[发明专利]一种虚拟同步机并联系统稳定控制方法

说明书

一种虚拟同步机并联系统稳定控制方法，属于分布式发电控制技术领域。建立VSG1的转子运动方程，和VSG2的转子数学模型；得到虚拟同步机的输出功率表达式，包含有功和无功；计算得到有功功率变化量和功角变化量之间的关系表达式；获得VSG1和VSG2各自的输出有功功率变化量与系统频率变化量间的传递函数；得到VSG1的输出有功功率变化量和角频率变化量分别对负荷功率变化量之间的传递函数；建立虚拟同步机并联系统的特征方程，结合特征方程及已知参数，得到VSG1的不稳定域。优点在于，通过对虚拟同步机惯性、阻尼参数进行控制，使并联系统稳定运行。

技术领域

本发明属于分布式发电控制技术领域，具体涉及一种虚拟同步机并联系统稳定控制方法。

背景技术

近年来，基于逆变器接口的分布式能源在电力系统中所占比重增长加快。根据国家能源局的数据，2017年上半年，我国可再生能源发电装机突破6亿千瓦。其中，水电装机达到3.38亿千瓦、风电装机达到1.54亿千瓦、光伏发电装机达到1.02亿千瓦、生物质能发电装机达到1330万千瓦，上半年，各类可再生能源发电新增装机3700万千瓦，约占全部电力新增装机的70％左右，这说明了我国能源结构调整速度进一步加快，可再生能源已进入了规模化发展的新阶段。目前我国水电、风电、光伏发电装机容量稳居全球首位。

由于并网逆变器具有高品质输出电流、有功和无功，独立可控等优异性能，基于逆变器接口的分布式能源在电力系统中所占的比重快速增长。在传统的电力系统中，惯量主要来自于发电厂中的汽轮机和发电机。当系统频率发生变化时，通过转子转速的变化吸收或释放能量来保持系统的频率稳定。而对于以电力电子逆变器为接口的分布式发电，无法向系统提供类似的旋转惯量来支撑系统的频率稳定。因此，随着逆变器接口的分布式电源高密度高渗透率的接入，其给电网的安全稳定带来了潜在的威胁。因此，针对分布式逆变电源，基于传统同步发电机模型与特性的虚拟同步发电机(Virtual synchronousgenerator,VSG)技术受到越来越多的关注。VSG技术通过模拟同步发电机的转子运动方程和电磁方程设计逆变器的控制系统，为解决分布式电源低惯量、欠阻尼问题提供了重要的解决途径。

实际应用中，随着分布式电源渗透率的增加，特别是在分布式电源主导的微网系统孤岛运行时，系统稳定性问题将凸显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种虚拟同步机并联系统稳定控制方法，解决了系统不稳定的问题。

本发明的工艺步骤如下：

(1)建立VSG1的转子运动方程，和VSG2的转子数学模型；

VSG1的有功-频率控制基于同步发电机转子运动方程：

式中，P_m为机械功率，H为惯性常数，D为阻尼系数，上标“*”代表标幺值；

VSG2转子数学模型如下：

其中K_d为一次调频系数，ω₀为额定角频率；微网系统中，常由储能单元承担调频任务，本文中，VSG1不参与一次调频，匹配有储能单元的VSG2有一次调频能力；

(2)得到虚拟同步机的输出功率表达式，包含有功和无功；

以VSG1为例，输出功率可由计算得到：

(3)计算得到有功功率变化量和功角变化量之间的关系表达式；

根据上式中的有功表达式可以得到有功功率变化量ΔP_e^*和功角变化量Δδ之间的关系：