多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法

本发明属于电力系统频率稳定分析，具体涉及多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法。

背景技术：

1、随着能源转型和技术进步，高比例可再生能源和高比例电力电子设备的电力系统逐渐成为新型电力系统发展的重要趋势。但是，随着依靠电力电子装置接入电网的新能源发电系统占比逐渐增大，系统呈现低惯量以及低阻尼的特性，在系统出现功率扰动时可能导致频率的失稳，给系统的安全稳定运行以及供电可靠性造成威胁。

2、针对上述问题，有学者提出了虚拟同步发电机的概念。虚拟同步发电机控制是将同步发电机的控制特性用数学方程描述出来引入逆变器控制算法中，从而模拟同步发电机的惯量与阻尼特性。虚拟同步机控制技术的引入，给系统提供了阻尼和惯量支撑，改善了系统的暂态稳定性，同时也不可避免的引入了同步发电机的振荡特性，尤其在多虚拟同步机并联时发生扰动的情况下会引发频率振荡。为了优化虚拟同步机系统的频率特性，国内外学者针对单机系统进行控制器设计和建模，很少针对多机并联系统的频率稳定性进行研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，解决了现有技术中存在的多虚拟同步机并联引起的频率振荡问题。

2、本发明所采用的技术方案是：多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，包括以下步骤：

3、步骤1、根据虚拟同步机有功频率控制模型得到第i个虚拟同步机的输出角频率ωi；

4、步骤2、将第i个虚拟同步机与邻居虚拟同步机进行分布式信息交互，得到各邻居虚拟同步机的输出角频率ωij，进而求得邻居输出角频率的平均值

5、步骤3、根据步骤1求得的输出角频率ωi和步骤2求得的邻居输出角频率平均值计算附加惯量项；

6、步骤4、在虚拟同步机转子运动方程中加入附加惯量项，实现频率振荡的抑制。

7、本发明的特点还在于，

8、步骤1中虚拟同步机有功频率控制模型的表达式为：

9、

10、式中，p0i、ω0为第i个虚拟同步机在额定工况下的机械功率以及角频率，pti、ωi为第i个虚拟同步机实际运行时的机械功率以及实际输出的角频率，kωi为第i个虚拟同步机的有功下垂系数；ji为第i个虚拟同步机的转子转动惯量，di为第i个虚拟同步机的阻尼系数；pei为第i个虚拟同步机输出的电磁功率，通过对虚拟同步机输出的三相电压和电流进行有功功率计算得到；δi为第i个虚拟同步机的相位角，δωi为第i个虚拟同步机角频率变化量，t为系统的运行时间。

11、步骤2中平均值的计算公式为：

12、

13、式中，ni为第i个虚拟同步机的邻居的集合定义，ωij为第i个虚拟同步机相邻的第j个虚拟同步机的输出角频率，n为第i个虚拟同步机的邻居虚拟同步机数量，为第i个虚拟同步机邻居输出角频率的平均值。

14、步骤3中附加惯量项的表达式为：

15、

16、式中，δji为第i个虚拟同步机的转子转动惯量变化量，jxi定义为第i个虚拟同步机的附加惯量系数，jmi定义为第i个虚拟同步机的交互惯量系数，ni为第i个虚拟同步机的邻居的集合定义，t为系统的运行时间。

17、步骤4中在虚拟同步机转子运动方程中加入附加惯量项，得到改进后的转子运动方程表示为：

18、

19、式中，ji为第i个虚拟同步机的转子转动惯量，δji为第i个虚拟同步机的转子转动惯量变化量，di为第i个虚拟同步机的阻尼系数；pti为第i个虚拟同步机实际运行时的机械功率，pei为第i个虚拟同步机输出的电磁功率，通过对虚拟同步机输出的三相电压和电流进行有功功率计算得到；δωi为第i个虚拟同步机角频率变化量，t为系统的运行时间。

20、本发明的有益效果是：本发明的多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，提出了多虚拟同步机频率振荡惯量控制策略，通过对各虚拟同步机惯量的自适应调整，显著改善了多虚拟同步机系统的动态特性，缩短了系统的暂态响应时间，有效地抑制了频率振荡，提高了系统的频率稳定性。

技术特征：

1.多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，其特征在于，所述步骤1中虚拟同步机有功频率控制模型的表达式为：

3.如权利要求1所述的多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，其特征在于，所述步骤2中平均值的计算公式为：

4.如权利要求1所述的多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，其特征在于，所述步骤3中附加惯量项的表达式为：

5.如权利要求1所述的多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，其特征在于，所述步骤4中在虚拟同步机转子运动方程中加入附加惯量项，得到改进后的转子运动方程表示为：

技术总结本发明公开的多虚拟同步机并联运行分布式自适应虚拟惯量计算方法，提出了多虚拟同步机频率振荡惯量控制策略，首先根据虚拟同步机有功频率控制模型得到虚拟同步机的输出角频率，其次基于分布式控制架构得到邻居虚拟同步机的输出角频率，从而求得邻居虚拟同步机输出角频率的平均值，在此基础上计算附加惯量项，得到改进后的转子运动方程。本发明应用后显著改善了多虚拟同步机系统的动态特性，缩短了系统的暂态响应时间，有效地抑制了频率振荡，提高了系统的频率稳定性。技术研发人员：曹戈,吴晗冰,贾嵘,马富齐,李沛航,党建,靳彦鹏,牛思育受保护的技术使用者：西安理工大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10