基于机械导纳法的SGs/VSGs转矩–频率动力学建模与分析

为满足高渗透新能源并网的惯性和阻尼需求,虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术应运而生。然而,在指令功率或负载发生扰动时,易引发VSG间产生暂态功率环流和功频振荡,现有小信号分析模型难以全面描述上述问题。因此,该文运用机电比拟原理将同步发电机(synchronous generator,SG)的转子动力学模型类比为机械网络,进而提出一种基于机械导纳法的转矩–频率动力学建模方法。构建单台SG/VSG的机械导纳模型,进而拓展为多台SGs/VSGs并联的机械导纳模型。该模型可采用电路理论分析系统的功频特性,不仅可以给出详细的响应表达式,而且对采用不同控制策略的逆变器均具有一定的适用性。仿真结果验证了所建模型及理论分析的准确性和有效性。

多虚拟同步机并网系统功频振荡模态分析

基于系统传递函数的多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)功频振荡分析方法确定振荡频率需要建立复杂的高阶传递函数,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。该文提出一种通过建立多VSG并网系统回路阻抗矩阵获取系统振荡频率及振荡影响范围的模态评估方法。首先,运用类比法构建VSG功频控制环路多机并网系统的机械导纳模型;其次,借鉴电力系统中串、并联谐振特点的不同,为验证模态分析法的适用性,分别列写系统的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵进行模态分析,并进一步采用灵敏度分析法确定振荡时系统各VSG的参与度;再通过与频域分析法作对比研究当VSG数量、电网等效阻抗、虚拟惯量和线路阻抗变化时,系统关键振荡模态的变化规律,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参考。最后,通过搭建多VSG并网系统的仿真模型验证上述方法的正确性和有效性。

多VSG功频环路间交互影响的定量分析

多虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并网系统不同控制环路间的交互影响不利于高渗透率新能源电网的安全稳定运行,将给VSG的输出角频率带来负面影响。针对该问题,基于机电比拟原理构建了多VSG并网系统功-频环路的机械导纳模型,推导了多VSG并网系统输出角频率的传递函数矩阵。进而提出一种基于相对增益矩阵(relative gain array,RGA)原理的多VSG功-频环路频率交互影响的定量分析方法,并采用数值分析法和频域分析法为对比,研究系统参数变化时多VSG间交互影响的变化规律,从而确定出易产生交互影响的频率区间。最后,通过搭建MATLAB/Simulink仿真模型对上述方法的有效性进行验证。