[发明专利]一种虚拟同步机的阻尼支撑策略

说明书

本发明公开了一种虚拟同步机的阻尼支撑策略，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立同步发电机二阶模型，获得功率‑频率的传递函数；步骤2、通过VSG并网控制电路对同步发电机二阶模型施加功率扰动，计算该功率扰动下频率响应函数；步骤3、对功率扰动下频率响应函数求导，并设置阻尼系数，获得扰动后的稳态频率；避免惯性时间常数和阻尼不匹配的问题，增加的虚拟同步机并网的稳定性与可靠性。

技术领域

本发明属于虚拟阻尼支撑技术领域，具体涉及一种虚拟同步机的阻尼支撑策略。

背景技术

随着传统化石能源枯竭和环境问题突出，新能源迅速发展，新能源以并网逆变器作为接口并入电网，电力电子装备具有可调节性能好的优点，然而逆变器存在着过载能力差、输出阻抗小和不存在惯性等缺点。大量新能源以电力电子装备并网引起电力系统惯量降低，造成频率问题突出，威胁电力系统的安全稳定运行。

传统电力系统以大型同步发电机作为主要电源为电网提供电能。当电力系统发生功率扰动时，同步发电机具有转动惯量，当频率过高或过低时，其能够吸收或释放动能应对过剩功率或者弥补功率不足，此过程对于保证功率平衡和抑制频率的快速变化至关重要。新能源以电力电子设备并网，电力电子装置不具备同步发电机的转动惯量，高比例新能源电力系统低惯量特征突出，系统抗扰能力减弱。

为应对电力系统惯量降低的问题，学者提出了虚拟同步发电机(virtualsynchronousgenerator)技术，使逆变器模拟同步发电机运动过程，通过模拟同步发电机的转子运动过程、有功调频以及无功调压等特性，从物理机理出发，使并网逆变器具有类似于同步发电机的外特性。

将同步发电机的电磁特性与机械运动过程融入到逆变器控制中，外特性可等效同步发电机，逆变器能够为电网提供惯性支撑。为提高VSG的并网性能，学界针对VSG的本题控制器和参数整定进行了相关研究。目前主要的研究有控制结构和参数设计的研究。结合同步发电机功角曲线与转子惯量提出了一种转动惯量自适应的VSG控制算法，通过小信号建模确定惯量系数；针对多台VSG并网出现的功率振荡问题，对主电路和控制器参数进行优化可达到抑制振荡发生的目的；根据频率响应特性对其进行分区，根据动态性能对惯量进行了自适应控制，可有效提升了频率响应特性。

目前研究主要考虑了虚拟同步机的转动惯量对频率响应特性的影响，对VSG系统的虚拟阻尼对频率支撑作用研究不足，且无法解决惯性时间常数和阻尼不匹配的问题，导致虚拟同步机并网的稳定性与可靠性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种虚拟同步机的阻尼支撑策略，解决了现有的阻尼支撑策略由于惯性时间常数和阻尼不匹配而导致并网稳定问题。

本发明所采用的技术方案是，一种虚拟同步机的阻尼支撑策略，具体按照以下步骤实施：

步骤1、建立同步发电机二阶模型，获得功率-频率的传递函数；

步骤2、通过VSG并网控制电路对同步发电机二阶模型施加功率扰动，计算该功率扰动下频率响应函数；

步骤3、对功率扰动下频率响应函数求导，并设置阻尼系数，获得扰动后的稳态频率。

本发明的特点还在于：

步骤1具体过程为：取同步发电机极对数为1，建立同步发电机二阶模型等效摇摆方程：

式(1)中:P_m为同步发电机机械功率，P_e为电磁功率；ω为同步发电机电角速度，因为极对数为1，电角速度与机械角速度ω近似相同，Δω为电角速度与额定电角速度之差，H为惯性时间常数，D为阻尼系数，θ为电角度。

步骤2具体过程为：

通过VSG并网控制电路对同步发电机二阶模型施加功率扰动，考虑功率扰动下频率响应的传递函数为：