【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源并网，尤其涉及一种基于等效状态变量的vsg系统降阶建模方法。
技术介绍
1、随着传统化石能源的不断枯竭和环境问题的加剧，全球对气候变化和可持续发展的关注不断增加，可再生能源渗透已成为全球能源转型的重要趋势。同时，随着电力系统的规模不断扩大和复杂度不断提高，新能源并网也成为了电力系统稳定性和经济性的重要因素。虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，vsg)是一种通过电力电子技术和控制算法模拟传统同步发电机特性的技术。在可再生能源系统、微电网、智能电网等应用场景中，vsg具有广泛的应用前景。
2、现有的关于虚拟同步发电机系统的研究大多基于单机并网系统，针对考虑功率耦合的模型降阶的研究较少，降阶建模是一种通过简化系统模型以提高计算效率和准确性的方法。在vsg系统中，由于系统复杂性和计算资源限制，致使多vsg并网系统稳定性分析存在模型复杂，计算强度大等问题。降阶建模具有重要意义，然而现有技术中未见涉及基于vsg功率耦合的高阶微分小信号模型降阶研究。其它大多数降阶模型的方法主要涉及奇异摄动理论和根轨迹分析。在进行降阶建模时，奇异摄动理论总是关注快变量和慢变量的划分过程，而忽略了vsg并网系统次同步特性对主振荡模式识别的影响。此外，降阶建模方法与传统的pi控制器相比仅限于状态空间方程，或应用于vsg控制，但未能考虑功率耦合的高阶相互作用，使得模型准确性不足，且无法反映耦合部分给系统带来的负阻尼特性。
技术实现思路
1、本专利技
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于等效状态变量的vsg并网系统降阶建模方法，包括以下步骤：
4、(1)先建立含功率耦合动态特性的vsg小信号模型，然后将低通滤波器模型引入功率耦合环，得到经低通滤波器滤波后的高阶微分小信号模型；
5、(2)在步骤(1)中所述的高阶微分小信号模型中引入等效状态变量，将高阶微分小信号模型分解为多个传统一阶微分方程表达式；
6、(3)基于步骤(2)中的多个传统一阶微分方程表达式建立基于vsg控制含功率耦合的并网系统全阶状态空间方程，得到全阶模型；
7、(4)基于主导度计算方法，根据奇异摄动理论实现快、慢变量参与因子数值计算，用于对步骤(3)中所建立的全阶模型进行降阶，得到降阶模型；
8、(5)通过特征值分析及暂态分析方法验证降阶模型的准确性及适应性。
9、进一步地，在所述步骤(1)中，
10、所搭建的含功率耦合动态特性的vsg小信号模型为：
11、
12、式中gpδ(s)、gpe(s)、gqδ(s)、gqe(s)分别表示δpe、δqe与δδe、δee之间的关系式；
13、经低通滤波器滤波后的功率耦合小信号模型为：
14、
15、式中gcl(s)＝ωc/(ωc+s)，ωc表示滤波器的截止频率。
16、进一步地，在所述步骤(2)中，
17、在高阶功率耦合微分模型中引入等效状态变量，令
18、
19、将公式(2)高阶微分小信号模型分解为多个传统一阶微分方程表达式，含有δpvsg、δqvsg、δm、δo、δn和δa六个状态变量。
20、进一步地，在所述步骤(3)中，
21、建立基于vsg控制含功率耦合的并网系统全阶状态空间方程，vsg有功功率和无功功率控制环表达式如下：
22、
23、根据公式(4)，引入状态变量δωe、δδe和δee，可建立基于vsg控制含功率耦合的并网系统全阶状态空间方程：
24、
25、其中：
26、进一步地，在所述步骤(4)中，
27、主导度分析方法具体计算步骤如下：
28、a.使用相似矩阵变化式进行模态解耦，建立模态解耦后的系统状态空间模型；
29、
30、式中，bλ＝v-1b，cλ＝cv，v为矩阵a特征矩阵，λ如下所示：
31、λ＝v-1av＝diag(λ1…λk…λn) (7)
32、式中，λk(k＝1,2…n)是vsg全阶并网系统振荡模态；
33、b.计算各个特征值所对应的主导度大小；
34、
35、式中，bih是矩阵bλ的i行h列元素，cji是矩阵cλ的j行i列元素。
36、c.根据计算结果从大到小进行模态的排序，一般主导模态的主导度计算结果相较非主导模态高一个数量级；
37、
38、式中，p和q分别表示全阶空间状态方程中输入变量和输出变量的个数。
39、奇异摄动降阶方法具体计算步骤为：
40、a.选取系统模型的主导模态；
41、b.计算各个特征值对于各个主导模态的参与因子；
42、
43、式中，i为模态序号；m为状态变量序号，uim、vim表示特征值λi所对应的左特征向量、右特征向量中的元素；
44、c.根据参与因子大小完成快、慢状态变量划分，最终保留慢变量集合作为降阶系统的状态变量，完成模型降阶。
45、有益效果
46、与现有技术相比，本专利技术的主要优点在于：
47、(1)本专利技术考虑功率耦合的高阶相互作用，引入了等效状态变量这一概念，将高阶微分小信号模型分解为多个传统一阶微分方程表达式，等效状态变量用于描述系统状态的变量，可以简化复杂系统的建模和仿真过程，然后建立基于vsg控制含功率耦合的并网系统全阶状态空间方程，再基于主导度计算方法，根据奇异摄动理论对所建立的全阶模型进行降阶，有效解决了多vsg并网系统稳定性分析存在的模型复杂，计算强度大的问题。还实现基于vsg功率耦合的高阶微分小信号模型的精准降阶，从而提高了系统稳定性分析的效率。
48、(2)本专利技术还引入了主导度分析作为主导振荡模式的有效识别方法，然后再根据奇异摄动理论实现快/慢变量参与因子数值计算，用于对所建立的全阶模型进行降阶，可减小降阶模型的动态误差，由具体实施方式中对比分析可知，相比于传统的主导模态排序(特征值分析)，本专利技术实现了对含高阶微分小信号模型的精准降阶，所提出的降阶模型具有较高的准确性和鲁棒性。
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1.一种基于等效状态变量的VSG并网系统降阶建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于等效状态变量的VSG并网系统降阶建模方法，其特征在于，步骤(1)中所述的含功率耦合动态特性的VSG小信号模型为：
3.根据权利要求1所述的一种基于等效状态变量的VSG并网系统降阶建模方法，其特征在于，步骤(2)在高阶微分小信号模型中引入等效状态变量，令
4.根据权利要求1所述的一种基于等效状态变量的VSG并网系统降阶建模方法，其特征在于，步骤(3)中建立基于VSG控制含功率耦合的并网系统全阶状态空间方程，VSG有功功率和无功功率控制环表达式如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于等效状态变量的VSG并网系统降阶建模方法，其特征在于，步骤(4)中所述主导度计算方法具体计算步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于等效状态变量的vsg并网系统降阶建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于等效状态变量的vsg并网系统降阶建模方法，其特征在于，步骤(1)中所述的含功率耦合动态特性的vsg小信号模型为：
3.根据权利要求1所述的一种基于等效状态变量的vsg并网系统降阶建模方法，其特征在于，步骤(2)在高阶微分小信号模型中引入...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨雅倩，刘佳乐，李畅，程龙，伍添翼，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：
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