[发明专利]一种同步电机对系统小干扰模型的建立方法

说明书

本发明提供了一种同步电机对系统小干扰模型的建立方法，涉及电力系统仿真的技术领域，包括：构建MGP系统的小干扰状态方程；基于MGP系统的小干扰状态方程获取在干扰下MGP系统的频率，并与MGP系统的干扰下的理论值进行比较。通过本发明提供的方法可以建立同步电机对系统(MGP)小干扰动态仿真模型，用以验证通过MGP并网新能源的抗小干扰能力。

技术领域

本发明涉及电力仿真的技术领域，尤其是涉及一种同步电机对系统小干扰模型的建立方法。

背景技术

在化石能源日趋枯竭和环境问题日益凸显背景下，大力发展新能源发电取代传统火力发电厂逐渐成为世界各国解决能源和环境问题的一种有效举措，被视为未来电力发展的必然趋势。随着风电和光伏的成本下降和电力电子技术的快速发展，新能源在电力系统中的占比迅速增加[1-2]。高比例新能源并网后，一方面新能源的随机波动性给电网带来了不稳定的因素；另一方面，越来越多的传统同步发电机被大量的新能源并网换流器所替代，使得高比例新能源电网呈现高度电力电子化特性，给电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战。主要体现在：1)新能源机组缺乏可靠的惯性响应，导致系统频率调节能力显著下降；2)新能源换流器的暂态电压支撑能力不足，系统的短路容量大幅降低，电网电压崩溃风险加大；3)电力电子装置的快速响应特性引发中频带(5～300Hz)的新稳定问题，新能源并网呈现的负阻尼效应加剧了系统振荡。

为提升新能源系统的惯性响应，可以采用1)将同步电机的运动方程引入到新能源换流器的控制环节，从而模拟同步电机的惯性响应和阻尼特性。然而，VSG技术本质上只是改变了新能源换流器的控制策略，换流器本身的电压、电流耐受范围窄的特点仍然会影响新能源电网的稳定。2)在风机运行时留有一定的裕度，用来提供必要的惯性响应。但风电出力具有波动性，在风机出力较低时无法满足电网的惯性需要。为此，虽然可以利用多端柔性直流输电系统中直流侧电容器存储的能量来提供惯性响应，从而改善电网的频率稳定问题。3)VSG技术应用到柔性直流输电的受端换流器中，从而提高直流系统的频率调节能力。

综上，依靠新能源自身的调控作用无法从根本上解决超高占比新能源系统弱阻尼的问题，需要寻求新的解决方式。有学者提出同步电机对系统(motor-generator pair,MGP)的概念，最初用于提升高比例新能源电网的惯性，MGP系统由两台同轴连接的同步电机构成，新能源发电设备通过MGP系统并入电网运行。本专利首先分析了MGP系统的数学模型和功角特性，进而建立了同步电机对系统(MGP)小干扰动态仿真装置，用以验证通过MGP并网新能源的抗小干扰能力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同步电机对系统小干扰模型的建立方法，以建立同步电机对系统(MGP)小干扰动态仿真模型，用以验证通过MGP并网新能源的抗小干扰能力。

本发明提供了一种同步电机对系统小干扰模型的建立方法，包括：

构建MGP系统的小干扰状态方程；

基于所述MGP系统的小干扰状态方程获取在干扰下MGP系统的频率，并与所述MGP系统的干扰下的理论值进行比较。

优选的，采用如下公式构建MGP系统的小干扰状态方程：

T_eM—电动机的电磁转矩；

ω₀—基准转子角速度；

H—惯性时间常数；

K_DM—电动机和发电机的阻尼系数；

K_sM——电动机的同步转矩系数；

K_sG—发电机的同步转矩系数；

Δω_M、Δω_G分别为电动机和发电机的转速偏差