[发明专利]一种匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法

说明书

一种匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法，属于惯量匹配技术领域。根据虚拟同步机转子运动方程和虚拟同步机输出有功功率表达式求得电网频率与输出有功功率之间的小信号模型，得到在电网频率变化时虚拟同步机输出有功功率的最大值，即储能需配置的功率。并由此提出了虚拟同步机储能容量与虚拟惯量的匹配方法。实现了储能容量与虚拟惯量间的优化配置，为虚拟同步机技术的应用和发展提供重要的方法。

技术领域

本发明属于惯量匹配技术领域，尤其是涉及一种匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法。

背景技术

近年来，由于能源问题和环境压力的不断增大，诸如光伏发电、风力发电等分布式发电形式得到了快速发展。逆变器在电力系统的渗透率愈来愈高，导致传统电力系统结构发生了巨大的变化。为解决分布式电源接入带来的电力系统低惯性、低阻尼问题，有学者提出了虚拟同步机(Virtual Synchronous Machine,VSM)的概念，近些年对VSM的研究表明，VSM可有效增加电力系统的惯性和阻尼，抑制电力系统的振荡，增强电力系统的稳定性。而系统的惯性和阻尼需要通过储能系统提供，因而VSM的储能容量配置与惯量匹配问题亟待解决。

目前国内外学者针对虚拟同步机惯量和阻尼选取方法取得的研究成果：

(1)由曾正等发表于《电力系统自动化》2015年第39卷第13期22-31页，题为“虚拟同步发电机的模型及储能单元优化配置”的论文，该论文通过理论计算，利用储能单元平抑可再生能源出力设计了虚拟同步发电机的储能单元优化配置方法，并未提出一套惯量匹配的方法。

(2)由程冲等发表于《电力系统自动化》2015年第39卷第19期82-89页，题为“虚拟同步发电机的转子惯量自适应控制方法”，以及由JaberAlipoor等发表于《IEEE JOURNALOF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS》,2015年第3卷第2期451-458页，题为“Power System Stabilization Using Virtual Synchronous Generator WithAlternating Moment of Inertia”的文章，通过对频率的监测，实现了虚拟惯量值跟随频率实时变化，但该方法未计及阻尼因子对系统的影响，存在局限性。

(3)由M.A.Torres L等发表于《IEEE Transactions on Energy Conversion》，2014年第29卷第4期833页-840页，题为“Self-Tuning Virtual Synchronous Machine:AControl Strategy for Energy Storage Systems to Support Dynamic FrequencyControl”的文章，提出了一种通过实时监测负载侧频率的方法控制储能单元的充放电，并以此提供实时的虚拟惯量和阻尼，实现了储能系统的充放电优化控制。

综上所述，现有的研究成果未提出明确有效的匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法。本发明提出了一种新的虚拟同步机储能容量配置方法，并在此基础上考虑虚拟惯量与阻尼因子等参数的配合，提出了一种匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法，解决了虚拟同步机储能容量的配置及其为系统所提供惯量大小的问题。

本发明根据虚拟同步机转子运动方程和虚拟同步机输出有功功率表达式求得频率与输出有功功率之间的小信号模型，并以此得到虚拟同步机输出有功功率的最大值，即储能需配置的功率。并由此提出了虚拟同步机储能容量与虚拟惯量的匹配方法。实现了储能容量与虚拟惯量间的优化配置，为虚拟同步机技术的应用和发展提供重要的方法。

由附图1所示的虚拟同步机与同步发电机的等效关系图，虚拟同步机是通过控制方法实现逆变器虚拟同步运行的一种方法，为系统提供惯性和阻尼，提高系统的稳定性。