【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及新能源發(fā)電，特別是一種多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法。
技術(shù)介紹
1、隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨蟛粩嘣黾?，風(fēng)能、太陽(yáng)能等分布式發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而，這些新能源發(fā)電技術(shù)的引入也帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)，特別是在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性方面。傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)具有天然的慣性和阻尼特性，能夠有效地平抑系統(tǒng)中的頻率波動(dòng)，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。而新能源發(fā)電系統(tǒng)多采用電力電子變換器并網(wǎng)，缺乏物理慣性，難以提供有效的慣性和阻尼支持。為了克服上述問(wèn)題，虛擬同步發(fā)電機(jī)(vsg)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。vsg通過(guò)控制算法模擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼特性，為電力系統(tǒng)提供虛擬慣性和頻率調(diào)節(jié)功能。這種技術(shù)不僅有助于提高新能源發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)性能，還能增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。然而，在多臺(tái)vsg并聯(lián)并網(wǎng)時(shí)，有功和無(wú)功功率環(huán)路之間會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的動(dòng)態(tài)耦合，導(dǎo)致功率控制性能下降，容易引發(fā)低頻振蕩，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，這對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制性能提出了新的挑戰(zhàn)。
2、目前針對(duì)功率環(huán)路耦合的特性分析主要側(cè)重于單臺(tái)vsg有功-無(wú)功環(huán)路耦合機(jī)理、耦合度、影響因素及對(duì)其系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響等方面，實(shí)際系統(tǒng)中，通常是多vsg并聯(lián)并網(wǎng)運(yùn)行，由于輸電線路的影響，不同vsg的有功-有功環(huán)路、有功-無(wú)功環(huán)路及無(wú)功-無(wú)功環(huán)路間存在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)功率耦合，將會(huì)惡化vsg的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，甚至引發(fā)系統(tǒng)失穩(wěn)。此外，電網(wǎng)參數(shù)如電網(wǎng)強(qiáng)度、阻感比、輸電線路長(zhǎng)度及虛擬慣量等對(duì)多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的功率動(dòng)態(tài)耦合特性有重要影響，但現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)這些參數(shù)的影響分析不足，缺乏詳細(xì)的
3、基于此，有必要提出一種多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，指導(dǎo)多vsg系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法。
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)是按照以下技術(shù)方案實(shí)施的：
3、一種多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，包括以下步驟：
4、s1、構(gòu)建兩臺(tái)vsg并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路的小信號(hào)模型；
5、s2、以兩臺(tái)vsg并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路的小信號(hào)模型為基礎(chǔ)，基于并聯(lián)電路的等效原理將n≥3臺(tái)vsg的等效電路轉(zhuǎn)化為兩臺(tái)等效vsg并聯(lián)并網(wǎng)的形式，構(gòu)建多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路的小信號(hào)模型；
6、s3、基于多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路的小信號(hào)模型，推導(dǎo)出有功指令擾動(dòng)下，vsg本體及vsg與vsg間無(wú)功功率響應(yīng)的傳遞函數(shù)；
7、s4、通過(guò)頻域法分析不同慣量系統(tǒng)水平下，阻感比、電網(wǎng)阻抗幅值、輸電線路長(zhǎng)度變化時(shí)，vsg功率環(huán)路動(dòng)態(tài)耦合特性的變化規(guī)律。
8、進(jìn)一步地，所述步驟s1具體包括：
9、s11、構(gòu)建單臺(tái)vsg功率環(huán)路的數(shù)學(xué)表達(dá)式：
10、
11、θ＝∫w·dt???(2)
12、
13、其中，j為虛擬慣量，dp為阻尼系數(shù)，pref為有功指令參考值，p表示vsg輸出有功功率，qref為無(wú)功指令參考值，q表示vsg輸出無(wú)功功率，ωs表示參考角頻率，k為下垂系數(shù)；ω為vsg輸出角頻率；e為vsg輸出電壓；un為額定電壓有效值；δ為vsg輸出相角；
14、s12、構(gòu)建兩臺(tái)vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的等效電路，通過(guò)y-δ變換得到y(tǒng)-δ變換后的等效電路，并求取各臺(tái)vsg的等效輸出阻抗：
15、
16、
17、
18、其中，z12、z13和z23分別為y-δ變換后等效輸出阻抗的幅值，θ12、θ13和θ23分別為等效輸出阻抗的相角；
19、根據(jù)y-δ變換后的等效電路求出各臺(tái)vsg的視在功率：
20、
21、根據(jù)根據(jù)y-δ變換后的等效電路和式(7)-式(9)得出各臺(tái)vsg單相輸出功率：
22、
23、其中，ei和δi(i＝1,2)分別為vsg等效電壓源的輸出電壓幅值和相角；ug0為電網(wǎng)電壓的幅值；zi和θi分別為vsgi等效輸出阻抗的幅值及相角；z12、z13和z23分別為y-δ變換后等效輸出阻抗的幅值，θ12、θ13和θ23分別為等效輸出阻抗的相角；
24、s13、引入第一放大系數(shù)矩陣k來(lái)反映不同vsg功率間的耦合度，對(duì)各臺(tái)vsg單相輸出功率在平衡點(diǎn)局部線性化，得到：
25、
26、其中,δpi、δqi、δei和δδi(i＝1,2)分別表示vsgi的有功功率、無(wú)功功率、輸出電壓幅值和相角的小擾動(dòng)量；第一放大系數(shù)矩陣k中元素包括kij，i,j＝1,2,3,4；
27、s14、對(duì)各臺(tái)vsg功率環(huán)路的數(shù)學(xué)表達(dá)式線性化得到vsgi功率外環(huán)小信號(hào)模型：
28、
29、
30、
31、進(jìn)一步地，所述步驟s2中，構(gòu)建的多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路的小信號(hào)模型中第一系數(shù)矩陣k的維度為2n×2n階。
32、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體包括：
33、結(jié)合式(14)、式(15)、式(16)、式(17)，列寫兩機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)的狀態(tài)空間模型：
34、
35、改寫成一般形式的狀態(tài)空間模型如式(19)所示：
36、
37、式中：狀態(tài)變量x＝[δδ1,δδ2,δω1,δω2,δe1,δe2]t；控制變量w＝[δpref1,δpref2,δqref1,δqref2]t；
38、進(jìn)而求出系統(tǒng)完整的傳遞函數(shù)矩陣,如式(20)所示：
39、
40、進(jìn)一步地，所述步驟s4具體包括：
41、由式(20)得到的系統(tǒng)完整的傳遞函數(shù)矩陣推導(dǎo)出有功功率指令pref1到無(wú)功功率q1的傳遞函數(shù)g51(s)以及有功功率指令pref1到無(wú)功功率q2的傳遞函數(shù)g61(s)，通過(guò)繪制傳遞函數(shù)g51(s)和g61(s)的bode圖研究當(dāng)虛擬慣量、電網(wǎng)強(qiáng)度、阻感比、輸電線路長(zhǎng)度變化時(shí)，vsg功率環(huán)間靜態(tài)、動(dòng)態(tài)耦合特性的變化規(guī)律。
42、進(jìn)一步地，所述步驟s13中第一放大系數(shù)矩陣k的表達(dá)式如下所示：
43、
44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)構(gòu)建了vsg兩機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路詳細(xì)的小信號(hào)模型，在此基礎(chǔ)上，提出了3機(jī)及以上復(fù)雜系統(tǒng)vsg功率環(huán)路耦合特性的分析方法。該方法可用于分析多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)的動(dòng)態(tài)交互特性，具有模型簡(jiǎn)單、適用范圍廣、準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)提出的采用頻域法分析不同慣量系統(tǒng)水平下，阻感比、電網(wǎng)阻抗幅值、輸電線路長(zhǎng)度變化時(shí)，vsg功率環(huán)路動(dòng)態(tài)耦合特性的變化規(guī)律，能夠幫助工程師在實(shí)際應(yīng)用中選擇最優(yōu)的系統(tǒng)參數(shù)配置，提高多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性，為實(shí)際系統(tǒng)中安裝vsg提供參考依據(jù)。
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1.一種多VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，所述步驟S2中，構(gòu)建的多VSG并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路的小信號(hào)模型中第一系數(shù)矩陣K的維度為2n×2n階。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多VSG并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，所述步驟S13中第一放大系數(shù)矩陣K的表達(dá)式如下所示：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，所述步驟s1具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)的功率環(huán)動(dòng)態(tài)耦合特性分析方法，其特征在于，所述步驟s2中，構(gòu)建的多vsg并網(wǎng)系統(tǒng)功率環(huán)路的小信號(hào)模型中第一系數(shù)矩陣k的維度為2n×2n階...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦本雙，單威威，楊子軼，劉杰，吳孟龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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