虚拟同步发动机(VSG)储能需求计算

根据之前算的电网频率阶跃下的VSG储能单元出力的表达式:

能看出来极点分布和阻尼D、惯性时间常数H、同步功率SE还有同步角频率ω0有关。

求特征根得到的是±D^2-8HSEω0,这里写的很别扭,实际上是这样的

 (懒得用mathtype打)

那么根据从控制学里面学到的分析传递函数的知识,可以知道这一串>0的时候,极点是两个不相等的负实数,系统在过阻尼下,如果这一串=0,系统在临界阻尼,如果这一串>0,系统在欠阻尼。下面我们分析这三种情况。

主要目的是求最大输出功率和储能输出总能量,我觉得求这个的目的就是为了让我们设计储能单元的参数。

过阻尼

 带进去简化计算,在把10那个表达式反拉普拉斯变换,可以得到储能出力的时域表达式:

然后求导=0的点,这个点就是极(大)值点,极值点对应的时间就是出力最大的时候,把这个时间带入时域表达式,就可以得到最大出力的输出功率,这个数学思想还是很简单的,高中的微分里面就有这样的题目。

求导以后得到储能变化率:

然后求变化率为零的点对应的时间,得到这样的结果:

 把这个结果带入前面那个时域表达式,可以得到最大输出功率:

 然后这里为了求所发出的总功率,是求一个发出功率函数对时间的积分,这个就是简单的积分的数学意义了,写出来是这样的:

这里面的E就是在频率变化过程中,一次调频和惯量支撑总的出功。

欠阻尼

思想是一样的,推导就不写了,想看的可以看张波这篇论文:《基于惯量支撑和一次调频需求的 VSG 储能单元配置方法》

临界阻尼

 以上就求出了三种阻尼状态下,最大输出功率、和输出总能量的表达式。

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