[发明专利]一种虚拟同步机一次调频性能在线评价方法

说明书

本发明公开了属于分布式发电应用技术领域的一种虚拟同步机一次调频性能在线评价方法。本发明能够完成光伏、风电、储能等分布式发电虚拟同步机的调频性能及调频出力时间的在线评价，能够判断VSG储能单元的最大输出功率是否能够达到控制参数所决定的理论值，也可以判断VSG最大调频时间是否能够达到电网规定的时间限值。本发明将为虚拟同步机一次调频性能评价提供有效的评测方法。

技术领域

本发明属于分布式发电技术领域，尤其涉及一种虚拟同步机响应电网频率波动能力的在线评价方法。

背景技术

随着全球范围内能源短缺与环境恶化问题的凸显，分布式发电(distributedgenerator，DG)因其环保、可持续的特性日益受到人们的重视，大量的可再生能源开始接入电网。然而，与传统的同步发电机组不同，光伏发电没有旋转单元，无法向系统提供惯性支撑，风力发电的旋转单元只能存储少量的动能，也无法为系统提供稳定有效的惯性支撑。随着DG渗透率的不断提高，电力系统中同步发电机装机容量比例不断降低，系统向着低惯性、低阻尼的方向发展，这对电力系统的运行和控制提出了严峻的挑战。为了提高含高渗透率DG的电网的阻尼和惯性，提高电力系统的稳定性，国内外众多学者提出了虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)的概念，即通过模拟同步发电机的转子运动方程和电磁方程设计DG并网逆变器的控制策略，从而使得逆变器具有同步发电机的外特性。VSG拓扑结构如图1所示。

VSG技术以直流侧储能系统的充放电来模拟传统同步发电机转子动能的变化，其出力曲线与VSG的各项参数和电网的频率波动情况有关；储能单元的容量和功率配置则决定了VSG能否实现预期功能以及其参与一次调频的最大时间。近年来，国内外学者主要着眼于VSG的控制策略，对VSG功能在线监测与评价的研究相对较少。部分学者推导了新能源出力波动或电网频率波动时VSG储能单元的出力响应，没有涉及一次调频过程。还有一些研究人员分析了储能单元的出力与VSG虚拟惯量之间的关系，但都没有给出VSG出力能力的合理评价方法。而且随着VSG自适应机制的出现，VSG运行过程中的参数不再固定，一次性的离线计算已经不足以对VSG功能做出准确的评价。

发明内容

本发明提出了一种虚拟同步机一次调频性能在线评价方法，用于监测VSG出力能力能否满足预期的功率曲线以及是否满足一次调频的时间要求，为VSG参数在线整定和储能单元的配置提供了依据。所述一种虚拟同步机一次调频性能在线评价方法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，如图2所示。

下面对该评价方法的步骤做详进行细介绍。

步骤一：访问VSG控制中心获得VSG的控制参数，同时启用电压表、电流表、欧姆表等工具采集VSG硬件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_g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：