[发明专利]一种匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法

摘要

一种匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法，属于惯量匹配技术领域。根据虚拟同步机转子运动方程和虚拟同步机输出有功功率表达式求得电网频率与输出有功功率之间的小信号模型，得到在电网频率变化时虚拟同步机输出有功功率的最大值，即储能需配置的功率。并由此提出了虚拟同步机储能容量与虚拟惯量的匹配方法。实现了储能容量与虚拟惯量间的优化配置，为虚拟同步机技术的应用和发展提供重要的方法。

主权项

1.一种匹配虚拟同步机储能容量的惯量配置方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：与同步发电机类似，虚拟同步机的转子运动方程可写作：其中Pm为机械功率；Pe为电磁功率；J为虚拟惯量；D为虚拟阻尼因子；ω为虚拟转子角频率；δ为VSM功角；ωbus为负载所在母线频率；ω0为额定转子角频率；VSM的极对数为1；步骤2：根据步骤1的转子运动方程，在负载变化频率发生波动时，假设机械功率不变，可得到小信号模型：步骤3：对步骤2中结果做拉普拉斯变换得：‑ΔPe(s)＝Jω0sΔω(s)+Dω0(Δω(s)‑Δωbus(s))     (3)步骤4：求虚拟同步机输出有功功率表达式，如下步骤5、步骤6所示；步骤5：由基本的电路定律求解VSM的输出电流；其中E为VSM的电势,U为VSM的机端电压；步骤6：求解VSM输出的视在功率：一一对应可求得VSM输出有功功率和无功功率的表达式：*表示复数运算，P为VSM输出的有功功率，Q为VSM输出的无功功率；步骤7：求解步骤6其中滤波电路的阻抗Z和阻抗角α：步骤8：当P＝Pref，Q＝Qref时，其中Pref、Qref分别为VSM输出有功功率的参考值、输出无功功率的参考值，由步骤6中表达式可求得此时对应的VSM电势Es和VSM的功角δs：步骤9：由步骤6中的表达式得Pe小信号模型：由于功角的变化量很小，即Δδ→0,cos(Δδ)→1,sin(Δδ)→Δδ，步骤9表达式化简为：步骤10：对步骤9中表达式进行拉普拉斯变换可得频域中二者的关系：令同步功率系数SE＝EUsin(α‑δ)/Z，步骤11：由步骤1可得小信号模型：步骤12：对步骤11中的表达式做拉普拉斯变换得：sΔδ(s)＝Δω(s)‑Δωbus(s)     (13)步骤13：分别由步骤3、10、11中的表达式得到VSM的传递函数模型，输出功率变化量ΔPe与电网频率Δωbus之间的关系如下：步骤14：当电磁功率在频率发生Δωbus的阶跃时，根据步骤13中的传递函数，求得此时输出功率变化量ΔPe；步骤15：令步骤14表达式的分母为零，求得两个极点根据D²与4JS_E/ω₀的大小关系，极点分为以下三种情况：D²小于4JS_E/ω₀时，有两个实部为负的共轭复数根；D²大于4JS_E/ω₀时，有两个不相等的负实数根；D²等于4JS_E/ω₀时，有两个相等的负实数根；所求得的在频率变化时ΔP_e.max的表达式即为储能所需配置的最小功率；步骤16：当步骤14式有两个实部为负的共轭复极点时，对其拉普拉斯反变换ΔPe写作：其中步骤17：将步骤16中的表达式对时间求导得步骤18：令步骤17中表达式等于零，求得时间t的表达式：步骤19：将步骤18中的时间t代入步骤16得ΔPe.max为步骤20：当步骤14中的表达式有两个不相等的负实数极点时，对其拉普拉斯反变换ΔPe写作：其中步骤21：将步骤20中的表达式对时间求导得:步骤22：令步骤21中表达式等于零，得时间t的表达式:步骤23：将步骤22中t代入步骤20中表达式得ΔPe.max为步骤24：当步骤14中表达式有两个相等的负实数根时，对其拉普拉斯反变换ΔPe写作：步骤25：将步骤24中表达式对时间求导得:步骤26：令步骤25中表达式等于0，得时间t的表达式：步骤27：将步骤26中t代入步骤24中表达式得ΔPe.max为