装置。
技术介绍
近年来，由于世界能源问题的日益突出和环境压力的不断增大，诸如光伏发电、风力发电等分布式发电形式得到了快速发展。分布式发电的输出大多都为直流，因此需要通过并网逆变器接入配电网，分布式发电的发展使得逆变器在电力系统的渗透率越来越高，导致传统电力系统结构发生了巨大的变化。分布式电源接入配电网会带来电力系统低惯性、低阻尼的问题。为了解决该问题，有学者提出了虚拟同步机(VirtualSynchronousMachine,VSM)的概念。近些年对VSM的研究表明，VSM可有效增加电力系统的惯性和阻尼，抑制电力系统的振荡，增强电力系统的稳定性。系统的惯性和阻尼需要通过储能系统提供，因而VSM的阻尼配置与储能容量的匹配问题亟待解决。目前国内外学者针对虚拟同步机惯量和阻尼的选取方法进行了研究，取得了诸如优化配置虚拟同步发电机的储能单元、通过对频率的监测实现虚拟惯量值跟随频率实时变化、通过实时监测负载侧频率的方法控制储能单元的充放电，并以此提供实时的虚拟惯量和阻尼等研究成果。但现有的研究成果均未提出明确有效的匹配虚拟同步机储能容量的阻尼配置方法，人们在配置虚拟同步机阻尼的时候无据可依，且效率较低，不利于人们快速准确地解决分布式电源接入配电网的低惯性、低阻尼问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种虚拟同步机阻尼配置方法及装置，用于解决分布式电源接入配电网的低惯性、低阻尼的技术问题。本专利技术实施例提供了一种虚拟同步机阻尼配置方法，包括：建立虚拟同步机的二阶开关周期平均模型，根据所述二阶开关周期平均模型，获取所述虚拟同步机的输出电流的第一小信号模型、输出有功功率的小信号表达式、摇摆方程和功角方程的第二小信号模型；根据所述小信号表达式、所述第一小信号模型和所述第二小信号模型计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数；负载侧频率发生阶跃时，对所述四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换得到输出有功功率的响应函数；对所述响应函数进行求最值处理，得到输出有功功率的最大值表达式。优选地，所述根据所述小信号表达式、所述第一小信号模型和所述第二小信号模型计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数具体包括：联立所述小信号表达式和所述第一小信号模型计算得到输出电压相角的小扰动量；将所述输出电压相角的小扰动量代入所述第二小信号模型，计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数。优选地，所述四阶传递函数为：式中，ωref为虚拟同步机输出电压的角频率的参考值，ωref＝2πf，f＝50Hz,ΔP*为输出有功功率变化量，为负载侧频率变化量，Sn为虚拟同步机额定功率，E0为虚拟同步机相电压幅值的参考值，L和R为虚拟同步机滤波电感的电感值和电阻值，s为拉普拉斯算子，δ为虚拟同步机输出电压的相角，H为惯性时间常数，D为阻尼系数。优选地，所述负载侧频率发生阶跃时，对所述四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换得到输出有功功率的响应函数具体为：负载侧频率发生阶跃时，对所述四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换，令b＝Sn(4Hω2L2+4HR2+4LRD)，m＝Sn(2ω2L2+2R2)，得到输出有功功率的响应函数为：优选地，输出有功功率的最大值表达式为：优选地，所述第一小信号模型为：式中，Δid、Δiq为虚拟同步机输出电流的小扰动量，ω为虚拟同步机输出电压的角频率，E0为虚拟同步机相电压幅值的参考值，L和R为虚拟同步机滤波电感的电感值和电阻值，s为拉普拉斯算子，δ为虚拟同步机输出电压的相角。优选地，所述第二小信号模型为：式中，为负载侧频率的变化量，H为惯性时间常数，D为阻尼系数。优选地，所述小信号表达式为：式中，Sn为虚拟同步机额定功率。优选地，所述虚拟同步机的二阶开关周期平均模型为dq坐标系下的模型。优选地，本专利技术实施例还提供了一种虚拟同步机阻尼配置装置，包括：获取单元，用于建立虚拟同步机的二阶开关周期平均模型，根据所述二阶开关周期平均模型，获取所述虚拟同步机的输出电流的第一小信号模型、输出有功功率的小信号表达式、摇摆方程和功角方程的第二小信号模型；计算单元，用于根据所述小信号表达式、所述第一小信号模型和所述第二小信号模型计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数；变换单元，用于负载侧频率发生阶跃时，对所述四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换得到输出有功功率的响应函数；处理单元，用于对所述响应函数进行求最值处理，得到输出有功功率的最大值表达式。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例提供了一种虚拟同步机阻尼配置方法及装置，该方法包括：建立虚拟同步机的二阶开关周期平均模型，根据二阶开关周期平均模型，获取虚拟同步机的输出电流的第一小信号模型、输出有功功率的小信号表达式、摇摆方程和功角方程的第二小信号模型；根据小信号表达式、第一小信号模型和第二小信号模型计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数；负载侧频率发生阶跃时，对四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换得到输出有功功率的响应函数；对响应函数进行求最值处理，得到输出有功功率的最大值表达式。本专利技术在建立虚拟同步机的二阶开关周期平均模型后，根据虚拟同步电机的基本电路关系，通过合理的数学运算，得到虚拟同步机输出功率变化量对负责侧频率变化量的四阶传递函数，最后根据该四阶传递函数进行计算得到虚拟同步机储能容量与阻尼系数之间的关系表达式。对于确定的阻尼系数，能够通过该关系表达式求得相应的虚拟同步机储能容量的大小，在考虑虚拟同步机输出电流动态的前提下，为人们配置虚拟同步机阻尼提供理论基础。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术提供的一种虚拟同步机阻尼配置方法的一个实施例的流程示意图；图2为虚拟同步机和同步发电机的等效关系图；图3为频率阶跃0.5Hz时不同阻尼系数下的虚拟同步机输出有功功率响应图；图4为D＇与储能配置容量间的关系图；图5为本专利技术提供的一种虚拟同步机阻尼配置装置的一个实施例的结构示意图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种虚拟同步机阻尼配置方法及装置，用于解决分布式电源接入配电网的低惯性、低阻尼的技术问题。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1和图2，本专利技术提供的一种虚拟同步机阻尼配置方法的一个实施例，包括：101、建立虚拟同步机的二阶开关周期平均模型，根据二阶开关周期平均模型，获取虚拟同步机的输出电流的第一小信号模型、输出有功功率的小信号表达式、摇摆方程和功角方程的第二小信号模型；在本实施例中，可以先在abc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟同步机阻尼配置方法，其特征在于，包括：建立虚拟同步机的二阶开关周期平均模型，根据所述二阶开关周期平均模型，获取所述虚拟同步机的输出电流的第一小信号模型、输出有功功率的小信号表达式、摇摆方程和功角方程的第二小信号模型；根据所述小信号表达式、所述第一小信号模型和所述第二小信号模型计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数；负载侧频率发生阶跃时，对所述四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换得到输出有功功率的响应函数；对所述响应函数进行求最值处理，得到输出有功功率的最大值表达式。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟同步机阻尼配置方法，其特征在于，包括：建立虚拟同步机的二阶开关周期平均模型，根据所述二阶开关周期平均模型，获取所述虚拟同步机的输出电流的第一小信号模型、输出有功功率的小信号表达式、摇摆方程和功角方程的第二小信号模型；根据所述小信号表达式、所述第一小信号模型和所述第二小信号模型计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数；负载侧频率发生阶跃时，对所述四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换得到输出有功功率的响应函数；对所述响应函数进行求最值处理，得到输出有功功率的最大值表达式。2.根据权利要求1所述的虚拟同步机阻尼配置方法，其特征在于，所述根据所述小信号表达式、所述第一小信号模型和所述第二小信号模型计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数具体包括：联立所述小信号表达式和所述第一小信号模型计算得到输出电压相角的小扰动量；将所述输出电压相角的小扰动量代入所述第二小信号模型，计算得到输出有功功率变化量对负载侧频率变化量的四阶传递函数。3.根据权利要求2所述的虚拟同步机阻尼配置方法，其特征在于，所述四阶传递函数为：式中，ωref为虚拟同步机输出电压的角频率的参考值，ωref＝2πf，f＝50Hz,ΔP*为输出有功功率变化量，为负载侧频率变化量，Sn为虚拟同步机额定功率，E0为虚拟同步机相电压幅值的参考值，L和R为虚拟同步机滤波电感的电感值和电阻值，s为拉普拉斯算子，δ为虚拟同步机输出电压的相角，H为惯性时间常数，D为阻尼系数。4.根据权利要求3所述的虚拟同步机阻尼配置方法，其特征在于，所述负载侧频率发生阶跃时，对所述四阶传递函数进行拉普拉斯逆变换得到输出有功功率的响应函数具体为：负载侧频率发生阶跃时，对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐酿，盛超，黄辉，陈晓科，黄明欣，王红星，张健，朱良合，袁敞，赵天扬，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44