CN108462206B - Vsg的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置，涉及虚拟同步发电机技术领域。方法包括：获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；构建VSG并网系统的状态方程；确定VSG并网系统的小信号方程；确定VSG并网系统的小信号空间方程；确定VSG并网系统的传递函数；确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数；根据自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。本发明可以准确确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围，使得VSG的运行更加安全稳定。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟同步发电机技术领域，尤其涉及一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置。
背景技术
近年来，风力发电及光伏发电为代表的新能源发电技术发展迅猛。新能源发电技术多通过电力电子逆变器接口与电网相连，且电力电子逆变器的响应速度快，几乎没有转动惯量和阻尼，这会对电力系统的稳定运行产生负面影响。借鉴传统火力发电机组的运行经验，在新能源发电技术中，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator，简称VSG)技术被广泛应用，VSG技术通过对电力电子逆变器的控制，使逆变电源具有同步发电机的特性，以克服其转动惯量和阻尼不足的问题。
而目前对于VSG技术的研究多集中于控制策略的优化和并网稳定性的分析中，对于VSG的关键参数，如虚拟惯量和阻尼系数的设计确缺乏关注。由于缺乏对VSG的关键参数的设计和研究，使得当前VSG的运行存在不安全不稳定的隐患。
发明内容
本发明的实施例提供一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置，以解决VSG技术中缺乏对VSG的虚拟惯量和阻尼系数的设计，使得当前VSG的运行存在不安全不稳定的隐患的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，包括：
获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；
根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程；
根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程；
根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数；
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数；
根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
具体的，所述根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程，包括：
根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll，构建VSG并网系统的状态方程：
具体的，所述根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程，包括：
根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程：
其中，Kw为VSG的一次调频系数；Kp为VSG的输出功率系数；ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。
具体的，所述根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程，包括：
设置状态量矩阵为x＝[ΔωΔθ]T，输入量为ΔPref，输入量矩阵为u＝[ΔPref]，输出量为ΔPout，输出量矩阵为y＝[ΔPout]；
将所述小信号方程转换为矩阵形式方程：
y＝Cx
C＝[0 Kp]
将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换，获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程：
Y(s)＝C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)
Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果；I为单位矩阵；x0为状态量矩阵x的初值；U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果；s为复变量。
具体的，所述根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数，包括：
根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程，确定VSG并网系统的传递函数：
其中，ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。
具体的，所述根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数，包括：
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数：
和阻尼比函数：
其中，ωn为VSG并网系统的自然振荡频率；ξ为VSG并网系统的阻尼比。
具体的，所述预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件为：
a1≤ξ≤a2
ωnξ≥a3
0≤Dp≤Kw
其中，a1、a2、a3、a4、a5、a6为预先设置的常数；
具体的，根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围，包括：
根据所述自然振荡频率函数和阻尼比函数，对所述约束条件进行整合，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，包括：
相关参数获取单元，用于获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；
状态方程构建单元，用于根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程；
小信号方程确定单元，用于根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程；
小信号空间方程确定单元，用于根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程；
传递函数确定单元，根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数；
自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元，用于根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数；
可选范围确定单元，用于根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
另外，所述状态方程构建单元，具体用于：
根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll，构建VSG并网系统的状态方程：
另外，所述小信号方程确定单元，具体用于：
根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程：
其中，Kw为VSG的一次调频系数；Kp为VSG的输出功率系数；ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。
另外，所述小信号空间方程确定单元，具体用于：
设置状态量矩阵为x＝[ΔωΔθ]T，输入量为ΔPref，输入量矩阵为u＝[ΔPref]，输出量为ΔPout，输出量矩阵为y＝[ΔPout]；
将所述小信号方程转换为矩阵形式方程：
y＝Cx
C＝[0 Kp]
将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换，获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程：
Y(s)＝C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)
Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果；I为单位矩阵；x0为状态量矩阵x的初值；U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果；s为复变量。
另外，所述传递函数确定单元，具体用于：
根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程，确定VSG并网系统的传递函数：
其中，ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。
另外，所述自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元，具体用于：
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数：
和阻尼比函数：
其中，ωn为VSG并网系统的自然振荡频率；ξ为VSG并网系统的阻尼比。
另外，所述可选范围确定单元中的预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件为：
a1≤ξ≤a2
ωnξ≥a3
0≤Dp≤Kw
其中，a1、a2、a3、a4、a5、a6为预先设置的常数；
所述可选范围确定单元，具体用于：
根据所述自然振荡频率函数和阻尼比函数，对所述约束条件进行整合，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；
根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程；
根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程；
根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数；
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数；
根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；
根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程；
根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程；
根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数；
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数；
根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
本发明实施例提供的一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法和装置，通过VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的一系列相关参数，可以依次确定VSG并网系统的状态方程、小信号方程、小信号空间方程、传递函数、自然振荡频率函数和阻尼比函数，从而根据预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，可以准确确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。这样在VSG并网系统中，可以根据该可选范围作为参考来选择VSG的虚拟惯量和阻尼系数，使得VSG的运行更加安全稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法的流程图；
图2为本发明实施例中的从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的典型应用场景示意图；
图3为本发明实施例中的根据约束条件确定的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围示意图；
图4为本发明实施例提供一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，包括：
步骤101、获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数。
步骤102、根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程。
步骤103、根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程。
步骤104、根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程。
步骤105、根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数。
步骤106、根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数。
步骤107、根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
本发明实施例提供的一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，通过VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的一系列相关参数，可以依次确定VSG并网系统的状态方程、小信号方程、小信号空间方程、传递函数、自然振荡频率函数和阻尼比函数，从而根据预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，可以准确确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。这样在VSG并网系统中，可以根据该可选范围作为参考来选择VSG的虚拟惯量和阻尼系数，使得VSG的运行更加安全稳定。
在本发明实施例中，从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的典型应用场景如图2所示，该VSG并网系统20包括虚拟同步发电机21和无穷大电网22。该虚拟同步发电机21包括功率外环部分211、内环控制部分212、脉冲宽度调制部分(Pulse Width Modulation，简称PWM)213以及逆变器214。在该图2中，ω0为VSG的额定角速度，f0为工频(一般为50Hz)，uid，uiq，iid，iiq分别为VSG输出电压、电流的d(即直轴)、q(即交轴)轴分量，uod，uoq分别为PCC点(电力系统公共连接点，Point of Common Coupling)电压的d、q轴分量，iod，ioq分别为输入到无穷大电网电流的d、q轴分量，ugd，ugq分别为无穷大电网电压的d、q轴分量，ω为VSG的电角速度，θ为VSG的电角度，Pout为VSG的输出有功功率，Pref为VSG有功功率参考值，PN为VSG的额定有功功率，Kf为有功下垂系数，J为VSG的虚拟惯量，DP为VSG的阻尼系数，e为VSG的内电势，Rl和Ll是系统短路阻抗的电阻和电感，Cg和Lg逆变器的滤波电容和电感。
具体的，在VSG并网系统20中，内环控制部分212的响应比功率外环部分211快很多，因此可以忽略内环控制部分212动态过程对功率外环部分211的影响，上述步骤102中根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程，可以采用如下方式：
根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll，构建VSG并网系统的状态方程：
具体的，上述步骤103中的根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程，可以采用如下方式：
根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ。
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程：
其中，Kw为VSG的一次调频系数；Kp为VSG的输出功率系数；ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。
具体的，上述步骤104中的根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程，可以采用如下方式：
设置状态量矩阵为x＝[ΔωΔθ]T，输入量为ΔPref，输入量矩阵为u＝[ΔPref]，输出量为ΔPout，输出量矩阵为y＝[ΔPout]。
将所述小信号方程转换为矩阵形式方程：
y＝Cx
C＝[0 Kp]
将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换，获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程：
Y(s)＝C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)
Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果；I为单位矩阵；x0为状态量矩阵x的初值；U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果；s为复变量。
具体的，上述步骤105中的根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数，可以采用如下方式实现：
根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程，确定VSG并网系统的传递函数：
其中，ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。
具体的，上述步骤106中的根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数，可以采用如下方式实现：
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数：
和阻尼比函数：
其中，ωn为VSG并网系统的自然振荡频率；ξ为VSG并网系统的阻尼比。
具体的，上述步骤107中的预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件为如下①至⑤：
①、阻尼比条件：对于VSG，若动态过程中超调过大，可能导致瞬时功率过大，进而使得输出电流过流，为避免功率超调过大，一般设置阻尼比满足：
a1≤ξ≤a2
a1、a2为预先设置的常数，一般a1等于0.8，a2等于1。
②、调节时间条件：调节时间应满足：
ωnξ≥a3
a3为预先设置的常数，一般a3可以为10。
③、内外环解耦条件：为消除内环对功率外环的影响，保证VSG与常规同步电机具有一致的低频特性，内环响应要足够快，因此功率外环带宽频率ωfb需满足：
其中，a4为预先设置的常数，一般a4可以为100。
④、控制稳态误差条件：
一般情况下，稳态误差的表达式为：
Pout＝Pref+(Dp+Kw)(ω0-ωg)
Pout和Pref之间有稳态功率偏差。若电网电能质量较好，则ωg＝ω0，Pout＝Pref。若电网为微电网或末端电网，在稳态时，则Dp越大，稳态功率偏差越大(即一次调频越大)。为减小稳态功率差，Dp应满足：
0≤Dp≤Kw
⑤、惯性时间常数标准范围条件：新能源并网对惯性时间常数Tj的取值有限制，一般认为4s<Tj<12s，根据Tj和J的转换关系
可以得到如下针对J的约束条件：
其中，a5、a6为预先设置的常数，一般情况下，a5为4，a6为12。
具体的，上述步骤107中的根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围，可以采用如下方式：
根据所述自然振荡频率函数和阻尼比函数，对所述约束条件进行整合，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
下面结合一组实际数据来说明具体的结果样例：
以上述图2的场景为例，其中VSG并网系统中各相关参数(部分参数)如下表1所示：
表1：VSG并网系统部分参数
根据上述步骤101至步骤107，最终可以确定VSG的虚拟惯量J和阻尼系数Dp的可选范围如图3所示，可见，经过各约束条件最终虚拟惯量J和阻尼系数Dp的可选范围处于中部阴影区域。
对应于上述图1所示的方法实施例，如图4所示，本发明实施例还提供一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，包括：
相关参数获取单元31，用于获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数。
状态方程构建单元32，用于根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程。
小信号方程确定单元33，用于根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程。
小信号空间方程确定单元34，用于根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程。
传递函数确定单元35，根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数。
自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元36，用于根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数。
可选范围确定单元37，用于根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
另外，所述状态方程构建单元32，具体用于：
根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll，构建VSG并网系统的状态方程：
另外，所述小信号方程确定单元33，具体用于：
根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程：
其中，Kw为VSG的一次调频系数；Kp为VSG的输出功率系数；ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。
另外，所述小信号空间方程确定单元34，具体用于：
设置状态量矩阵为x＝[ΔωΔθ]T，输入量为ΔPref，输入量矩阵为u＝[ΔPref]，输出量为ΔPout，输出量矩阵为y＝[ΔPout]；
将所述小信号方程转换为矩阵形式方程：
y＝Cx
C＝[0 Kp]
将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换，获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程：
Y(s)＝C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)
Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果；I为单位矩阵；x0为状态量矩阵x的初值；U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果；s为复变量。
另外，所述传递函数确定单元35，具体用于：
根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程，确定VSG并网系统的传递函数：
其中，ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。
另外，所述自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元36，具体用于：
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数：
和阻尼比函数：
其中，ωn为VSG并网系统的自然振荡频率；ξ为VSG并网系统的阻尼比。
另外，所述可选范围确定单元37中的预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件为：
a1≤ξ≤a2
ωnξ≥a3
0≤Dp≤Kw
其中，a1、a2、a3、a4、a5、a6为预先设置的常数；
所述可选范围确定单元37，具体用于：
根据所述自然振荡频率函数和阻尼比函数，对所述约束条件进行整合，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
本发明实施例提供的一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，通过VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的一系列相关参数，可以依次确定VSG并网系统的状态方程、小信号方程、小信号空间方程、传递函数、自然振荡频率函数和阻尼比函数，从而根据预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，可以准确确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。这样在VSG并网系统中，可以根据该可选范围作为参考来选择VSG的虚拟惯量和阻尼系数，使得VSG的运行更加安全稳定。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数。
根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程。
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程。
根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程。
根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数。
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数。
根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
另外，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数。
根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程。
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程。
根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程。
根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数。
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数。
根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。
Claims (16)
1.一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，其特征在于，包括：
获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；
所述相关参数包括：VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll；
根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程；
根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程；
根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数；
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数；
根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
2.根据权利要求1所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，其特征在于，所述根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程，包括：
根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll，构建VSG并网系统的状态方程：
3.根据权利要求2所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，其特征在于，所述根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程，包括：
根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程：
其中，Kw为VSG的一次调频系数；Kp为VSG的输出功率系数；ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。
4.根据权利要求3所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，其特征在于，所述根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程，包括：
设置状态量矩阵为x＝[ΔωΔθ]T，输入量为ΔPref，输入量矩阵为u＝[ΔPref]，输出量为ΔPout，输出量矩阵为y＝[ΔPout]；
将所述小信号方程转换为矩阵形式方程：
y＝Cx
C＝[0 Kp]
将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换，获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程：
Y(s)＝C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)
Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果；I为单位矩阵；x0为状态量矩阵x的初值；U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果；s为复变量。
5.根据权利要求4所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，其特征在于，所述根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数，包括：
根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程，确定VSG并网系统的传递函数：
其中，ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。
6.根据权利要求5所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，其特征在于，所述根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数，包括：
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数：
和阻尼比函数：
其中，ωn为VSG并网系统的自然振荡频率；ξ为VSG并网系统的阻尼比。
7.根据权利要求6所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定方法，其特征在于，所述预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件为：
a1≤ξ≤a2
ωnξ≥a3
0≤Dp≤Kw
其中，a1、a2、a3、a4、a5、a6为预先设置的常数；
所述根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围，包括：
根据所述自然振荡频率函数和阻尼比函数，对所述约束条件进行整合，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
8.一种VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，其特征在于，包括：
相关参数获取单元，用于获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；
所述相关参数包括：VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll；
状态方程构建单元，用于根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程；
小信号方程确定单元，用于根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程；
小信号空间方程确定单元，用于根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程；
传递函数确定单元，根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数；
自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元，用于根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数；
可选范围确定单元，用于根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
9.根据权利要求8所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，其特征在于，所述状态方程构建单元，具体用于：
根据VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll，构建VSG并网系统的状态方程：
10.根据权利要求9所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，其特征在于，所述小信号方程确定单元，具体用于：
根据所述状态方程将作为状态量的VSG的电角速度ω和VSG的电角度θ分别转换为对应的VSG的电角速度扰动信号Δω和VSG的电角度扰动信号Δθ；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程：
其中，Kw为VSG的一次调频系数；Kp为VSG的输出功率系数；ΔPref为VSG的有功功率参考值扰动信号。
11.根据权利要求10所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，其特征在于，所述小信号空间方程确定单元，具体用于：
设置状态量矩阵为x＝[ΔωΔθ]T，输入量为ΔPref，输入量矩阵为u＝[ΔPref]，输出量为ΔPout，输出量矩阵为y＝[ΔPout]；
将所述小信号方程转换为矩阵形式方程：
y＝Cx
C＝[0 Kp]
将所述矩阵形式方程进行拉普拉斯变换，获得以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程：
Y(s)＝C(sI-A)-1x0+C(sI-A)-1BU(s)
Y(s)为输出量矩阵y的拉普拉斯变换后的结果；I为单位矩阵；x0为状态量矩阵x的初值；U(s)为输入量矩阵u的拉普拉斯变换后的结果；s为复变量。
12.根据权利要求11所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，其特征在于，所述传递函数确定单元，具体用于：
根据所述以频域形式表示的VSG并网系统的小信号空间方程，确定VSG并网系统的传递函数：
其中，ΔPout为VSG的输出有功功率扰动信号。
13.根据权利要求12所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，其特征在于，所述自然振荡频率函数和阻尼比函数确定单元，具体用于：
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数：和阻尼比函数：
其中，ωn为VSG并网系统的自然振荡频率；ξ为VSG并网系统的阻尼比。
14.根据权利要求13所述的VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围确定装置，其特征在于，所述可选范围确定单元中的预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件为：
a1≤ξ≤a2
ωnξ≥a3
0≤Dp≤Kw
其中，a1、a2、a3、a4、a5、a6为预先设置的常数；
所述可选范围确定单元，具体用于：
根据所述自然振荡频率函数和阻尼比函数，对所述约束条件进行整合，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；
所述相关参数包括：VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll；
根据所述相关参数构建VSG并网系统的状态方程；
根据所述状态方程确定VSG并网系统的小信号方程；
根据所述小信号方程确定VSG并网系统的小信号空间方程；
根据所述小信号空间方程确定VSG并网系统的传递函数；
根据所述传递函数确定VSG并网系统的自然振荡频率函数和阻尼比函数；
根据所述自然振荡频率函数、阻尼比函数以及预先设置的与所述自然振荡频率函数和阻尼比函数相关的约束条件，确定VSG的虚拟惯量和阻尼系数的可选范围。
16.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
获取从VSG到无穷大电网所构成的VSG并网系统的相关参数；
所述相关参数包括：VSG的电角速度ω、VSG的虚拟惯量J、VSG的额定角速度ω0、VSG的输出有功功率Pout、VSG的阻尼系数Dp、VSG的额定有功功率PN、VSG的有功下垂系数Kf、工频f0、VSG的有功功率参考值Pref、VSG的电角度θ、无穷大电网的电压Ug、VSG的输出电压Uo以及VSG并网系统中的短路阻抗的电感Ll；
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