[发明专利]电压控制型虚拟同步发电机的阻抗建模与稳定性分析方法

权利要求书

1.一种电压控制型虚拟同步发电机的阻抗建模与稳定性分析方法，其特征在于，该方法主要实现过程如下：在abc静止坐标系下建立电压控制型虚拟同步发电机的小信号序阻抗模型，基于所建小信号序阻抗模型、电网阻抗模型和奈奎斯特稳定性判据，分析电网阻抗和电压控制型虚拟同步发电机并网台数对系统稳定性的影响；

在abc静止坐标系下建立电压控制型虚拟同步发电机的小信号序阻抗模型的具体实现过程包括：

1)在时域中，向电压控制型虚拟同步发电机的交流侧加入正、负序小信号电压扰动，得到电压控制型虚拟同步发电机的三相输出端电压和输出电流在时域的表达式，并将该时域表达式转换到频域，得到电压控制型虚拟同步发电机的A相输出端电压和输出电流的频域表达式分别为v_a[f]和i_a[f]；

2)根据v_a[f]、i_a[f]和abc到αβ坐标变换公式，得到αβ坐标系下电压控制型虚拟同步发电机的输出端电压v_α、v_β和输出电流i_α、i_β的频域表达式分别为v_α[f]、v_β[f]、i_α[f]和i_β[f]；

3)根据瞬时功率理论，得到电压控制型虚拟同步发电机的瞬时输出有功功率P_e，根据v_α[f]、v_β[f]、i_α[f]、i_β[f]和频域卷积定理得到P_e的频域表达式P_e[f]；

4)根据电压控制型虚拟同步发电机的有功控制器得到电压控制型虚拟同步发电机三相调制波的相位θ的表达式，结合P_e[f]，将θ转换到频域得其频域表达式θ[f]；

5)在电压控制型虚拟同步发电机的三相调制波的相角θ中引入相角扰动Δθ，即θ＝θ₁+Δθ，θ₁为电压控制型虚拟同步发电机三相调制波中基波分量的相角，根据θ[f]，得到Δθ在频域的表达式Δθ[f]，根据方程式cosθ＝cos(θ₁+Δθ)≈cosθ₁－Δθsinθ₁、Δθ[f]和频域卷积定理得到cosθ的频域表达式cosθ[f]；

6)根据主电路拓扑，得到电压控制型虚拟同步发电机的内电势、输出端电压和输出电流的表达式，根据控制策略，得到电压控制型虚拟同步发电机的三相调制波表达式；

7)忽略电压控制型虚拟同步发电机无功控制器的影响，认为无功控制器的输出E_m为常数，然后结合cosθ[f]，内电势、输出端电压和输出电流的表达式，三相调制波表达式，并考虑电压电流信号采样延时，PWM延时和低通滤波器的影响，得到电压控制型虚拟同步发电机的小信号正、负序阻抗模型Z_p(s)和Z_n(s)；

基于所建小信号序阻抗模型、电网阻抗模型和奈奎斯特稳定性判据，分析电网阻抗和电压控制型虚拟同步发电机并网台数对系统稳定性的影响的具体实现过程包括：

(1)考虑弱电网的阻抗特性，建立电网的小信号正、负序阻抗模型Z_gp(s)和Z_gn(s)；

(2)将电压控制型虚拟同步发电机的小信号正序阻抗模型Z_p(s)除以电网的小信号正序阻抗模型Z_gp(s)，得到正序阻抗比的表达式为IR_vsgp(s)＝Z_p(s)/Z_gp(s)，将电压控制型虚拟同步发电机的小信号负序阻抗模型Z_n(s)除以电网的小信号负序阻抗模型Z_gn(s)，得到负序阻抗比的表达式为IR_vsgn(s)＝Z_n(s)/Z_gn(s)；

(3)采用奈奎斯特稳定性判据方法对IR_vsgp(s)和IR_vsgn(s)进行稳定性判据，在电网阻抗和电压控制型虚拟同步发电机并网台数变化时，只有当IR_vsgp(s)和IR_vsgn(s)都满足奈奎斯特稳定性判据时，系统才稳定。

2.根据权利要求1所述的电压控制型虚拟同步发电机的阻抗建模与稳定性分析方法，其特征在于，abc到αβ坐标变换公式C_3s/2s为：