[发明专利]一种基于模态分析法的多VSG并网功频振荡评估方法

说明书

本发明提出一种基于模态分析法的多虚拟同步发电机(VSG)并网功频振荡评估方法，以VSG有功控制环路和无功控制环路解耦为基础，采用类比法构建了有功控制环路的等效二端网络；计及电网阻抗的影响，构建了多VSG并网系统的机械导纳模型；根据机械导纳模型建立系统的回路阻抗矩阵，利用模态分析法求解系统的模态导纳频谱，确定功频振荡的发生频率；最后评估系统中各VSG的灵敏度。本发明无需建立复杂的高阶传递函数即可确定系统的振荡频率，计算量小，并且能够提供系统的振荡影响范围以及系统各元件对振荡的参与度等信息，可为解决当前高渗透率新能源并网工程应用中出现的功频振荡问题提供重要的方法。

技术领域

本发明涉及电力系统低频振荡技术领域，具体涉及一种基于模态分析法的多VSG并网功频振荡评估方法。

背景技术

近年来，随着光伏、风电等分布式电源在电网中渗透率逐步提高，传统同步发电机(SG)等旋转部件的比例逐渐降低，导致电网中严重缺乏惯量和阻尼，不利于电力系统的安全、稳定运行。虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator，VSG)凭借其可为新能源并网提供必要的转动惯量、阻尼以及频率和电压调节支撑等诸多优点成为当前的研究热点。然而，当越来越多的电力电子设备接入电网时，出现了区别于传统旋转振荡的电力电子化新型振荡风险。

针对多逆变器接入交流系统出现的新型振荡稳定性问题，目前研究中所采用的基于阻抗分析的小信号建模方法，根据控制时间尺度不同，可分为以下两种：一种是基于电压与电流间的传递函数构建阻抗模型，其被广泛应用在新能源并网稳定性分析、谐波谐振分析和次同步振荡分析等领域；另一种是基于功频控制环路的传递函数构建机械导纳模型。目前，针对多逆变器接入引起的谐波谐振问题的研究相对较为充分，而功频振荡问题的研究则相对较少。通常在确定系统振荡频率时需要构建高阶传递函数，存在计算量大，且不能提供系统各元件对功率振荡的参与程度等信息的缺点。同时，还未有文献涉及除频域分析法以外的其它方法。为解决上述问题，本发明提出一种基于模态分析法的多虚拟同步发电机并网功频振荡评估方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于模态分析法的多虚拟同步发电机(VSG)并网功频振荡评估方法，具体步骤如下：

步骤S1:采用类比法构建虚拟同步发电机(VSG)有功-频率控制环路的等效二端网络；

步骤S2:计及电网阻抗的影响，构建多VSG并网系统的机械导纳模型；

步骤S3:以所述步骤S2中构建的多VSG并网系统的机械导纳模型为基础建立系统的回路阻抗矩阵：采用模态分析法对所述回路阻抗矩阵Z进行特征值分解；采用k次振荡模态表征系统的功频振荡特性；计算待考察系统振荡频率范围内的系统振荡模态导纳，得到系统的模态导纳频谱；

步骤S4:评估系统不同元件在各振荡模态下的电气参数灵敏度。

进一步，所述步骤S1中，第一机械导纳Y_a相当于由一个电容与一个电阻并联构成，Y_a＝Jω_ss+Dω_s；第二机械导纳Y_b相当于由一个电感构成，其中ω_s为系统参考角频率，K_P＝EU_PCC/Z为同步系数，E为VSG输出电压值，U_PCC为公共连接点(point of commoncoupling，PCC)的电压初始值，Z为VSG传输阻抗(输出阻抗与线路阻抗Z_line之和)，J为VSG转动惯量，D为阻尼/下垂系数。