混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法技术

本发明专利技术公开了一种混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，包括：建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程；得到交直流混合微网AC/DC换流器流器虚拟同步机VSG转子运动方程和无功调节表达式；得到AC/DC换流器输出复功率表达式；建立AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型；得出虚拟控制的小信号模型；得到小信号模型特征值矩阵；得到AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型；分析AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型，得出虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D与AC/DC换流器VSG控制系统稳定性之间的关系。本发明专利技术采用小信号模型分析交直流混合微网AC/DC接口变换器VSG控制系统稳定性，验证AC/DC接口变换器不管工作于整流模式还是逆变模式，采用VSG控制可以实现功率稳定传输。现功率稳定传输。现功率稳定传输。

【技术实现步骤摘要】
混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法


[0001]本专利技术涉及一种混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，该方法采用小信号模型分析混合微网AC/DC接口变换器VSG控制系统稳定性能的方法，验证虚拟参数取值对VSG控制系统稳定性的影响。

技术介绍

[0002]交直流混合微电网由交流子网、直流子网以及AC/DC接口变换器组成，交直流混合微网是未来微网发展的高级形式，综合了交流微电网和直流子网两者的优点，增强了多种不同类型微电源和各类形式的负荷接入微电网系统的灵活性，AC/DC接口变换器作为交流子网、直流子网功率传输介质，不仅需要维持子网之间功率动态平衡，还需要保证整个微电网稳定运行。如何通过控制策略实现AC/DC接口变换器功率稳定传输，是保障交直流混合微电网协调运行的关键。
[0003]交直流混合微电网中AC/DC接口变换器通常采用下垂控制，常规下垂控制不具备惯性和阻尼环节，无法维持分布式电源高渗透率混合微电网换流器控制系统稳定。通过模仿传统同步发电机使AC/DC接口变换器具备惯性的控制策略，即虚拟同步机(Virtual Synchronous Generation,VSG)控制策略，受到了业内的广泛关注。虚拟同步机暂态变换过程中缓冲能量变化量采用虚拟转动惯量J变化表征，各种摩擦阻力采用虚拟阻尼系数D变化量表征。为了验证混合微网AC/DC换流器VSG控制系统的稳定性，需要通过小信号模型分析法分析虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D对控制系统稳定性能的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，具体采用小信号模型分析混合微网AC/DC接口变换器VSG控制系统稳定性制，分析虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D小信号模型的四个特征根，验证J、D取值对VSG控制系统稳定性的影响。
[0005]本专利技术采取如下技术方案来实现的：
[0006]混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，包括以下步骤：
[0007]1)建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程；
[0008]2)根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，模拟同步发电机，得到交直流混合微网AC/DC换流器流器虚拟同步机VSG转子运动方程和无功调节表达式；
[0009]3)根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，得到AC/DC换流器输出复功率表达式；
[0010]4)根据步骤3)AC/DC换流器输出复功率表达式，建立AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型；
[0011]5)当VSG控制系统处于稳定运行状态，根据步骤4)AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型并结合步骤2)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程，得出虚拟控制的小信号模型；
[0012]6)将步骤5)虚拟控制小信号模型中的电压、功角参数作为矩阵元素，得到小信号模型特征值矩阵；
[0013]7)结合步骤4)AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型和步骤5)虚拟控制小信号模型及步骤6)信号模型特征值矩阵，得到AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型；
[0014]8)分析步骤7)AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型，得出虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D与AC/DC换流器VSG控制系统稳定性之间的关系。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程：
[0016]其中：R
f
、X
f
为滤波电路电阻值及感抗值；E为AC/DC换流器交流侧桥臂电压幅值，U
ac
为交流侧电压幅值；δ为功角；AC/DC换流器内部参数中，满足R
f
＜＜X
f
，交流侧功率传输方程简化为：
[0017]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，模拟同步发电机，得到交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程：
[0018]其中：J为虚拟转动惯量；ω为角频率；k
udc
为直流子网下垂调节系数；U
dc
为直流母线电压实际值；U
dc0
为直流母线电压初始值；C
dc
为直流电容值和无功调节表达式：
[0019]其中：u为VSG虚拟内电势；U0为额定电压有效值；Δu为虚拟内电势与额定电压之间偏差；k
q
为无功调节系数；Q
e
为无功功率实际输出值；Q
ref
为无功功率参考值。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，得到AC/DC换流器输出复功率表达式：
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤3)AC/DC换流器输出复功率表达式，建立AC/DC换流器传输有功：
[0022]无功功率小信号模型：
[0023]本专利技术进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：当VSG控制系统处于稳定运行状态，ω＝ω0，根据步骤4)AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型并结合步骤2)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程，得出虚拟控制的小信号模型：
[0024]其中：s为拉普拉斯算子；T
a
为延迟环节时间常数；k
p
为无功比例系数；k
i
为无功积分系数。
[0025]本专利技术进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：将步骤5)虚拟控制小信号模型中的电压、功角参数作为矩阵元素，得到小信号模型特征值矩阵：Y＝(Δδ，ΔU
′
ac
，Δδ，ΔU
ac
)；
[0026]其中：Δδ
′
为Δδ的导数，ΔU
′
ac
为ΔU
ac
的导数。
[0027]本专利技术进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：结合步骤4)AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型和步骤5)虚拟控制小信号模型及步骤6)信号模型特征值矩阵，得到AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型：
[0028]其中：
[0029]本专利技术进一步的改进在于，步骤8)的具体实现方法为：分析步骤7)AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型，得出虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D与AC/DC换流器VSG控制系统稳定性之间的关系，随着J的增大，系统逐渐过渡至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程；2)根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，模拟同步发电机，得到交直流混合微网AC/DC换流器流器虚拟同步机VSG转子运动方程和无功调节表达式；3)根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，得到AC/DC换流器输出复功率表达式；4)根据步骤3)AC/DC换流器输出复功率表达式，建立AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型；5)当VSG控制系统处于稳定运行状态，根据步骤4)AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型并结合步骤2)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程，得出虚拟控制的小信号模型；6)将步骤5)虚拟控制小信号模型中的电压、功角参数作为矩阵元素，得到小信号模型特征值矩阵；7)结合步骤4)AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型和步骤5)虚拟控制小信号模型及步骤6)信号模型特征值矩阵，得到AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型；8)分析步骤7)AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型，得出虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D与AC/DC换流器VSG控制系统稳定性之间的关系。2.根据权利要求1所述的混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法为：建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程：其中：R
f
、X
f
为滤波电路电阻值及感抗值；E为AC/DC换流器交流侧桥臂电压幅值，U
ac
为交流侧电压幅值；δ为功角；AC/DC换流器内部参数中，满足R
f
＜＜X
f
，交流侧功率传输方程简化为：3.根据权利要求2所述的混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，模拟同步发电机，得到交直流混合微网AC/DC换流器
流器VSG转子运动方程：其中：J为虚拟转动惯量；ω为角频率；k
udc
为直流子网下垂调节系数；U
dc
为直流母线电压实际值；U
dc0
为直流母线电压初始值；C
dc
...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯仰敏，杨沛豪，赵勇，李立勋，韩毅，李阳，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：