本发明属于发电系统控制，具体地涉及一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法。
背景技术：
1、目前，风电、光伏等可再生能源呈现高速发展态势。然而，随着新能源渗透率不断提高，电力系统的惯性逐渐减弱，低惯量问题给电力系统的稳定安全运行带来巨大挑战。由于变速风电机组具备较宽的转速调节范围和较强的控制潜力，使得其适于参与系统频率调整、阻尼功率振荡。同时大量研究成果表明，采用虚拟同步运行方式的风电机组，可以分担同步发电机组的调节压力。
2、在虚拟同步控制策略下，双馈风电机组可以模拟同步发电机的运行特性，为电力系统提供惯量和阻尼支撑。然而，此过程引入的虚拟惯量和阻尼的参数设计为一大难题：一方面，虚拟惯量的增强虽有助于系统稳定，却可能削弱原有阻尼特性，进而加剧功率振荡的风险；另一方面，虚拟惯量支撑还存在功率、频率超调问题。双馈风电机组引入虚拟同步控制后，如何协调设计惯量和阻尼参数，充分释放风电机组的主动支撑潜力，有效提升新能源高渗透的新型电力系统功率振荡抑制和频率支撑性能仍是亟需解决的问题。在soni等的研究中（soni n ， doolla s ， chandorkar m c．improvement of transient response inmicrogrids using virtual inertia[j]．ieee transactions on power delivery，2013，28(3)：1830-1838．），提出了在虚拟惯量控制引入双曲正弦函数的方法，以优化惯量控制和提高系统稳定性，但该方法仅关注单一稳定性问题，在动态过程中，虚拟惯量和阻尼参数存在设计矛盾。在王晓东等的研究中（王晓东，曹国胜，刘颖明等．双馈风电机组动态虚拟惯量和阻尼模糊自适应控制策略研究[j]．太阳能学报，2023，44 (9)：356-365．），提出了引入模糊自适应算法的方法，实时调节虚拟惯量和阻尼参数，以降低功率和频率的超调，虽然该方法通过参数调整兼顾了频率振荡和调频功能，但是虚拟惯量和阻尼始终相互影响，兼顾频率调整与振荡抑制时仍然存在控制效果弱问题。
技术实现思路
1、基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，以优化虚拟惯量和阻尼参数设计，从而充分释放风电机组的主动支撑潜力，达到有效提升新能源高渗透的新型电力系统功率振荡抑制效能和频率支撑性稳定性的目的。
2、为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明提供一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，包括步骤：s1、获取虚拟同步控制系统；s2、获取所述虚拟同步控制系统的各参数，以得到所述虚拟同步控制系统中双馈风电机组与同步发电机组的小扰动方程；s3、针对所述小扰动方程进行化简和变量替换，以得到虚拟惯量与机组间振荡能量转移的关系式；s4、获取预设的初始系统能量和组间振荡能量转移参数；s5、基于系统能量守恒定律、所述初始系统能量和组间振荡能量转移参数，根据所述虚拟惯量与机组间振荡能量转移的关系式进行运算，以得到所述虚拟同步控制系统中双馈风电机组与同步发电机组实现振荡能量完全转移的条件，从而以该条件对应的惯量时间常数作为双馈风电机组虚拟惯量参数设计。
4、作为一种优选的方案，步骤s3所述针对所述小扰动方程进行化简和变量替换，包括步骤：将所述小扰动方程记为式一并进行化简，以得到式二；获取预设的变量替换关系式，所述变量替换关系式包括式三、式四和式五；基于所述式三、式四和式五对所述式二进行变量替换以得到式六；将所述式五中的变量由0阶和1阶表示，分别记为式七和式八；基于所述式七和式八对所述式六进行积分运算并消除久期项，以得到多尺度展开后所述虚拟控制系统的功率传递耦合方程，记为式九；基于所述式九得到虚拟惯量与机组间能量转移的关系式，记为式十；基于所述式十得到复平面内虚拟惯量与机组间振荡能量转移的关系式，记为式十一。
5、作为一种优选的方案，所述式一为；所述式一中， hg表示同步发电机组的惯量时间常数； hv表示双馈风电机组的惯量时间常数； kgv表示同步发电机组与双馈风电机组之间的同步力矩系数；表示同步发电机组功角；表示同步发电机组功角的一阶导数；表示同步发电机组功角的二阶导数；表示双馈风电机组功角；表示双馈风电机组功角的一阶导数；表示双馈风电机组功角的二阶导数。
6、作为一种优选的方案，所述式二为；所述式二中，，为新的时间变量； hg表示同步发电机组的惯量时间常数； hv表示双馈风电机组的惯量时间常数； kgv表示同步发电机组与双馈风电机组之间的同步力矩系数；表示同步发电机组功角；表示同步发电机组功角的二阶导数；表示双馈风电机组功角；表示双馈风电机组功角的二阶导数。
7、作为一种优选的方案，所述式三为；所述式四为；所述式五为；所述式三、式四和式五中，、、为引入的变量替换， j={1,2}； i为复数单位； hg表示同步发电机组的惯量时间常数； hv表示双馈风电机组的惯量时间常数；表示同步发电机组功角；表示双馈风电机组功角；所述式六为；所述式六中，、分别为、的一阶导数； i为复数单位。
8、作为一种优选的方案，所述式七为；所述式八为；所述式七和式八中，为的0阶展开量；为的0阶展开量；为的1阶展开量；为的1阶展开量； hg表示同步发电机组的惯量时间常数； hv表示双馈风电机组的惯量时间常数；所述式九为；所述式九中， i为复数单位；为的1阶展开量。
9、作为一种优选的方案，所述式十为；所述式十中， t为系统总能量；；、分别为、的模值；、分别为、的共轭；、为幅值；和为相位，； hg表示同步发电机组的惯量时间常数； hv表示双馈风电机组的惯量时间常数。
10、作为一种优选的方案，所述式十一为；所述式十一中， c为常数；、为幅值；和为相位，； hg表示同步发电机组的惯量时间常数； hv表示双馈风电机组的惯量时间常数。
11、作为一种优选的方案，预设初始时，振荡能量全部位于同步发电机组中，当相位由0变化至时，同步发电机组的振荡能量完全转移至双馈风电机组；
12、所述初始系统能量为；将上式记为式十二，式十二中， hg表示同步发电机组的惯量时间常数； hv表示双馈风电机组的惯量时间常数；c为常数。
13、作为一种优选的方案，基于所述式十二，虚拟惯量与组间振荡能量转移的关系式为；将上式记为式十三，式十三中，和为相位，； hg表示同步发电机组的惯量时间常数； hv表示双馈风电机组的惯量时间常数；所述虚拟同步控制系统中双馈风电机组与同步发电机组实现振荡能量完全转移的条件为。
14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
15、利用数学运算深入剖析功率传递耦合过程中，双馈风电机组与同步发电机组间的振荡能量转移机理，据此设计的虚拟惯量参数能够更有效地抑制系统内的功率振荡，有助于减少振荡对系统稳定性的负面影响，提高系统整体的抗干扰能力。
16、进一步地或者更细节的有益效果将在具体实施方式中结合具体实施例进行说明。
1.一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于，步骤s3所述针对所述小扰动方程进行化简和变量替换，包括步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于，所述式十为：
8.根据权利要求7所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于：
9.根据权利要求3所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于：
10.根据权利要求4所述的一种基于振荡能量转移的双馈风电机组虚拟惯量参数设计方法，其特征在于：
