一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置的制作方法

本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置。

背景技术：

当前，随着新能源技术的迅猛发展，新能源技术发电在电网中的占比日益上升。由于目前新能源发电设备通常采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)控制，无法响应系统频率和电压的变化。因此，新能源的大量接入会对电网特性产生显著影响，例如系统惯量和阻尼降低，旋转备用容量减少等，电网的安全稳定运行面临严峻的技术挑战。

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generators，简称VSG)技术通过对新能源发电设备的控制系统进行改进，可以使新能源发电设备具有与同步机类似的频率和电压调节特性，从而解决高比例新能源接入后电网缺乏支撑能力的问题，因此得到广泛关注。但是目前关于虚拟同步发电机的模拟装置及系统的研究尚浅，尤其是关于VSG中虚拟汽轮机模块的模拟装置还未见有相关研究。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置，以实现对VSG中虚拟汽轮机模块的模拟，为研究VSG输出特性及电力系统特性奠定了基础。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置，包括数模转换电路、模数转换电路及虚拟汽轮机模块电路；所述虚拟汽轮机模块电路由一阶积分环节电路、比例环节电路和加法器电路的方式组合形成；

所述数模转换电路的输出端与所述虚拟汽轮机模块电路的输入端连接，所述模数转换电路的输入端与所述虚拟汽轮机模块电路的输出端连接；所述数模转换电路的输入端通过数据总线接收数字仿真系统中的主汽压力仿真模型的进气量数字信号，进行数模转换后形成进气量模拟信号输出到所述虚拟汽轮机模块电路中；所述模数转换电路接收所述虚拟汽轮机模块电路输出的机械功率模拟信号，进行模数转换后形成机械功率数字信号通过数据总线发送至数字仿真系统中的发电机仿真模型。

具体的，所述虚拟汽轮机模块电路包括：第一一阶积分环节电路、第二一阶积分环节电路、第三一阶积分环节电路、高压缸功率比例环节电路、中压缸功率比例环节电路、低压缸功率比例环节电路、第一加法器电路和第二加法器电路；

所述第一一阶积分环节电路的输入端作为所述虚拟汽轮机模块电路的输入端，接收所述进气量模拟信号；所述第一一阶积分环节电路的输出端分别连接第二一阶积分环节电路的输入端和高压缸功率比例环节电路的输入端；

所述第二一阶积分环节电路的输出端分别连接第三一阶积分环节电路的输入端和中压缸功率比例环节电路的输入端；

所述第三一阶积分环节电路的输出端连接低压缸功率比例环节电路的输入端；

所述高压缸功率比例环节电路的输出端连接第一加法器电路的第一输入端；

所述中压缸功率比例环节电路的输出端连接第一加法器电路的第二输入端；

所述第一加法器电路的输出端连接第二加法器电路的第一输入端；

所述低压缸功率比例环节电路的输出端连接第二加法器电路的第二输入端；

所述第二加法器电路的输出端作为所述虚拟汽轮机模块电路的输出端，向所述模数转换电路发送所述机械功率模拟信号。

本实用新型实施例提供一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置，其包括数模转换电路、模数转换电路及虚拟汽轮机模块电路；该虚拟汽轮机模块电路由一阶积分环节电路、比例环节电路和加法器电路的方式组合形成；数模转换电路的输出端与虚拟汽轮机模块电路的输入端连接，模数转换电路的输入端与虚拟汽轮机模块电路的输出端连接；数模转换电路的输入端通过数据总线接收数字仿真系统中的主汽压力仿真模型的进气量数字信号，进行数模转换后形成进气量模拟信号输出到虚拟汽轮机模块电路中；模数转换电路接收所述虚拟汽轮机模块电路输出的机械功率模拟信号，进行模数转换后形成机械功率数字信号通过数据总线发送至数字仿真系统中的发电机仿真模型。可见，本实用新型实施例可实现对VSG中虚拟汽轮机模块的模拟，为研究VSG输出特性及电力系统特性奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的虚拟汽轮机模块电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一般情况下，数字仿真系统是一种可以简化虚拟同步发电机实验过程的实用技术，但数字仿真系统对虚拟同步发电机的虚拟汽轮机模块的模拟效果有限。为解决这一问题，本实用新型实施例提供一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置。该装置在数字仿真系统的基础上，引入了虚拟汽轮机模块电路来模拟虚拟汽轮机模块的运行特性，提高了虚拟汽轮机模块的模拟效果，为研究虚拟同步发电机输出特性奠定了坚实基础。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置10，包括数模转换电路11、模数转换电路12及虚拟汽轮机模块电路13。该虚拟汽轮机模块电路13由一阶积分环节电路、比例环节电路和加法器电路的方式组合形成(见图2)。

该数模转换电路11的输出端与虚拟汽轮机模块电路13的输入端连接，该模数转换电路12的输入端与虚拟汽轮机模块电路13的输出端连接。该数模转换电路11的输入端通过数据总线14接收数字仿真系统20中的主汽压力仿真模型21(可来自主汽压力仿真模型21的中央处理芯片)的进气量数字信号GJD，进行数模转换后形成进气量模拟信号GJS输出到所述虚拟汽轮机模块电路13中；所述模数转换电路12接收所述虚拟汽轮机模块电路13输出的机械功率模拟信号PmS，进行模数转换后形成机械功率数字信号PmD通过数据总线14发送至数字仿真系统20中的发电机仿真模型22(可输出到发电机仿真模型22的中央处理芯片)。此处的主汽压力仿真模型21和发电机仿真模型22可以通过数字仿真方式实现，本实用新型重点描述VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置10的结构，对于主汽压力仿真模型21和发电机仿真模型22不进行描述。

另外，该数模转换电路11和模数转换电路12均可以由寄存器、电子开关、运算放大器和电压源等器件构成，此处不再赘述。

具体的，如图2所示，该虚拟汽轮机模块电路13包括：第一一阶积分环节电路131、第二一阶积分环节电路132、第三一阶积分环节电路133、高压缸功率比例环节电路134、中压缸功率比例环节电路135、低压缸功率比例环节电路136、第一加法器电路137和第二加法器电路138。

所述第一一阶积分环节电路131的输入端作为所述虚拟汽轮机模块电路13的输入端，接收所述进气量模拟信号；所述第一一阶积分环节电路131的输出端分别连接第二一阶积分环节电路132的输入端和高压缸功率比例环节电路134的输入端。

所述第二一阶积分环节电路132的输出端分别连接第三一阶积分环节电路133的输入端和中压缸功率比例环节电路135的输入端。

所述第三一阶积分环节电路133的输出端连接低压缸功率比例环节电路136的输入端。

该第一一阶积分环节电路131可模拟设置蒸汽容积时间常数Tch；该第二一阶积分环节电路132可模拟设置再热器时间常数Trh；该第三一阶积分环节电路133可模拟设置交叉管时间常数Tco。每个一阶积分环节电路都是由电容和电阻串联而成，通过不同的电容和电阻取值，可实现不同时间常数的设定。

该高压缸功率比例环节电路134可模拟高压缸功率比例FHP；该中压缸功率比例环节电路135可模拟中压缸功率比例FIP；该低压缸功率比例环节电路136可模拟低压缸功率比例FLP。上述每个比例环节电路可由电阻和运算放大器电路组成的，通过不同的电阻取值，可实现不同比例系数的设定。

所述高压缸功率比例环节电路134的输出端连接第一加法器电路137的第一输入端。

所述中压缸功率比例环节电路135的输出端连接第一加法器电路137的第二输入端。

所述第一加法器电路137的输出端连接第二加法器电路138的第一输入端。

所述低压缸功率比例环节电路136的输出端连接第二加法器电路138的第二输入端。

所述第二加法器电路138的输出端作为所述虚拟汽轮机模块电路13的输出端，向所述模数转换电路12发送所述机械功率模拟信号。

本实用新型实施例提供一种VSG中的虚拟汽轮机模块的模拟装置，其包括数模转换电路、模数转换电路及虚拟汽轮机模块电路；该虚拟汽轮机模块电路由一阶积分环节电路、比例环节电路和加法器电路的方式组合形成；数模转换电路的输出端与虚拟汽轮机模块电路的输入端连接，模数转换电路的输入端与虚拟汽轮机模块电路的输出端连接；数模转换电路的输入端通过数据总线接收数字仿真系统中的主汽压力仿真模型的进气量数字信号，进行数模转换后形成进气量模拟信号输出到虚拟汽轮机模块电路中；模数转换电路接收所述虚拟汽轮机模块电路输出的机械功率模拟信号，进行模数转换后形成机械功率数字信号通过数据总线发送至数字仿真系统中的发电机仿真模型。可见，本实用新型实施例可实现对VSG中虚拟汽轮机模块的模拟，为研究VSG输出特性及电力系统特性奠定了基础。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。