[发明专利]混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法

说明书

本发明公开了一种混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，包括：建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程；得到交直流混合微网AC/DC换流器流器虚拟同步机VSG转子运动方程和无功调节表达式；得到AC/DC换流器输出复功率表达式；建立AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型；得出虚拟控制的小信号模型；得到小信号模型特征值矩阵；得到AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型；分析AC/DC换流器VSG控制系统小信号模型，得出虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D与AC/DC换流器VSG控制系统稳定性之间的关系。本发明采用小信号模型分析交直流混合微网AC/DC接口变换器VSG控制系统稳定性，验证AC/DC接口变换器不管工作于整流模式还是逆变模式，采用VSG控制可以实现功率稳定传输。

技术领域

本发明涉及一种混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，该方法采用小信号模型分析混合微网AC/DC接口变换器VSG控制系统稳定性能的方法，验证虚拟参数取值对VSG控制系统稳定性的影响。

背景技术

交直流混合微电网由交流子网、直流子网以及AC/DC接口变换器组成，交直流混合微网是未来微网发展的高级形式，综合了交流微电网和直流子网两者的优点，增强了多种不同类型微电源和各类形式的负荷接入微电网系统的灵活性，AC/DC接口变换器作为交流子网、直流子网功率传输介质，不仅需要维持子网之间功率动态平衡，还需要保证整个微电网稳定运行。如何通过控制策略实现AC/DC接口变换器功率稳定传输，是保障交直流混合微电网协调运行的关键。

交直流混合微电网中AC/DC接口变换器通常采用下垂控制，常规下垂控制不具备惯性和阻尼环节，无法维持分布式电源高渗透率混合微电网换流器控制系统稳定。通过模仿传统同步发电机使AC/DC接口变换器具备惯性的控制策略，即虚拟同步机(VirtualSynchronous Generation,VSG)控制策略，受到了业内的广泛关注。虚拟同步机暂态变换过程中缓冲能量变化量采用虚拟转动惯量J变化表征，各种摩擦阻力采用虚拟阻尼系数D变化量表征。为了验证混合微网AC/DC换流器VSG控制系统的稳定性，需要通过小信号模型分析法分析虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D对控制系统稳定性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，具体采用小信号模型分析混合微网AC/DC接口变换器VSG控制系统稳定性制，分析虚拟转动惯量J及虚拟阻尼系数D小信号模型的四个特征根，验证J、D取值对VSG控制系统稳定性的影响。

本发明采取如下技术方案来实现的：

混合微网换流器虚拟同步机小信号模型分析方法，包括以下步骤：

1)建立交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程；

2)根据交流子网有功出力调节量、直流子网有功出力调节量与AC/DC换流器功率调节量相等，混合微电网瞬时有功变化量相同，根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，模拟同步发电机，得到交直流混合微网AC/DC换流器流器虚拟同步机VSG转子运动方程和无功调节表达式；

3)根据步骤1)交直流混合微网AC/DC换流器交流侧功率传输方程，得到AC/DC换流器输出复功率表达式；

4)根据步骤3)AC/DC换流器输出复功率表达式，建立AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型；

5)当VSG控制系统处于稳定运行状态，根据步骤4)AC/DC换流器传输有功、无功功率小信号模型并结合步骤2)交直流混合微网AC/DC换流器流器VSG转子运动方程，得出虚拟控制的小信号模型；

6)将步骤5)虚拟控制小信号模型中的电压、功角参数作为矩阵元素，得到小信号模型特征值矩阵；