[发明专利]一种虚拟同步机一次调频性能在线评价方法

权利要求书

1.一种虚拟同步机一次调频性能在线评价方法，其特征在于利用一种在线评价系统评测虚拟同步机的一次调频性能，该系统由参数在线采集模块(1)、误差检验模块(2)、稳态工作的锁定模块(3)、工作模式判定模块(4)、传递函数模块(5)、阻尼状态判定模块(6)、拉式反变换模块(7)、时域功率变化预测模块(8)、微分模块(9)、积分模块(10)、功率变化率模块(11)、能量变化预测模块(12)、期望功率峰值模块(13)、最大调频时间模块(14)、功率对比模块(15)、时间对比模块(16)组成；

所述一种虚拟同步机一次调频性能在线评价方法包含步骤如下：

步骤一：采集VSG参数和电网运行参数，包括：时间常数H、阻尼系数D、一次调频系数K_f、滤波电抗Z∠α、电网电压U、VSG的内电势E及功角δ、VSG额定容量S_n、储能单元最大功率P_c、储能单元当前最大放电容量E_cout、储能单元当前最大充电容量E_cin、VSG有功参考值P_r及无功参考值Q_r、电网当前频率f及频差Δf；

步骤二：对VSG稳态工作点的理论值(E_s,δ_s)和步骤一中的测量值(E,δ)进行比较，从而检测步骤一所采集的参数是否精确，理论值的计算方法为：

步骤三：根据步骤二的检验结果锁定静态工作点，然后根据静态工作点计算该VSG的同步功率：

步骤四：若电网频率越限，VSG工作在调频模式，可以根据VSG领域通用的转子摇摆方程组与一次调频下垂控制方程建立VSG储能单元出力与电网频率波动量之间的传递函数，VSG参与一次调频的表达式为：

其中*表示标幺值，为同步机的机械功率，由DG出力等效；为额定频率，为电网侧实际频率，结合转子摇摆方程和一次调频表达式可得储能单元出力与电网频率波动量之间的传递函数为：

其中为同步机的电磁功率，由VSG的输出功率等效，为储能单元的出力；ω₀为额定角频率，设同步机极对数为1，则ω₀等于电网同步角频率2πf₀；

步骤五：根据步骤四的计算结果求解传递函数的特征方程，当特征方程有两个不相等的负实根时，系统处于过阻尼状态；特征方程有两个共轭复数跟时，系统处于欠阻尼状态；特征方程有两个相等的负实根时，系统处于临界阻尼状态；

步骤六：对步骤四中的传递函数(4)进行拉普拉斯反变换，得到电网频率发生变化时储能单元输出功率的时域表达式，以电网频率发生阶跃为例，当VSG工作于调频模式，过阻尼状态下的储能单元输出功率时域表达式为：

其中

临界阻尼状态下的储能单元输出功率时域表达式为：

欠阻尼状态下的储能单元输出功率时域表达式为：

其中

步骤七：对储能单元输出功率的时域表达式进行求导运算，得到输出功率在时域的变化率函数；

步骤八：令变化率函数等于0，解出功率极值出现的时间t_max，然后将t_max代入输出功率的时域表达式得到输出功率极值，一般情况下，输出功率取得的第一个极值就是其峰值ΔP_emax；

步骤九：对输出功率的时域表达式进行积分，可以得到储能单元充放电总能量变化的时域表达式；令该表达式的结果等于储能单元当前的剩余容量，求解得到VSG参与调频的时间限值t_limit；

步骤十：将步骤八中得到的预测功率峰值ΔP_emax和储能单元实际最大输出功率进行比较，进而得知该VSG能否满足期望的调频出力曲线；将步骤九中得到的VSG参与调频的时间限值t_limit与国家电网VSG技术导则中规定的最小调频时间进行比较，得出该VSG能否满足调频时间要求；

步骤十一：绘制步骤七、步骤十中预测的功率曲线和能量变化曲线，以及VSG自身能力(即储能单元的最大输出功率和剩余容量)所决定的最大功率曲线和能量变化曲线。