虚拟机暂态功角稳定的判断方法技术

本发明专利技术实施例公开一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法，获取李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统的不稳定平衡点(δ

Judgment Method of Transient Power Angle Stability of Virtual Machine

【技术实现步骤摘要】
虚拟机暂态功角稳定的判断方法
本专利技术涉及电力领域，尤其涉及一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法。
技术介绍
近年来，以风能、太阳能为代表的新能源大量接入电网。新能源的随机性、交直流混合以及宽电压范围需要经过电力电子变流器实现电能变换以接入电网。在大量电力电子变流器接入电网的背景下，系统的抗扰动能力及安全运行能力存在隐患。从电网的角度来看，虚拟机更具备同步发电机的输出特性。因此虚拟机技术得到越来越广泛的重视与应用。与同步发电机相似，虚拟机由于自身所具备的惯量同样会存在严重的暂态稳定性问题，如暂态功角稳定问题。针对虚拟机技术，现有技术从建模降阶、动态稳定性分析以及控制优化等方面开展了大量的研究。这些研究对虚拟机在稳态以及小扰动条件下的运行特性与参数设计提供了经验与指导。然而在短路故障等大扰动条件下，虚拟机的暂态稳定问题仍亟待研究。在短路故障等暂态过程中，电网电压的突然跌落引起虚拟机的输出无功功率突增，进而通过虚拟机无功-电压控制环减小虚拟机的内电势，影响系统的暂态稳定性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法，能够准确判断虚拟机暂态功角稳定性，保证虚拟机系统在暂态过程中的稳定性。本专利技术实施例采用如下技术方案：一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法，所述方法应用于所述虚拟机，所述方法包括：S1、获取李雅普诺夫能量函数；S2、确定此时刻系统的不稳定平衡点(δus，ω0)；S3、获取此时刻系统的参数值，根据此时刻系统的参数值及所述李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统的总能量值Vt；S4、根据所述不稳定平衡点(δus，ω0)及所述李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统临界能量值Vc；S5、比较系统临界能量值Vc与总能量值Vt大小，将Vc＝Vt时所对应的时刻作为系统临界故障切除时间tc。本专利技术实施例提供的虚拟机暂态功角稳定的判断方法，获取李雅普诺夫能量函数，确定此时刻虚拟机内电势值、此时刻系统此时刻不稳定平衡点(δus，ω0)，获取此时刻系统的参数值，根据此时刻系统的参数值及李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统的总能量值Vt，根据不稳定平衡点(δus，ω0)及李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统临界能量值Vc，比较系统临界能量值Vc与总能量值Vt大小，将Vc＝Vt时所对应的时刻作为系统临界故障切除时间tc，从而准确判断虚拟机暂态功角稳定性，提高虚拟机系统在暂态过程中的稳定性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1为本专利技术实施例示出的虚拟机结构示意图。图2a为本专利技术实施例示出的虚拟同步控制示意图之一。图2b为本专利技术实施例示出的虚拟同步控制示意图之二。图3为本专利技术实施例示出的一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法流程图。图4为本专利技术实施例示出的另一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法流程图。图5为本专利技术实施例示出的一种虚拟机单机无穷大并网系统简化模型示意图。图6为本专利技术实施例示出的一种虚拟机暂态功角失稳机理示意图。图7为本专利技术实施例示出的一种切除故障示意图之一。图8为本专利技术实施例示出的一种切除故障示意图之二。图9为本专利技术实施例示出的一种切除故障示意图之三。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。本专利技术实施例提供一种虚拟机，如图1所示，虚拟机100经过线路200及变压器300接入电网400。虚拟机100包含直流微源101以及进行电能变换的DC/AC变换器102。其中直流微源101包括但不限于储能电池、光伏板等直流形式电源。直流电输入经过DC/AC变换器102变换为交流保证较高的电能质量以及较强的电能可控性。DC/AC变换器102输出端接LC滤波器103(包含电感、电容)，滤除电压与电流高次谐波。虚拟机100还包含输出电压与电流采集模块104、虚拟同步控制模块105以及驱动模块106；电压与电流采集模块104采集LC滤波器103中滤波电容两端电压和滤波电感电流，并传送至虚拟同步控制模块105，实现正常运行条件下的虚拟同步控制，并将驱动信号传至驱动模块106进行SPWM调制，控制IGBT等开关器件的开断，实现电能变换。虚拟同步控制模块105由有功功率控制环与无功功率控制环组成，根据虚拟机输出功率调整其电压参考值与频率参考值。本专利技术实施例的虚拟同步控制模块有功功率与无功功率控制实现框图如图2a、图2b所示。基于上述虚拟机100，为准确判断虚拟机暂态功角稳定性，保证虚拟机系统在暂态过程中的稳定运行，本专利技术实施例提供一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法，该方法如图3所示，包括如下步骤：31、建立虚拟机单机无穷大系统的全阶微分方程，并基于奇异摄动理论对全阶模型进行降阶简化；32、基于降阶模型通过首次积分法构建考虑线路电阻与虚拟机阻尼的李雅普诺夫能量函数；33、计算虚拟机下个仿真周期内的电压，并求解此时系统的稳定与不稳定平衡点；34、计算此时刻系统临界能量值Vc与总能量值Vt；35、比较系统临界能量值Vc与总能量值Vt是否相等；36、当Vc＝Vt时，所对应的时刻即为系统临界故障切除时间tc，输出系统临界故障切除时间tc。37、当Vc≠Vt时，执行上述33。需要说明的是，上述步骤31-36仅为简要描述，上述步骤31-36可以结合本专利技术其他实施例组成更完整的技术方案。本专利技术实施例提供另一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法，所述方法应用于图1所示的虚拟机100，如图4所示，所述方法包括：S1、获取李雅普诺夫能量函数；S2、确定此时刻系统的不稳定平衡点(δus，ω0)；S3、获取此时刻系统的参数值，根据此时刻系统的参数值及所述李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统的总能量值Vt；S4、根据所述不稳定平衡点(δus，ω0)及所述李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统临界能量值Vc；S5、比较系统临界能量值Vc与总能量值Vt大小，将Vc＝Vt时所对应的时刻作为系统临界故障切除时间tc。其中，临界故障切除时间tc是判断暂态功角稳定进行故障处理的关键指标。通过S5得出的临界故障切除时间表明系统如果在该时间之后切除故障会失稳，在之前切除能够保持稳定。当求出的临界故障切除时间与实际仿真中故障切除时间越接近，则算法越精确。本专利技术实施例中的系统是指包含虚拟机与电网的整个系统。本专利技术实施例的虚拟机暂态功角稳定的判断方法，获取李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统的不稳定平衡点(δus，ω0)，根据此时刻系统的参数值及李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统的总能量值Vt，根据不稳定平衡点(δus，ω0)及李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统临界能量值Vc，比较系统临界能量值Vc与总能量值Vt大小，将Vc＝Vt时所对应的时刻作为系统临界故障切除时间tc，从而准确判断虚拟机暂态功角稳定性，确保虚拟机系统在暂态过程中的稳定性。在一个实施例中，所述虚拟机100中电压与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法，其特征在于，所述方法应用于所述虚拟机，所述方法包括：S1、获取李雅普诺夫能量函数；S2、确定此时刻系统的不稳定平衡点(δ

【技术特征摘要】
1.一种虚拟机暂态功角稳定的判断方法，其特征在于，所述方法应用于所述虚拟机，所述方法包括：S1、获取李雅普诺夫能量函数；S2、确定此时刻系统的不稳定平衡点(δus，ω0)；S3、获取此时刻系统的参数值，根据此时刻系统的参数值及所述李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统的总能量值Vt；S4、根据所述不稳定平衡点(δus，ω0)及所述李雅普诺夫能量函数，确定此时刻系统临界能量值Vc；S5、比较系统临界能量值Vc与总能量值Vt大小，将Vc＝Vt时所对应的时刻作为系统临界故障切除时间tc。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟机包括电压与电流采集模块、DC/AC变换器、所述DC/AC变换器经变压器接入电网，所述电压与电流采集模块采集所述DC/AC变换器与所述变压器之间的电流及电压，S1包括：根据所述虚拟机参数及所述电压与电流采集模块采集的电流电压，建立虚拟机单机无穷大系统的全阶微分方程；对所述全阶微分方程进行简化，得到系统降阶简化模型；根据所述系统降阶简化模型，确定李雅普诺夫能量函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述虚拟机参数及所述电压与电流采集模块采集的电流电压，建立虚拟机单机无穷大系统的全阶微分方程包括：根据所述虚拟机参数及所述电压与电流采集模块采集的电流电压，建立虚拟机单机无穷大系统的全阶微分方程如下：其中，J为虚拟机虚拟惯量，P0与Q0分别为参考有功与无功功率由电压与电流采集模块所采集的电压电流信号确定，如式(3)所示，Kp为虚拟机调速环下垂系数，Dp是虚拟机虚拟阻尼，Dq是虚拟机无功-电压环下垂系数，ω0是额定角频率，E0是虚拟机额定参考电压，Tem为虚拟机虚拟电磁转矩，θ是虚拟机相角，E是虚拟机调制波电压幅值；P＝1.5edid+1.5eqiqQ＝1.5ediq-1.5eqid(3)虚拟机LC滤波电感电容及线路阻抗数学模型建立如下：其中ed与eq分别为虚拟机内电势dq轴电压值，vd与vq分别为滤波电容dq轴电压值，id与iq代表滤波电感dq轴电流值，iod与ioq代表虚拟机输出dq轴电流值，得到的所述虚拟机单机无穷大并网系统全阶微分方程为九阶系统；其中，dq轴电压与电...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅智康，沈超，赵峰，沈阳，程慧婕，彭也伦，罗安，陈燕东，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43