[发明专利]新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法

权利要求书

1.一种新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取传统电力系统控制框图简化后的由负载扰动到频率偏差的传递函数；

步骤2：根据所述简化后的传递函数计算频率调节的性能指标，类比同步发电机和直流母线电容，利用所述直流母线电容中储存的能量模拟所述同步发电机产生虚拟惯量，并导出虚拟惯量常数的表达式；

步骤3：根据所述性能指标确定目标惯性常数，同时根据所述虚拟惯量常数的表达式确定所述直流母线电容、电压额定值和最大电压偏差，并引入高通滤波器实现直流母线电容的电压自恢复功能，在频率达到稳态时，禁用逆变器的惯量模拟功能，直流母线电容的电压开始恢复至额定值；

步骤4：根据步骤3确定的数值搭建附加虚拟惯量控制的电力系统模型进行仿真，在突加负载的情况下验证虚拟惯量对于提高电网频率稳定性的效果。

2.根据权利要求1所述的新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述步骤1中获取传统电力系统控制框图简化后的由负载扰动到频率偏差的传递函数的方法包括：

根据传统电力系统控制框图计算由负载扰动ΔP_{L_pu}到频率偏差Δω_{r_pu}的传递函数为：

经过零极点分析后，根据主零点和共轭极点简化所述传递函数，得到简化后的传递函数为：

其中，T_G表示调速器时间常数，F_HP、T_RH和T_CH表示再热式汽轮机的相关系数，R表示频率下垂系数，D表示频率相关负载的阻尼系数，H表示单位惯性常数。

3.根据权利要求1所述的新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述步骤2中根据所述简化后的传递函数计算频率调节的性能指标的方法包括：

将所述简化后的传递函数转化为标准形式，得到电网频率在复频域中的表达式；

对所述电网频率在复频域中的表达式进行拉普拉斯反变换，得到时域下的频率响应；

基于所述频率响应计算频率调节的性能指标，其中所述性能指标包括频率变化率、频率最低点、调节时间和超调量。

4.根据权利要求1所述的新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述步骤2中类比同步发电机和直流母线电容的方法包括：

将直流母线电容的惯量常数定义为电容能量与系统额定功率的比值，得到所述直流母线电容惯量常数的表达式为；

其中，H_c表示直流母线电容惯量常数，E_cap表示电容的能量，C_dc表示电容，V_dc表示直流母线电压额定值。

5.根据权利要求1所述的新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述步骤2中导出虚拟惯量常数的表达式的方法包括：

建立附加虚拟惯量控制的频率调节框图，按比例连接直流母线电容的电压和电网频率，根据所述频率调节框图导出虚拟惯量常数的表达式为：

其中，H_p表示虚拟惯性常数，C_dc表示直流母线电容值，V_dc表示电压额定值，ΔV_{dc_max}/V_dc表示最大电压变化率，Δf_{r_max}/f_ref表示最大频率变化率。

6.根据权利要求5所述的新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述按比例连接直流母线电容的电压和电网频率表示为：

其中，ΔV_{dc_max}＝(V_{dc_max}-V_{dc_min})/2表示最大允许电压偏差，Δf_{r_max}表示最大允许频率偏差。

7.根据权利要求1所述的新能源并网逆变器的虚拟惯量控制方法，其特征在于：所述步骤3中在确定所述直流母线电容、电压额定值和最大电压偏差时还需要提供额定功率、频率额定值和最大频率偏差。