[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

说明书

本发明公开了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，考虑虚拟同步发电机有功控制器的影响，提出基于序阻抗模型的电压控制型虚拟同步发电机宽频带小信号建模方法，解决电压控制型虚拟同步发电机小信号阻抗建模的难题。基于所建宽频带小信号序阻抗模型、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。结果表明：在电网阻抗和虚拟同步发电机并网台数较大的情况下，虚拟同步发电机并网系统都可以稳定运行。本发明为电压控制型虚拟同步发电机接入微电网、新能源场站等场景中的小扰动稳定性分析提供了模型和方法，有利于电压控制型虚拟同步发电机的推广和应用。

技术领域

本发明涉及可再生能源发电系统领域，特别是一种电压控制型虚拟同步发电机的小信号序阻抗建模与稳定性分析方法。

背景技术

随着化石能源的短缺和环境污染的加剧，新能源发电得到了快速发展。新能源发电大量分布于戈壁、山区和海岛等偏远地区，使其与主网间的连接强度较弱，电网呈现高感抗弱电网特征。传统新能源并网逆变器常采用以并网点电压相位为基准的电流闭环控制策略，其外特性表现为电流源。传统并网逆变器接入弱电网易发生谐波振荡等交互稳定性问题，当新能源渗透率提高时，该问题将会更加突出，严重制约新能源的大规模发展与应用。电压控制型虚拟同步发电机模拟同步发电机的外特性，为大规模新能源友好并网提供了新的技术手段，成为了当前并网发电技术研究的热点。

电压控制型虚拟同步发电机能够主动支撑弱电网的前提是电压控制型虚拟同步发电机能够稳定并网运行。目前有文献建立了电压控制型虚拟同步发电机的功率闭环小信号传递函数模型，兼顾系统的稳定性和动态性能，给出了系统控制参数设计方法，但未研究电压控制型虚拟同步发电机与弱电网的交互稳定性问题。有文献建立了同步旋转坐标系下电压控制型虚拟同步发电机的时域状态空间小信号模型，研究了控制参数、线路参数和滤波器参数等对系统稳定性的影响。但是电压控制型虚拟同步发电机是在静止坐标系下进行控制，电压控制型虚拟同步发电机的输出电压和电流为交流时变量，无直流稳定工作点，传统的小信号建模方法难以直接进行线性化建模。如果虚构一个同步旋转坐标来进行小信号线性化建模，此时模型的物理意义将会变得模糊。

电压控制型虚拟同步发电机接入弱电网，与弱电网构成了一个互联系统，互联系统的小扰动稳定性问题对于电压控制型虚拟同步发电机的推广和应用至关重要。因此亟需突破电压控制型虚拟同步发电机小信号阻抗建模的难题，分析电压控制型虚拟同步发电机并网系统的小扰动稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供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，解决考虑有功控制器影响时电压控制型虚拟同步发电机小信号阻抗建模的难题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：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，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]；