虚拟阻感等效阻尼电路型虚拟同步机动态性能改进方法与流程

本发明涉及电力电子变流器，尤其是涉及虚拟阻感等效阻尼电路型虚拟同步机动态性能改进方法。

背景技术：

1、随着分布式电源的迅速发展，其在电网中的占比也迅速提高。但这也带来许多挑战，尤其是其带来的电力系统的惯量的减少，导致电力系统暂态过程中的频率最大偏移超标，破坏电网频率稳定性，为了让分布式能源系统具有传统发电机一样的惯性，虚拟同步机技术应运而生。然而，虚拟同步机技术复杂的电磁特性使得在功率指令阶跃或外部出现扰动时，会出现较大的输出有功功率振荡和输出频率振荡。

2、为了解决虚拟同步机在功率指令阶跃或外部出现扰动时会出现较大的输出有功功率振荡和输出频率振荡的问题，诸多虚拟同步机的有功功率及频率的暂态振荡抑制方法应运而生。然而，现有的虚拟同步机的有功功率及频率的暂态振荡抑制方法皆通过数学推导的方式来修改系统的传递函数模型，其过程较为复杂且不直观，而且造成相应的控制器参数设计复杂，对于虚拟同步机暂态振荡的抑制效果也有待进一步提高。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供了虚拟阻感等效阻尼电路型虚拟同步机动态性能改进方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供的虚拟阻感等效阻尼电路型虚拟同步机动态性能改进方法，所述方法包括如下步骤：获取虚拟同步机的控制方程，以及所述虚拟同步机的线路阻抗为感性时所述虚拟同步机输出的有功功率；根据所述控制方程和所述有功功率建立所述虚拟同步机的等效rlc谐振电路；在所述等效rlc谐振电路中加入等效虚拟阻感阻尼支路；利用所述等效虚拟阻感阻尼支路抑制所述等效rlc谐振电路的振荡，进而等效抑制所述虚拟同步机在暂态下的有功功率振荡。本发明相较于现有的虚拟同步机暂态振荡抑制方法更加简单直观，相应的控制器参数设计十分简单，便于调节，而且本发明对虚拟同步机暂态振荡的抑制效果十分显著。

3、可选地，所述根据所述控制方程和所述有功功率建立所述虚拟同步机的等效rlc谐振电路包括如下步骤：

4、使用所述控制方程和所述有功功率得到所述虚拟同步机的小信号输出频率和小信号输出功率；

5、利用所述小信号输出频率和所述小信号输出功率得到所述虚拟同步机的小信号模型框图；

6、根据所述小信号模型框图建立所述虚拟同步机的所述等效rlc谐振电路。

7、进一步的，建立所述等效rlc谐振电路有利于将复杂的虚拟同步机结构简单化，便于从电路分析的角度清晰直观的探究虚拟同步机振荡抑制方法。

8、可选地，所述控制方程和所述有功功率分别满足如下关系：

9、，

10、，

11、其中，为所述虚拟同步机的输入端功率指令信号，为所述虚拟同步机的输出端功率信号，为所述虚拟同步机的有功功率下垂控制系数，为所述虚拟同步机的输出角频率，j为虚拟转动惯量，为所述虚拟同步机的额定角频率，p为所述有功功率，e为所述虚拟同步机的输出电压，v为所述虚拟同步机在并网点的母线电压，x为传输线的阻抗值，d为所述输出电压与所述母线电压之间的功率角差。

12、可选地，所述使用所述控制方程和所述有功功率得到所述虚拟同步机的小信号输出频率和小信号输出功率包括如下步骤：

13、对所述控制方程进行小信号线性化处理得到所述小信号输出频率；

14、对所述有功功率进行小信号线性化处理得到所述小信号输出功率。

15、进一步的，所述小信号输出频率和所述小信号输出功率能够为建立所述小信号模型框图提供理论基础。

16、可选地，所述小信号输出频率和所述小信号输出功率分别满足如下关系：

17、，

18、，

19、其中，为所述小信号输出频率，为所述小信号模型框图的输入端功率指令信号，s为拉氏变换算子，为所述小信号输出功率，j为虚拟转动惯量，为所述虚拟同步机的额定角频率，为所述虚拟同步机的有功功率下垂控制系数，e为所述虚拟同步机的输出电压，v为所述虚拟同步机在并网点的母线电压，x为传输线的阻抗值，为所述小信号模型框图中并网点输入信号的角频率，为同步功率系数。

20、可选地，所述根据所述小信号模型框图建立所述虚拟同步机的所述等效rlc谐振电路包括如下步骤：

21、构建与所述小信号模型框图在复频域具有相同结构的等效方框图模型；

22、根据所述等效方框图模型构建rlc电路模型；

23、利用所述小信号模型框图中的参数对所述rlc电路模型中的参数进行等效置换，进而得到所述等效rlc谐振电路。

24、可选地，所述在所述等效rlc谐振电路中加入等效虚拟阻感阻尼支路包括如下步骤：

25、在所述等效rlc谐振电路中并联一个阻尼电阻；

26、在所述阻尼电阻旁并联一个负值电阻，所述负值电阻的阻值在数值上与所述阻尼电阻的阻值相同；

27、在所述负值电阻所在的支路添加一个负值电感，所述负值电感与所述负值电阻为串联关系。

28、进一步的，利用所述阻尼电阻的阻尼作用以及所述负值电感能够在暂态过程中看作开路的特点，增加了所述等效rlc谐振电路中的阻尼电路，有利于抑制所述等效rlc谐振电路中电压与电流的振荡，从而等效抑制所述虚拟同步机中输出频率与所述有功功率的振荡，且不会改变虚拟同步机的稳态功率输出特性。

29、可选地，所述利用所述等效虚拟阻感阻尼支路抑制所述等效rlc谐振电路的振荡，进而等效抑制所述虚拟同步机在暂态下的有功功率振荡包括如下步骤：

30、设计所述等效虚拟阻感阻尼支路中阻尼电阻与负值电感的参数值，使所述等效虚拟阻感阻尼支路能够对所述等效rlc谐振电路的谐振进行抑制；

31、根据所述参数值，将所述等效虚拟阻感阻尼支路与所述小信号模型框图的控制器并联，从而抑制所述虚拟同步机在暂态下的有功功率振荡。

32、进一步的，所述参数值为所述阻尼电阻与所述负值电感的取值，所述等效rlc谐振电路中的输出电流等效于所述小信号模型框图中的输出有功功率，所述等效rlc谐振电路中的输出电压等效于所述小信号模型框图中的输出频率，如果所述等效虚拟阻感阻尼支路能够对所述等效rlc谐振电路的谐振进行抑制，那么所述等效虚拟阻感阻尼支路就能等效抑制所述虚拟同步机的有功功率振荡和频率振荡，改善所述虚拟同步机的暂态性能。

33、可选地，所述阻尼电阻满足如下关系：

34、

35、其中，为所述阻尼电阻，为目标阻尼系数，c为所述rlc电路模型中的等效电容，l为所述rlc电路模型中的等效电感，r为所述rlc电路模型中的等效电阻。

36、进一步的，一般取0.707。

37、可选地，所述负值电感满足如下关系：

38、

39、其中，为所述负值电感，r为所述rlc电路模型中的等效电阻，c为所述rlc电路模型中的等效电容。

40、进一步的，所述负值电感在本实施例中提供的取值范围里能够保证在暂态过程中，所述负值电阻只在稳态时来抵消所述阻尼电阻的对电流流通能力的影响，而在暂态过程中，所述负值电阻不发挥作用。

41、可选地，所述利用所述等效虚拟阻感阻尼支路抑制所述虚拟同步机在暂态下的有功功率振荡包括如下步骤：

42、利用所述等效虚拟阻感阻尼支路调节所述虚拟同步机中信号的极点位置；

43、通过对所述极点位置的调节抑制所述虚拟同步机在暂态下的有功功率振荡。

44、综上所述，本发明通过在虚拟同步机中加入等效虚拟阻感阻尼支路实现对虚拟同步机暂态下的输出有功功率振荡的抑制，本发明相较于现有的虚拟同步机暂态振荡抑制方法更加简单直观，相应的控制器参数设计十分简单，便于调节，而且本发明可以在不改变虚拟同步机的稳态功率输出特性的情况下将虚拟同步机的功率振荡从60%降至10%，对虚拟同步机暂态振荡的抑制效果十分显著。

45、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举可选实施例，并配合相关附图作详细说明如下。