CN114566962A - 一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法 - Google Patents

一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法 Download PDF

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CN114566962A CN202210246223.0A CN202210246223A CN114566962A CN 114566962 A CN114566962 A CN 114566962A CN 202210246223 A CN202210246223 A CN 202210246223A CN 114566962 A CN114566962 A CN 114566962A
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Abstract

本发明公开了一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法，构建分布式系统输出端口数学模型并赋初值，然后通过虚同步机控制器小信号模型构建功率与扰动的传递函数；在此基础之上，通过分析系统阻抗对传递函数极点的影响和相应伯德图的幅频特性，从而判断在分布式系统受到网侧故障导致的扰动后是否会发生同步频率谐振及谐振程度，并在发生后则利用虚拟阻抗环节，进行抑制。

Description

一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法。
背景技术
为了应对全球气候变化，我国将全面推进风电、太阳能发电大规模开发和高质量发展，坚持集中式与分布式并举，加快建设风电和光伏发电基地。到2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。为使分布式能源的调控特性更加接近传统发电机外特性，移植传统电网控制，基于虚拟同步机的并网变流器控制方法，已被广泛应用。由于虚拟同步机并网稳定性比较复杂，研究更灵活有效稳定的基于虚拟同步机的分布式系统是一个亟待解决的问题
我国于2016年底率先实现世界首套大功率光伏虚拟同步机并网。但随着分布式能源在电力系统中的渗透率不断提升，电力系统与分布式电源之间的相互作用越来越明显。一方面，分布式系统通过电力电子器件实现功率转换和并网运行，其中高频特性和非线性特性将影响电能质量。另一方面，如图1-图4所示，电网中的不平衡直流分量和电压暂降/膨胀将导致传输线距离较短的系统输出功率产生同步频率谐振。
目前大多数研究集中于电力系统故障带来的次同步谐振和超同步谐振，针对电压暂降/膨胀下带来的同步频率谐振现象和抑制策略还缺少研究；针对不平衡直流分量下产生的同步频率谐振现象的研究大多集中在减小锁相环带来的误差上。一些谐振补偿方法，如状态反馈解耦的控制方法，无功补偿，过流限制等都存在各种的不足，如建模太过复杂，应用场景有限等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法，对传输线距离较短的系统进行阻抗补偿，使补偿后的系统获得具有较好的抑制同步频率谐振能力，更好地保障分布式系统并网时的安全稳定运行。
为实现上述发明目的，本发明一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、给定分布式能源并网系统的相关参数及输出功率模型GP(s)和功角模型；
Figure BDA0003544756800000021
Figure BDA0003544756800000022
其中，a1,b1,c1为中间变量，R表示系统电阻，L表示系统电感，X表示系统电抗，Vo表示逆变器输出电压，Vg表示电网电压，δ0为功角稳态值，s表示S域，δ为转速控制器的输出功角，ω为转速控制器的输出角频率，ωg为电网角频率；
给定分布式能源并网系统中虚拟同步机中转速控制器的运动方程为：
Figure BDA0003544756800000023
其中，J为转速控制器的虚拟惯性系数，D为阻尼系数，ωn为角频率额定值；；Pn为额定有功功率，Pe为电磁有功功率，等效于输出功率P，fn为频率额定值，fg为电网频率，kp为有功下垂系数；
给定分布式能源并网系统中虚拟同步机中励磁控制器运动方程为：
E＝Vn+k∫Qn-Q+kv(Vn-Vo)dt
其中，E为励磁控制器输出电压幅值，Vn为系统额定相电压有效值，k为励磁控制器运动方程积分系数，Qn为无功功率给定值，Q为系统输出无功功率，Vo为逆变器输出电压，kv为无功下垂系数；
(2)、设计虚拟阻抗环节单元；
Figure BDA0003544756800000031
其中，
Figure BDA0003544756800000032
为dq坐标系下给定的电压参考值，Vod、Voq为dq坐标系下的输出电压值，iod、ioq为dq坐标系下的输出电流值，Rv为虚拟电阻，Lv为虚拟电感；
(3)、不平衡直流分量故障下的谐振判定；
(3.1)、在不平衡直流分量故障下引起同步频率谐振时，建立分布式能源并网系统的有功功率和电网频率的传递函数模型Gpωg(s)；
(3.1.1)、对虚拟同步机中转速控制器的运动方程进行小信号化处理，得到其小信号模型为：
Js·Δω·ωn＝ΔPn-ΔP-kp·Δfg-D·ωn(Δω-Δωg)
其中，Δω为转速控制器的输出角频率扰动，Δωg为转速控制器的输出角频率扰动，Δfg为电网频率扰动；ΔP为系统输出功率扰动，ΔPn为有功功率额定值扰动；
(3.1.2)、构建功角的小信号模型：
Figure BDA0003544756800000033
其中，Δδ为转速控制器的输出功角扰动；
(3.1.3)、将小信号模型和功角模型代入至GP(s)，得到Gpωg(s)；
Figure BDA0003544756800000034
Figure BDA0003544756800000035
其中，Kω、D1、d0～d4均为中间系数；
(3.2)、将分布式能源并网系统的相关参数代入至模型
Figure BDA0003544756800000041
中，然后利用MATLAB画伯德图，在伯德图上观察是否出现谐振峰值，如果观测到谐振峰值，进入步骤(5.1)；如果没有观测到谐振峰值，则表示系统不需额外补偿来抑制谐振，算法结束；
(4)、电压暂降/膨胀故障下的谐振判定；
(4.1)、在电压暂降/膨胀故障下引起同步频率振荡时，建立分布式能源并网系统的无功率和电网电压的传递函数模型
Figure BDA0003544756800000042
(4.1.1)、对虚拟同步机中励磁控制器的运动方程进行小信号化处理，得到其小信号模型为：
Figure BDA0003544756800000043
其中，ΔE为励磁控制器输出电压幅值扰动，ΔQn为无功功率给定值扰动，ΔQ为系统输出无功功率扰动，ΔVo为逆变器输出电压扰动；
(4.1.2)、构建无功功率的小信号模型：
Figure BDA0003544756800000044
其中，Δiod、Δioq为dq坐标系下的输出电流值扰动；ΔVod、ΔVoq为dq坐标系下的输出电压值扰动；Vod0、Voq0为dq坐标系下的输出电压值静态值，iod0、ioq0为dq坐标系下的输出电流值静态值；
Figure BDA0003544756800000045
Figure BDA0003544756800000046
其中A,B为中间系数，δg为电网功角，Q为输出无功功率，Vg为电网电压，ΔVg为电网电压扰动；
(4.1.3)、令ΔE＝ΔVod，结合励磁控制器的小信号模型和无功功率小信号模型ΔQ，得到
Figure BDA0003544756800000051
Figure BDA0003544756800000052
Figure BDA0003544756800000053
其中，m1,m2,m3为中间系数，δn为转速控制器的输出功角与电网功角的差值；
(4.2)、将分布式能源并网系统的相关参数代入至模型
Figure BDA0003544756800000054
中，然后利用MATLAB做
Figure BDA0003544756800000055
的阶跃响应模型，在模型上观察是否出现同步谐振，如果观测到同步谐振，进入步骤(5.2)；如果没有观测到同步谐振，则表示系统不需额外补偿来抑制谐振，算法结束；
(5)、不同故障下的谐振抑制；
(5.1)、将虚拟阻抗环节加入到虚拟同步机中的转速控制器，更新输出功率模型GP(s)：
Figure BDA0003544756800000056
Figure BDA0003544756800000057
然后返回步骤(3.1.3)，将小信号模型和功角模型代入至更新后的GP(s)，得到新的
Figure BDA0003544756800000058
再进入步骤(3.2)，如果此时的伯德图上任然存在谐振峰值，则将虚拟电阻Rv的取值依次增加0.01pu，直到伯德图上不存在谐振峰值，算法结束；
(5.2)、将虚拟阻抗环节加入到虚拟同步机中的励磁控制器，更新无功功率的小信号模型ΔQ：
Figure BDA0003544756800000061
Figure BDA0003544756800000062
Figure BDA0003544756800000063
Figure BDA0003544756800000064
然后返回步骤(4.1.3)更新模型
Figure BDA0003544756800000065
再进入步骤(4.2)，如果此时的阶跃响应模型上任然存在谐振峰值，则将虚拟电阻Rv的取值依次增加0.01pu，直到阶跃响应模型上不存在谐振峰值，算法结束。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法，构建分布式系统输出端口数学模型并赋初值，然后通过虚同步机控制器小信号模型构建功率与扰动的传递函数；在此基础之上，通过分析系统阻抗对传递函数极点的影响和相应伯德图的幅频特性，从而判断在分布式系统受到网侧故障导致的扰动后是否会发生同步频率谐振及谐振程度，并在发生后则利用虚拟阻抗环节，进行抑制。
同时，本发明一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法还具有以下有益效果：
(1)、对当前电网中由不平衡直流分量和电压暂降/膨胀将导致传输线距离较短的系统输出功率产生同步频率谐振，本发明通过加入虚拟阻抗环节可以有效地抑制谐振，这样补偿后的系统获不仅抑制同步频率谐振能力，更好地保障分布式系统并网时的安全稳定运行；
(2)、由于并网逆变器是静置设备，其线路上的电阻数值受到限制，本发明在不新加入其他硬件设备的前提下，仅仅增加虚拟阻抗环节实现对系统阻抗特性的调节，从而降低了成本。
附图说明
图1是电压暂降故障下的无功功率；
图2是电压暂降故障下的有功功率；
图3是不平衡直流分量故障下的有功功率；
图4是不平衡直流分量故障下的无功功率；
图5是本发明一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法流程图；
图6是有功功率和网侧角频率关系伯德图；
图7是无功功率和电网电压关系小信号模型；
图8是加入虚拟阻抗后的有功功率和网侧角频率关系伯德图；
图9是加入虚拟阻抗后不平衡直流分量故障下的有功功率；
图10是加入虚拟阻抗后不平衡直流分量故障下的无功功率；
图11是加入虚拟阻抗后电压膨胀故障下的有功功率；
图12是加入虚拟阻抗后电压膨胀故障下的无功功率。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
在本实施例中，如图5所示，本发明一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法，包括以下步骤：
S1、给定分布式能源并网系统的相关参数及相关模型方程；
给定分布式能源并网系统的相关参数：
在本实施例中，分布式能源并网系统的相关参数如表1所示，设置仿真步长为5e-6s。故障一描述：t＝4s时电网发生0.1pu的电压暂降，仿真时间取10s。故障二描述：t＝3s时，不平衡直流分量以-2％、2％和1％叠加分别叠加于三相电网，t＝5s时结束，仿真时间取10s。故障三描述：t＝0.5s时电网发生0.1pu的电压膨胀，仿真时间取1s。
Figure BDA0003544756800000071
Figure BDA0003544756800000081
表1
给定分布式能源并网系统输出功率模型GP(s)和功角模型：
Figure BDA0003544756800000082
Figure BDA0003544756800000083
其中，a1,b1,c1为中间变量，R表示系统电阻，L表示系统电感，X表示系统电抗，Vo表示逆变器输出电压，Vg表示电网电压，δ0为功角稳态值，s表示S域，δ为转速控制器的输出功角，ω为转速控制器的输出角频率，ωg为电网角频率；
给定分布式能源并网系统中虚拟同步机中转速控制器的运动方程为：
Figure BDA0003544756800000084
其中，J为转速控制器的虚拟惯性系数，D为阻尼系数，ωn为角频率额定值；；Pn为额定有功功率，Pe为电磁有功功率，等效于输出功率P，fn为频率额定值，fg为电网频率，kp为有功下垂系数；
给定分布式能源并网系统中虚拟同步机中励磁控制器运动方程为：
E＝Vn+k∫Qn-Q+kv(Vn-Vo)dt
其中，E为励磁控制器输出电压幅值，Vn为系统额定相电压有效值，k为励磁控制器运动方程积分系数，Qn为无功功率给定值，Q为系统输出无功功率，Vo为逆变器输出电压，kv为无功下垂系数；
S2、设计虚拟阻抗环节单元；
Figure BDA0003544756800000085
其中，
Figure BDA0003544756800000091
为dq坐标系下给定的电压参考值，Vod、Voq为dq坐标系下的输出电压值，iod、ioq为dq坐标系下的输出电流值，Rv为虚拟电阻，Lv为虚拟电感；
S3、不平衡直流分量故障下的谐振判定；
S3.1、在不平衡直流分量故障下引起同步频率谐振时，建立分布式能源并网系统的有功功率和电网频率的传递函数模型
Figure BDA0003544756800000092
S3.1.1、对虚拟同步机中转速控制器的运动方程进行小信号化处理，得到其小信号模型为：
Js·Δω·ωn＝ΔPn-ΔP-kp·Δfg-D·ωn(Δω-Δωg)
其中，Δω为转速控制器的输出角频率扰动，Δωg为转速控制器的输出角频率扰动，Δfg为电网频率扰动；ΔP为系统输出功率扰动，ΔPn为有功功率额定值扰动；
S3.1.2、构建功角的小信号模型：
Figure BDA0003544756800000093
其中，Δδ为转速控制器的输出功角扰动；
S3.1.3、将小信号模型和功角模型代入至GP(s)，得到
Figure BDA0003544756800000094
Figure BDA0003544756800000095
Figure BDA0003544756800000096
其中，Kω、D1、d0～d4均为中间系数；
S3.2、将分布式能源并网系统的相关参数代入至模型
Figure BDA0003544756800000097
中，然后利用MATLAB画伯德图，在伯德图上观察是否出现谐振峰值，如果观测到谐振峰值，进入步骤(5.1)；如果没有观测到谐振峰值，则表示系统不需额外补偿来抑制谐振，算法结束；
在本实施例中，结合表1数据，利用伯德图对有功功率和网侧角频率关系式进行分析，在图6中可以看出在同步频率处出现了谐振尖峰，说明对系统在频率对同步频率信号有放大作用。
S4、电压暂降/膨胀故障下的谐振判定；
S4.1、在电压暂降/膨胀故障下引起同步频率振荡时，建立分布式能源并网系统的无功率和电网电压的传递函数模型GQVg(s)：
S4.1.1、对虚拟同步机中励磁控制器的运动方程进行小信号化处理，得到其小信号模型为：
Figure BDA0003544756800000101
其中，ΔE为励磁控制器输出电压幅值扰动，ΔQn为无功功率给定值扰动，ΔQ为系统输出无功功率扰动，ΔVo为逆变器输出电压扰动；
S4.1.2、构建无功功率的小信号模型：
Figure BDA0003544756800000102
其中，Δiod、Δioq为dq坐标系下的输出电流值扰动；ΔVod、ΔVoq为dq坐标系下的输出电压值扰动；Vod0、Voq0为dq坐标系下的输出电压值静态值，iod0、ioq0为dq坐标系下的输出电流值静态值；
Figure BDA0003544756800000103
Figure BDA0003544756800000104
其中A,B为中间系数，δg为电网功角，Q为输出无功功率，Vg为电网电压，ΔVg为电网电压扰动；
S4.1.3、令ΔE＝ΔVod，结合励磁控制器的小信号模型和无功功率小信号模型ΔQ，得到
Figure BDA0003544756800000111
Figure BDA0003544756800000112
Figure BDA0003544756800000113
其中，m1,m2,m3为中间系数，δn为转速控制器的输出功角与电网功角的差值；
S4.2、将分布式能源并网系统的相关参数代入至模型
Figure BDA0003544756800000114
中，然后利用MATLAB做
Figure BDA0003544756800000115
的阶跃响应模型，在模型上观察是否出现同步谐振，如果观测到同步谐振，进入步骤S5.2；如果没有观测到同步谐振，则表示系统不需额外补偿来抑制谐振，算法结束；
在本实施例中，在本实施例中，结合表1数据，利用小信号模型判定系统对阶跃信号是否会产生同步频率谐振响应，如图7所示，可以看出在小信号模型产生了同步频率谐振响应。
S5、不同故障下的谐振抑制；
S5.1、将虚拟阻抗环节加入到虚拟同步机中的转速控制器，更新输出功率模型GP(s)：
Figure BDA0003544756800000116
Figure BDA0003544756800000117
然后返回步骤S3.1.3，将小信号模型和功角模型代入至更新后的GP(s)，得到新的
Figure BDA0003544756800000118
再进入步骤S3.2，如果此时的伯德图上仍然存在谐振峰值，则将虚拟电阻Rv的取值依次增加0.01pu，直到伯德图上不存在谐振峰值，算法结束；
在本实施例中，如图8所示，从伯德图可以看出在虚拟电阻取为0.05pu时，对同步频率信号具有良好的抑制作用。我们在故障二实验下，进行抑制效果验证，如图9所示，展示了有功功率响应曲线，图10展示了无功功率响应曲线，可以看出当虚拟电阻取为0.05pu，对实施例在电不平衡直流分量故障下下所导致的同步频率谐振有良好的抑制作用。
S5.2、将虚拟阻抗环节加入到虚拟同步机中的励磁控制器，更新无功功率的小信号模型ΔQ：
Figure BDA0003544756800000121
Figure BDA0003544756800000122
Figure BDA0003544756800000123
Figure BDA0003544756800000124
然后返回步骤S4.1.3更新模型
Figure BDA0003544756800000125
再进入步骤S4.2，如果此时的阶跃响应模型上仍然存在谐振峰值，则将虚拟电阻Rv的取值依次增加0.01pu，直到阶跃响应模型上不存在谐振峰值，算法结束。
在本实施例中，我们分别在故障一：电压暂降故障下谐振验证；以及故障三：电压膨胀故障下谐振抑制验证。因为故障一和故障三相对于模型是一个绝对值相反的阶跃输入，所以直接在故障三中验证虚拟阻抗环节抑制效果。对实施例在故障三条件下的抑制效果进行模拟，取虚拟电阻为0.05pu。实验结果如图11和图12所示。可以看出不管是图11所示的有功功率还是图12所示的无功功率，在虚拟电阻为0.05pu，都可以很好的抑制电压膨胀导致的同步频率谐振现象。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种分布式能源并网系统同步频率谐振抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、给定分布式能源并网系统的相关参数及输出功率模型GP(s)和功角模型；
Figure FDA0003544756790000011
Figure FDA0003544756790000012
其中，a1,b1,c1为中间变量，R表示系统电阻，L表示系统电感，X表示系统电抗，Vo表示逆变器输出电压，Vg表示电网电压，δ0为功角稳态值，s表示S域，δ为转速控制器的输出功角，ω为转速控制器的输出角频率，ωg为电网角频率；
给定分布式能源并网系统中虚拟同步机中转速控制器的运动方程为：
Figure FDA0003544756790000013
其中，J为转速控制器的虚拟惯性系数，D为阻尼系数，ωn为角频率额定值；；Pn为额定有功功率，Pe为电磁有功功率，等效于输出功率P，fn为频率额定值，fg为电网频率，kp为有功下垂系数；
给定分布式能源并网系统中虚拟同步机中励磁控制器运动方程为：
E＝Vn+k∫Qn-Q+kv(Vn-Vo)dt
其中，E为励磁控制器输出电压幅值，Vn为系统额定相电压有效值，k为励磁控制器运动方程积分系数，Qn为无功功率给定值，Q为系统输出无功功率，Vo为逆变器输出电压，kv为无功下垂系数；
(2)、设计虚拟阻抗环节单元；
Figure FDA0003544756790000014
其中，
Figure FDA0003544756790000021
为dq坐标系下给定的电压参考值，Vod、Voq为dq坐标系下的输出电压值，iod、ioq为dq坐标系下的输出电流值，Rv为虚拟电阻，Lv为虚拟电感；
(3)、不平衡直流分量故障下的谐振判定；
(3.1)、在不平衡直流分量故障下引起同步频率谐振时，建立分布式能源并网系统的有功功率和电网频率的传递函数模型
Figure FDA0003544756790000022
(3.1.1)、对虚拟同步机中转速控制器的运动方程进行小信号化处理，得到其小信号模型为：
Js·Δω·ωn＝ΔPn-ΔP-kp·Δfg-D·ωn(Δω-Δωg)
其中，Δω为转速控制器的输出角频率扰动，Δωg为转速控制器的输出角频率扰动，Δfg为电网频率扰动；ΔP为系统输出功率扰动，ΔPn为有功功率额定值扰动；
(3.1.2)、构建功角的小信号模型：
Figure FDA0003544756790000023
其中，Δδ为转速控制器的输出功角扰动；
(3.1.3)、将小信号模型和功角模型代入至GP(s)，得到
Figure FDA0003544756790000024
Figure FDA0003544756790000025
Figure FDA0003544756790000026
其中，Kω、D1、d0～d4均为中间系数；
(3.2)、将分布式能源并网系统的相关参数代入至模型
Figure FDA0003544756790000027
中，然后利用MATLAB画伯德图，在伯德图上观察是否出现谐振峰值，如果观测到谐振峰值，进入步骤(5.1)；如果没有观测到谐振峰值，则表示系统不需额外补偿来抑制谐振，算法结束；
(4)、电压暂降/膨胀故障下的谐振判定；
(4.1)、在电压暂降/膨胀故障下引起同步频率振荡时，建立分布式能源并网系统的无功率和电网电压的传递函数模型
Figure FDA0003544756790000031
(4.1.1)、对虚拟同步机中励磁控制器的运动方程进行小信号化处理，得到其小信号模型为：
Figure FDA0003544756790000032
其中，ΔE为励磁控制器输出电压幅值扰动，ΔQn为无功功率给定值扰动，ΔQ为系统输出无功功率扰动，ΔVo为逆变器输出电压扰动；
(4.1.2)、构建无功功率的小信号模型：
Figure FDA0003544756790000033
其中，Δiod、Δioq为dq坐标系下的输出电流值扰动；ΔVod、ΔVoq为dq坐标系下的输出电压值扰动；Vod0、Voq0为dq坐标系下的输出电压值静态值，iod0、ioq0为dq坐标系下的输出电流值静态值；
Figure FDA0003544756790000034
Figure FDA0003544756790000035
其中A,B为中间系数，δg为电网功角，Q为输出无功功率，Vg为电网电压，ΔVg为电网电压扰动；
(4.1.3)、令ΔE＝ΔVod，结合励磁控制器的小信号模型和无功功率小信号模型ΔQ，得到
Figure FDA0003544756790000036
Figure FDA0003544756790000041
Figure FDA0003544756790000042
其中，m1,m2,m3为中间系数，δn为转速控制器的输出功角与电网功角的差值；
(4.2)、将分布式能源并网系统的相关参数代入至模型
Figure FDA0003544756790000043
中，然后利用MATLAB做
Figure FDA0003544756790000044
的阶跃响应模型，在模型上观察是否出现同步谐振，如果观测到同步谐振，进入步骤(5.2)；如果没有观测到同步谐振，则表示系统不需额外补偿来抑制谐振，算法结束；
(5)、不同故障下的谐振抑制；
(5.1)、将虚拟阻抗环节加入到虚拟同步机中的转速控制器，更新输出功率模型GP(s)：
Figure FDA0003544756790000045
Figure FDA0003544756790000046
然后返回步骤(3.1.3)，将小信号模型和功角模型代入至更新后的GP(s)，得到新的
Figure FDA0003544756790000047
再进入步骤(3.2)，如果此时的伯德图上任然存在谐振峰值，则将虚拟电阻Rv的取值依次增加0.01pu，直到伯德图上不存在谐振峰值，算法结束；
(5.2)、将虚拟阻抗环节加入到虚拟同步机中的励磁控制器，更新无功功率的小信号模型ΔQ：
Figure FDA0003544756790000048
Figure FDA0003544756790000049
Figure FDA0003544756790000051
Figure FDA0003544756790000052
然后返回步骤(4.1.3)更新模型
Figure FDA0003544756790000053
再进入步骤(4.2)，如果此时的阶跃响应模型上任然存在谐振峰值，则将虚拟电阻Rv的取值依次增加0.01pu，直到阶跃响应模型上不存在谐振峰值，算法结束。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024016682A1 (zh) * 2022-07-21 2024-01-25 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 电源节点的惯性与一次调频能力评估方法、装置及设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201800572D0 (en) * 2018-01-14 2018-02-28 Zhong Qingchang Reconfiguration of inertia, damping, and fault ride-through for a virtual synchronous machine
CN110854936A (zh) * 2019-10-31 2020-02-28 华北电力大学 一种多虚拟同步发电机并网系统的功频振荡分析方法
WO2020135904A1 (en) * 2018-12-28 2020-07-02 Vestas Wind Systems A/S Virtual synchronous generator with active damping
CN112290561A (zh) * 2020-07-30 2021-01-29 合肥工业大学 基于虚拟并联电阻的虚拟同步机的lc谐振抑制方法
CN113489027A (zh) * 2021-08-03 2021-10-08 李畅 抑制虚拟同步发电机频率振荡的虚拟电感控制方法、程序和系统
CN113824133A (zh) * 2021-09-14 2021-12-21 李畅 Vsg并网系统频率稳定性分析方法及虚拟电网刚度控制方法
CN114123328A (zh) * 2021-11-26 2022-03-01 国网四川省电力公司经济技术研究院 基于暂态能量流的虚拟同步发电机并网控制方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201800572D0 (en) * 2018-01-14 2018-02-28 Zhong Qingchang Reconfiguration of inertia, damping, and fault ride-through for a virtual synchronous machine
WO2020135904A1 (en) * 2018-12-28 2020-07-02 Vestas Wind Systems A/S Virtual synchronous generator with active damping
CN110854936A (zh) * 2019-10-31 2020-02-28 华北电力大学 一种多虚拟同步发电机并网系统的功频振荡分析方法
CN112290561A (zh) * 2020-07-30 2021-01-29 合肥工业大学 基于虚拟并联电阻的虚拟同步机的lc谐振抑制方法
CN113489027A (zh) * 2021-08-03 2021-10-08 李畅 抑制虚拟同步发电机频率振荡的虚拟电感控制方法、程序和系统
CN113824133A (zh) * 2021-09-14 2021-12-21 李畅 Vsg并网系统频率稳定性分析方法及虚拟电网刚度控制方法
CN114123328A (zh) * 2021-11-26 2022-03-01 国网四川省电力公司经济技术研究院 基于暂态能量流的虚拟同步发电机并网控制方法及系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024016682A1 (zh) * 2022-07-21 2024-01-25 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 电源节点的惯性与一次调频能力评估方法、装置及设备

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