本發(fā)明涉及新型電力系統(tǒng)的領(lǐng)域，特別是一種含虛擬同步機(jī)的新型電力系統(tǒng)建模方法。

背景技術(shù)：

1、伴隨著能源轉(zhuǎn)型的加速和分布式能源的發(fā)展，新型電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電的占比不斷增加，導(dǎo)致系統(tǒng)慣量水平降低、抗干擾能力下降。同時(shí)，可再生能源設(shè)備出力的隨機(jī)波動(dòng)、負(fù)荷的不確定性波動(dòng)會(huì)引發(fā)電網(wǎng)運(yùn)行電壓波動(dòng)大、電網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜度增加等問題。虛擬同步機(jī)vsg(virtual?synchronous?generator)技術(shù)可以模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，為電力系統(tǒng)提供虛擬慣量和阻尼，從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而，虛擬同步機(jī)vsg的建模是一個(gè)復(fù)雜的問題，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)建模方法難以準(zhǔn)確描述虛擬同步機(jī)vsg的動(dòng)態(tài)特性。因此本發(fā)明提出了一種含虛擬同步機(jī)vsg的新型電力系統(tǒng)建模方法，該方法構(gòu)建了帶有反饋調(diào)節(jié)的無功控制環(huán)，實(shí)現(xiàn)了含虛擬同步機(jī)vsg的新型電力系統(tǒng)建模，為后續(xù)對新型電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性分析提供模型支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：

2、s1：構(gòu)建帶有反饋調(diào)節(jié)的無功控制環(huán)，利用傳統(tǒng)電力系統(tǒng)建模理論推導(dǎo)出單臺虛擬同步機(jī)vsg在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸下的狀態(tài)空間方程；

3、s2：利用坐標(biāo)變換理論，將單臺虛擬同步機(jī)vsg的狀態(tài)空間方程從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)系x-y軸，構(gòu)建虛擬同步機(jī)vsg主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)在公共坐標(biāo)系x-y軸下的整體狀態(tài)空間方程；

4、s3：結(jié)合節(jié)點(diǎn)電壓線性化方程和系統(tǒng)整體狀態(tài)空間方程，推導(dǎo)得到新型電力系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣。

5、所述步驟s1包括：

6、s1-1：針對虛擬同步機(jī)vsg，提出帶有反饋調(diào)節(jié)的無功控制環(huán)，其結(jié)構(gòu)包括：以參考無功功率qref與輸出無功功率qo之差為輸入；無功系數(shù)kq為前向通道，與反饋系數(shù)kf組成負(fù)反饋回路；反饋回路的輸出與參考電動(dòng)勢eref之和為輸出電動(dòng)勢e；

7、s1-2：忽略電壓電流雙閉環(huán)中的微分方程，減少電壓電流雙閉環(huán)中pi控制參數(shù)對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性造成的影響，構(gòu)建虛擬同步機(jī)vsg控制環(huán)節(jié)的微分方程為：

8、

9、式(1)中，δ為輸出功角，ω為輸出角頻率，ωref為參考角頻率，pref為參考有功功率，po為輸出有功功率，h為慣量，d為阻尼；

10、s1-3：對式(1)進(jìn)行小信號處理，得到虛擬同步機(jī)vsg控制環(huán)節(jié)的線性化方程為：

11、

12、式(2)中，δδ為功角偏差量，δω為角頻率偏差量，δe為電動(dòng)勢偏差，δpo和δqo分別為有功功率偏差量和無功功率偏差量，用線性方程表示為：

13、

14、式(3)中，δud、δuq與δid、δiq為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸的節(jié)點(diǎn)電壓和節(jié)點(diǎn)電流的偏差量，ud、uq與id、iq為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸的輸出電壓和輸出電流；

15、s1-4：利用電力系統(tǒng)狀態(tài)空間建模理論，結(jié)合式(1)、式(2)、式(3)，構(gòu)建單臺虛擬同步機(jī)vsg在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸下的狀態(tài)空間方程為：

16、

17、式(4)中，avsg、bivsg、bvvsg、cvsg和dvsg為系數(shù)矩陣，其表達(dá)式分別為：

18、

19、式(5)中，zl為單臺虛擬同步機(jī)vsg與電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的線路阻抗。

20、所述步驟s2包括：

21、s2-1：將單臺虛擬同步機(jī)vsg在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸下的狀態(tài)空間方程轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)系x-y軸的坐標(biāo)變換公式為：

22、

23、式(6)中，ux、uy與ix、iy為公共坐標(biāo)系x-y軸的節(jié)點(diǎn)電壓和節(jié)點(diǎn)電流；

24、s2-2：結(jié)合式(4)、式(6)，將單臺虛擬同步機(jī)vsg的狀態(tài)空間方程從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)系x-y軸，得到單臺虛擬同步機(jī)vsg在公共坐標(biāo)系x-y軸下的狀態(tài)空間方程為：

25、

26、式(7)中，δux、δuy與δix、δiy為公共坐標(biāo)系x-y軸的節(jié)點(diǎn)電壓和節(jié)點(diǎn)電流的偏差量，矩陣和的表達(dá)式分別為：

27、

28、s2-3：組合各臺虛擬同步機(jī)vsg在公共坐標(biāo)系x-y軸下的狀態(tài)空間方程，得到虛擬同步機(jī)vsg主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)的整體狀態(tài)空間方程為：

29、

30、式(9)中，矩陣δim和δum為全部虛擬同步機(jī)vsg的節(jié)點(diǎn)注入電流和節(jié)點(diǎn)電壓偏差向量矩陣；矩陣am、bm、cm和dm的表達(dá)式分別為：

31、

32、式(10)中，j為虛擬同步機(jī)臺數(shù)。

33、所述步驟s3包括：

34、s3-1：基于電力系統(tǒng)建模理論，將電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓方程用實(shí)部與虛部的形式表示為：

35、

36、式(11)中，gii與bii分別表示第i個(gè)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣yii的實(shí)部和虛部，uxi、uyi與ixi、iyi分別表示公共坐標(biāo)系x-y軸的第i個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓與第i個(gè)節(jié)點(diǎn)電流的實(shí)部和虛部，i＝1,2,…,r，r為電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；

37、s3-2：將式(11)線性化處理，得到節(jié)點(diǎn)電壓的線性化方程為：

38、

39、式(12)中，δugen、δigen表示所有虛擬同步機(jī)vsg節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓和注入電流偏差向量矩陣，δuload、δiload為所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓和注入電流偏差向量矩陣，矩陣ygg表示虛擬同步機(jī)vsg節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)納矩陣，矩陣yll表示負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)納矩陣，矩陣ygl與ylg為虛擬同步機(jī)vsg節(jié)點(diǎn)與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的導(dǎo)納矩陣；

40、s3-3：結(jié)合式(9)、式(12)，推導(dǎo)含虛擬同步機(jī)vsg的新型電力系統(tǒng)狀態(tài)矩陣a為：

41、

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案的原理和優(yōu)點(diǎn)如下：

43、本發(fā)明公開一種含虛擬同步機(jī)的新型電力系統(tǒng)建模方法，包括以下步驟：s1：構(gòu)建帶有反饋調(diào)節(jié)的無功控制環(huán)，利用傳統(tǒng)電力系統(tǒng)建模理論推導(dǎo)出單臺虛擬同步機(jī)vsg在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸下的狀態(tài)空間方程；s2：利用坐標(biāo)變換理論，將單臺虛擬同步機(jī)vsg的狀態(tài)空間方程從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q軸轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)系x-y軸，構(gòu)建虛擬同步機(jī)vsg主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)在公共坐標(biāo)系x-y軸下的整體狀態(tài)空間方程；s3：結(jié)合節(jié)點(diǎn)電壓線性化方程和系統(tǒng)整體狀態(tài)空間方程，推導(dǎo)得到新型電力系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣。本發(fā)明構(gòu)建了帶有反饋調(diào)節(jié)的無功控制環(huán)，實(shí)現(xiàn)了含虛擬同步機(jī)vsg的新型電力系統(tǒng)建模，為后續(xù)對新型電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性分析提供模型支撐。

技術(shù)特征：

1.含虛擬同步機(jī)的新型電力系統(tǒng)建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含虛擬同步機(jī)的新型電力系統(tǒng)建模方法，其特征在于，所述步驟s1包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含虛擬同步機(jī)的新型電力系統(tǒng)建模方法，其特征在于，所述步驟s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的含虛擬同步機(jī)的新型電力系統(tǒng)建模方法，其特征在于，所述步驟s3包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種含虛擬同步機(jī)的新型電力系統(tǒng)建模方法，包括以下步驟：S1：構(gòu)建帶有反饋調(diào)節(jié)的無功控制環(huán)，利用傳統(tǒng)電力系統(tǒng)建模理論推導(dǎo)出單臺虛擬同步機(jī)VSG在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d?q軸下的狀態(tài)空間方程；S2：利用坐標(biāo)變換理論，將單臺虛擬同步機(jī)VSG的狀態(tài)空間方程從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d?q軸轉(zhuǎn)換到公共坐標(biāo)系x?y軸，構(gòu)建虛擬同步機(jī)VSG主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)在公共坐標(biāo)系x?y軸下的整體狀態(tài)空間方程；S3：結(jié)合節(jié)點(diǎn)電壓線性化方程和系統(tǒng)整體狀態(tài)空間方程，推導(dǎo)得到新型電力系統(tǒng)的狀態(tài)矩陣。本發(fā)明構(gòu)建了帶有反饋調(diào)節(jié)的無功控制環(huán)，實(shí)現(xiàn)了含虛擬同步機(jī)VSG的新型電力系統(tǒng)建模，為后續(xù)對新型電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性分析提供模型支撐。

技術(shù)研發(fā)人員：楊苓,李毅博,劉文迪,連晨曦,廖鈞濠,何奇峻,許釗洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23