兼顾暂态稳定与频率稳定的VSG有功控制方法

本发明涉及新能源发电领域，具体涉及一种兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法。

背景技术：

1、随着“双碳口号的提出”以风、光为代表的新能源逐渐并入电网，以同步电机为主导的传统电网形态正发生转变。新能源通过电力电子器件接入电网，传统的跟网型变流器则具有低惯量，弱阻尼的特性，使得电力系统强度不断降低，大大增加了失稳风险，为提升“双高”系统稳定性，构网型变流器技术逐渐发展起来，基于虚拟同步电机(vsg)控制策略，通过模拟同步电机的调压调频特性，可以实现与同步电机几乎相同的稳态特性，同时可发挥变流器灵活可控的优势，补偿系统缺失的固有惯性阻尼特性，为系统提供可靠的电压、频率支撑。

2、然而，不同于同步电机，构网型变流器暂态过程中有着过流能力弱、故障穿越能力弱等问题，因此需要施加相应的低电压穿越策略以实现故障期间不脱网并且为电力系统提供无功支撑，但，现有的低电压穿越技术方案通常难以兼顾vsg的暂态稳定性与频率稳定性。

3、因此，为解决以上问题，需要一种兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，能够提升电网故障后构网型变流器的暂态稳定性和频率稳定性，为未来电力系统的建设提供了技术支持。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，能够提升电网故障后构网型变流器的暂态稳定性和频率稳定性，为未来电力系统的建设提供了技术支持。

2、本发明的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，包括：

3、构建关于功角的二阶非线性微分方程；对所述二阶非线性微分方程进行求解，得到电网故障后构网型变流器输出功角的表达式；

4、根据构网型变流器具有的惯性和阻尼特性，得到暂态过程中变流器输出功角的初始条件；基于所述初始条件确定所述输出功角的表达式完整形式；

5、对于输出功角的表达式完整形式，引入功角反馈，得到具有功角反馈的输出功角的表达式；

6、对于具有功角反馈的输出功角的表达式，引入频率反馈，得到具有频率反馈的输出功角的表达式。

7、进一步，所述二阶非线性微分方程为：

8、

9、其中，代表构网型变流器输出功角δ的二阶导数，代表输出功角δ的一阶导数，ε为引入的摄动量，t表示时间；a0、a1、a2分别是输出功率p泰勒展开后的常数项、一次项和二次项对应的系数，p0为构网型变流器的额定功率，ω0为电网的额定角频率，j为构网型变流器有功环控制中的虚拟惯量，d为构网型变流器有功环控制中的虚拟阻尼系数。

10、进一步，所述输出功角的表达式为：

11、

12、其中，c0和是待定常数，t表示时间，a0、a1、a2分别是输出功率p泰勒展开后的常数项、一次项和二次项对应的系数，δf0是输出功角在故障后收敛的稳态值，其值为p0为构网型变流器的额定功率，j为构网型变流器有功环控制中的虚拟惯量，d为构网型变流器有功环控制中的虚拟阻尼系数，ω0为电网的额定角频率。

13、进一步，所述初始条件为：

14、

15、其中，δ(0)表示发生故障前一时刻构网型变流器的输出功角，δ0是构网型变流器稳定运行时输出功角的稳态值，表示故障发生时刻输出功角δ(0)的导数值，△ω(0)表示故障发生时刻构网型变流器输出角频率和电网额定频率之差；xg为电网阻抗；e表示电网故障后构网型变流器的输出电压；ug表示电网电压。

16、进一步，所述输出功角的表达式完整形式为：

17、

18、其中，

19、t表示时间，a0、a1、a2分别是输出功率p泰勒展开后的常数项、一次项和二次项对应的系数，δf0是输出功角在故障后收敛的稳态值，其值为p0为构网型变流器的额定功率，j为构网型变流器有功环控制中的虚拟惯量，d为构网型变流器有功环控制中的虚拟阻尼系数，ω0为电网的额定角频率。

20、进一步，具有功角反馈的输出功角的表达式为：

21、

22、其中，

23、a0、a1、a2分别是第一虚拟功率pn泰勒展开后的常数项、一次项和二次项对应的系数，t表示时间，δf0是输出功角在故障后收敛的稳态值，其值为p0为构网型变流器的额定功率，j为构网型变流器有功环控制中的虚拟惯量，d为构网型变流器有功环控制中的虚拟阻尼系数，ω0为电网的额定角频率；

24、第一虚拟功率pn＝p+k1δ；

25、k1为引入的功角补偿系数；p为构网型变流器的输出功率。

26、进一步，

27、进一步，具有频率反馈的输出功角的表达式为：

28、

29、其中，

30、t表示时间，a0、a1、a2分别是第二虚拟功率pn泰勒展开后的常数项、一次项和二次项对应的系数，δf0是输出功角在故障后收敛的稳态值，其值为p0为构网型变流器的额定功率，j为构网型变流器有功环控制中的虚拟惯量，dn为引入频率补偿后的构网型变流器等效阻尼，ω0为电网的额定角频率；

31、第二虚拟功率pn＝p+ω0k1δ；dn＝d+k2；

32、k1为引入的功角补偿系数，k2为引入的频率补偿系数，d为构网型变流器有功环控制中的虚拟阻尼系数，p为构网型变流器的输出功率。

33、进一步，

34、本发明的有益效果是：本发明公开的一种兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，基于构网型变流器暂态功角解析表达式，设计出了一种vsg有功控制策略，提升了电网故障后构网型变流器的暂态稳定性和频率稳定性，并且可以通过暂态表达式分析功角补偿系数和频率补偿系数对vsg暂态功角轨迹的影响，进而实现对vsg暂态输出特性进行准确调控，为未来新型电力系统的建设提供了技术支持。

技术特征：

1.一种兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：所述二阶非线性微分方程为：

3.根据权利要求1所述的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：所述输出功角的表达式为：

4.根据权利要求1所述的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：所述初始条件为：

5.根据权利要求1所述的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：所述输出功角的表达式完整形式为：

6.根据权利要求1所述的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：具有功角反馈的输出功角的表达式为：

7.根据权利要求6所述的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：具有频率反馈的输出功角的表达式为：

9.根据权利要求8所述的兼顾暂态稳定与频率稳定的vsg有功控制方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种兼顾暂态稳定与频率稳定的VSG有功控制方法，包括：构建关于功角的二阶非线性微分方程；对所述二阶非线性微分方程进行求解，得到电网故障后构网型变流器输出功角的表达式；根据构网型变流器具有的惯性和阻尼特性，得到暂态过程中变流器输出功角的初始条件；基于所述初始条件确定所述输出功角的表达式完整形式；对于输出功角的表达式完整形式，引入功角反馈，得到具有功角反馈的输出功角的表达式；对于具有功角反馈的输出功角的表达式，引入频率反馈，得到具有频率反馈的输出功角的表达式。本发明能够提升电网故障后构网型变流器的暂态稳定性和频率稳定性，为未来电力系统的建设提供了技术支持。技术研发人员：杜雄,马庭豪,张琦,彭宇辉,张杰,任成君受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/11/21