基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法，涉及电力系统稳定性技术领域，首先将电压源系统等效为电压源的小信号模型，获取电压源的小信号模型中负载的电流，通过负载的电流来判断所述电压源系统的稳定性；然后将电流源系统等效为电流源的小信号模型，获取电流源的小信号模型中负载的电压，通过负载的电压来判断所述电流源系统的稳定性；最后判断虚拟同步机多机并联系统为电压源系统或电流源系统，将虚拟同步机多机并联系统等效为相应的小信号模型，获取相应的电压或电流来判断虚拟同步机多机并联系统的稳定性。本发明专利技术能够快速定位引起不稳定问题的源或负载，并提供解决问题的依据。并提供解决问题的依据。并提供解决问题的依据。

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法


[0001]本专利技术属于电力系统稳定性
，尤其涉及一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的迅猛发展，新能源发电在电力系统的渗透率快速增长，然而新能源发电存在缺少惯性和阻尼特性的问题，这些问题对电网的稳定运行产生负面影响。因此。虚拟同步发电机技术应运而生，虚拟同步技术引入了同步发电机的旋转惯量和阻尼特性，这提高了电力系统的稳定性。同时虚拟同步发电机集群接入电网的稳定性分析也成为亟待研究的问题。
[0003]现有电力系统稳定性分析的方法大概可以分为两类，分别是基于状态空间模型的时域方法和基于阻抗模型的频域方法。在状态空间模型方法中，源和独立的负载可以合并成为一个整体的系统模型，系统的稳定性和其他动态特性可通过该整体模型进行分析。该方法适用于参数确定且不经常发生变化的系统，比如说在传统的公用电力系统中，由于负载的容量相对较小，在分析系统稳定性时负载的影响可通过其稳态或静态模型体现。而对于交流分布式电力系统来说，负载对于系统稳定性的影响重大，当负载加入或移除时需要重新对系统进行建模，使得状态空间模型方法很难在交流分布式电力系统中得到有效利用。而在基于阻抗的稳定分析方法中，源和负载的特性均由其输入阻抗或输出阻抗反映，整个系统的稳定性可通过对源的输出阻抗和负载的输入阻抗应用奈奎斯特稳定判据进行分析。当负载发生变化时，无需对整个系统重新建模，适合用于交流分布式电力系统的稳定性分析中。
[0004]然而现有虚拟同步发电机集群接入电网后，电力系统稳定性难以测量的问题的缺点，因此，需要一种采用基于阻抗的稳定分析方法对虚拟同步发电机并联系统的稳定性进行分析的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法，从而克服了现有虚拟同步发电机集群接入电网后，电力系统稳定性难以测量的问题的缺点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法，包括以下步骤：
[0007]将电压源系统等效为电压源的小信号模型，获取所述电压源的小信号模型中负载的电流，通过所述负载的电流来判断所述电压源系统的稳定性，其中，所述负载的电流的表达式为基于阻抗的表达式；
[0008]将电流源系统等效为电流源的小信号模型，获取所述电流源的小信号模型中负载的电压，通过所述负载的电压来判断所述电流源系统的稳定性，其中，所述负载的电压的表
达式为基于阻抗的表达式；
[0009]判断虚拟同步机多机并联系统为电压源系统或电流源系统，将所述虚拟同步机多机并联系统等效为相应的小信号模型，获取相应的电压或电流来判断所述虚拟同步机多机并联系统的稳定性。
[0010]优选地，将电流源系统等效为电流源的小信号模型具体包括：将电流源表示为一个诺顿等值电路，所述等值电路包括电流源与电流源并联的输出导纳，一个输出导纳标示一个负载。
[0011]优选地，负载的电压表达式为：
[0012][0013]上式中，V(s)为负载的电压，I(s)为电流源输出的电流，Y
l
(s)为输入导纳，Y
s
(s)为输出导纳。
[0014]优选地，负载的电压的表达式改为：
[0015][0016]上式中，V(s)为负载的电压，I(s)为电流源输出的电流，Y
l
(s)为输入导纳，Y
s
(s)为输出导纳，Z
l
(s)为负载输入阻抗，Z
s
(s)为电源输出阻抗。
[0017]优选地，通过所述负载的电压来判断所述电流源系统的稳定性包括：
[0018]当电流源的小信号模型空载时，即负载短路，电流源系统稳定；
[0019]当电流源为理想电流源供电时，负载稳定，则电流源系统稳定；
[0020]当负载输入阻抗与电源输出阻抗之比满足奈奎斯特准则时，电流源系统稳定。
[0021]优选地，判断虚拟同步机多机并联系统为电压源系统或电流源系统包括：常用的电网模型为理想电压源与电网阻抗的串联，电网阻抗通过一个电感和电阻串联等效代替；所述虚拟同步机表示为电流源与输出阻抗并联时，因此，虚拟同步机
‑
电网系统的等效小信号等值电路模型为电流源的改进小信号模型，虚拟同步机
‑
电网系统为虚拟同步机多机并联系统。
[0022]优选地，设定虚拟同步机在电网电压稳定时，且电网阻抗为零时逆变器稳定，所述小信号等值电路模型中的虚拟同步机的输出电流表示为：
[0023][0024]上式中，I(s)为虚拟同步机的输出电流,I
c
(s)为电流源输出电流,Z0(s)为虚拟同步机输出阻抗,Z
g
(s)为电源输入阻抗,V
g
(s)为电源电压。
[0025]优选地，根据所述虚拟同步机多机并联系统的稳定性的结果，表明虚拟同步机应该具有高输出阻抗，才能在宽范围电网条件下稳定运行。
[0026]优选地，电流源系统的稳定性要求与电压源系统相反。
[0027]与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028]1、本专利技术所提供的基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法，首先将电压源系统等效为电压源的小信号模型，获取所述电压源的小信号模型中负载的电流，通
过所述负载的电流来判断所述电压源系统的稳定性；然后将电流源系统等效为电流源的小信号模型，获取所述电流源的小信号模型中负载的电压，通过所述负载的电压来判断所述电流源系统的稳定性；最后判断虚拟同步机多机并联系统为电压源系统或电流源系统，将所述虚拟同步机多机并联系统等效为相应的小信号模型，获取相应的电压或电流来判断所述虚拟同步机多机并联系统的稳定性。即，本专利技术的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法能够快速定位引起不稳定问题的源或负载，并提供解决问题的依据。
[0029]2、采用本专利技术分析方法，当源的输出阻抗和负载的输入阻抗已知时，虚拟同步机多机并联系统等效为相应的小信号模型较易获得，并且可以以线性阻抗网络的形式表示。当分析虚拟同步机多机并联系统在某个运行工作点处的稳定性时，只需应用线性理论计算出源和负载在该工作点处的等效阻抗即可。
[0030]3、当在虚拟同步机多机并联系统中增加或移除某个源或负载，或者任何一者的运行模式发生变化时，只对虚拟同步机多机并联系统的阻抗网络中的某个阻抗元素产生影响，不会对整个系统的模型产生大的影响。
[0031]4、当虚拟同步机多机并联系统中某个源或负载的阻抗模型无法获取或难于建立时，可通过实验或者大量仿真获取其输入或输出阻抗，其数学模型可通过对阻抗的响应进行曲线拟合获得。
[0032]5、当虚拟同步机多机并联系统发生不稳定问题时，利用基于阻抗的稳定分析方法可快速定位引起不稳定问题的源或负载，并提供解决问题的依据。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：将电压源系统等效为电压源的小信号模型，获取所述电压源的小信号模型中负载的电流，通过所述负载的电流来判断所述电压源系统的稳定性，其中，所述负载的电流的表达式为基于阻抗的表达式；将电流源系统等效为电流源的小信号模型，获取所述电流源的小信号模型中负载的电压，通过所述负载的电压来判断所述电流源系统的稳定性，其中，所述负载的电压的表达式为基于阻抗的表达式；判断虚拟同步机多机并联系统为电压源系统或电流源系统，将所述虚拟同步机多机并联系统等效为相应的小信号模型，获取相应的电压或电流来判断所述虚拟同步机多机并联系统的稳定性。2.根据权利要求1所述的基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法，其特征在于，将电流源系统等效为电流源的小信号模型具体包括：将电流源表示为一个诺顿等值电路，所述等值电路包括电流源与电流源并联的输出导纳，一个输出导纳标示一个负载。3.根据权利要求2所述的基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法，其特征在于，负载的电压表达式为：上式中，V(s)为负载的电压，I(s)为电流源输出的电流，Y
l
(s)为输入导纳，Y
s
(s)为输出导纳。4.根据权利要求3所述的基于阻抗的虚拟同步机多机并联系统稳定性分析方法，其特征在于，负载的电压的表达式改为：上式中，V(s)为负载的电压，I(s)为电流源输出的电流，Y
l
(s)为输入导纳，Y
s
(s)为输出导纳，Z
l
(s)为负载输入阻抗，Z
s
(s)为电源输出阻抗。5.根据权利要求1所述的基于阻抗的虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢广陵，周柯，孙志媛，窦骞，李明珀，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：