GB/T38983.1-2020
虚拟同步机第1部分：总则
Virtualsynchronousmachine—Part1:General
- 中国标准分类号（CCS）F19
- 国际标准分类号（ICS）27.010
- 实施日期2021-02-01
- 文件格式PDF
- 文本页数7页
- 文件大小448.06KB
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虚拟同步机第1部分：总则
国家标准 GB/38983.1一2020 虚拟同步机第1部分:总则 Virtualsynchronous machine- 一Part1General 2020-07-21发布 2021-02-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB;/T38983.1一2020 前 言 GB/T38983《虚拟同步机》分为5个部分 第1部分:总则 -第2部分:风力发电虚拟同步发电机 -第3部分:光伏发电虚拟同步发电机 第4部分:电力储能虚拟同步机 第5部分:负荷侧虚拟同步机
本部分为GB/T38983的第1部分
本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本部分由电力企业联合会提出
本部分由全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会(sAc/TcC564)归口 本部分起草单位电力科学研究院有限公司,国网江苏省电力有限公司、国网莫北电力有限公 司电力科学研究院、国网天津市电力公司,国网重庆市电力公司电力科学研究院、国电南瑞科技股份有 限公司,许继集团有限公司,国网江西省电力有限公司、广西电网有限责任公司电力科学研究院、国网新 深张家口风光储示范电站有限公司.东南大学,华北电力大学、重庆大学,湖南大学,江苏固德威电源科 技股份有限公司
本部分主要起草人盛万兴,昌志鹏、刘海涛、吴鸣、苏剑、孙丽敬宋振造、于辉、刘辉、王旭东 李俊杰、张伟、韦徵、秦晓辉、刘汉民、周柯、曹建博、苏丽宁、颜湘武、涂春鸣、范瑞祥、曾正 王建华、翁蓓蓓
GB;/T38983.1一2020 虚拟同步机第1部分;总则 范围 GB/T38983的本部分规定了虚拟同步机的基本规定、功能要求和性能要求
本部分适用于虚拟同步机的设计与应用
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GB/T18451.2风力发电机组功率特性测试 GB/T18487(所有部分电动汽车传导充电系统 GB/T19963风电场接人电力系统技术规定 GB/T19964光伏发电站接人电力系统技术规定 GB/T20234所有部分电动汽车传导充电用连接装置 GB/T29319光伏发电系统接人配电网技术规定 GB/T34120电化学储能系统储能变流器技术规范 GB/T36548电化学储能系统接人电网测试规范 GB/T37408光伏发电并网逆变器技术要求 GB/T37409光伏发电并网逆变器检测技术规范 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
3.1 虚拟同步机 virtualsynehronousmachine;VSMI 通过模拟同步机的惯量,内电势等机电暂态特性,使得端口的功率,电压运行外特性与同步机相似 的电力电子变流系统或设备
3.2 虚拟同步发电机virtualsynchroosgenerator 端口特性表现为发电机发电的虚拟同步机
3.3 虚拟同步电动机virtualsynchronousmotor 端口特性表现为负荷用电的虚拟同步机
3.4 虚拟同步机有功调频系数aetiepower-frequeneyregulationcoeficiemtofVSM 虚拟同步机有功功率随频率变化的变化率
注:虚拟同步机有功调频系数通常用K，表示,计算方法如式(1)所示
用虚拟同步机有功功率变化量标么值(以虚 拟同步机额定有功功率为基准值)与系统频率变化量标么值(以系统额定频率为基准值)的比值来表示
GB/T38983.1一2020 AP/P K，=士 A/N 式中 对于虚拟同步发电机,符号取负号,K，表征了随频率的升降虚拟同步发电机发出有功功率减少或增 士 加的多寡;对于虚拟同步电动机,符号取正号,K，表征了随频率的升降虚拟同步电动机消耗有功功率 增加或减少的多寡
P 虚拟同步机有功功率的变化量,AP=尸
-尸,,P
是频率变化后的虚拟同步机有功功率,P
是系统频 率保持额定频率时的虚拟同步机有功功率,单位为千瓦(kw) P 虚拟同步机的额定有功功率,单位为千瓦(kw. 系统频率的变化量，A/=/一R,是频率变化后的系统频率,单位为赫兹(Hz). / 系统额定频率,单位为赫兹(Ha)
3.5 ulationcoefrieientofVSM 虚拟同步机无功调压系数 reactivepower-voltageregul 虚拟同步机无功功率随电压幅值变化的变化率
注:虚拟同步机无功调压系数通常用K、表示,计算方法如式2)所示
用虚拟同步机无功功率变化量标么值(以 虚拟同步机额定容量为基准)与并网点电压幅值变化量标么值(以并网点所在电压等级对应的标称电压为基 准)的比值来表示
Q/S 士 Kv= UU 式中 -对于虚拟同步发电机,符号取负号,K、表征了随端口电压幅值的升降虚拟同步发电机发出无功功率 减少或增加的多寡;对于虚拟同步电动机,符号取正号,K、表征了随端口电压幅值的升降虚拟同步电 动机消耗无功功率增加或减少的多寡
-虚拟同步机无功功率的变化量,AQ=Q-Q.,Q是并网点电压变化后的虚拟同步机无功功率.Q是 4Q 并网点电压变化前的虚拟同步机无功功率,单位为千乏(kvar)， SN -虚拟同步机额定容量(视在功率),单位为千伏安(kVA U 并网点电压幅值变化量,AU- -U,U是变化后的虚拟同步机并网点电压,U
是变化前的虚拟同步 机并网点电压,单位为伏特(V U、 并网点所在电 J压等级对应的标称电压,单位为伏特(V. 3.6 inertiatimeconstantofVSM 虚拟同步机惯性时间常数 物理意义上表示虚拟同步机的虚拟转子在额定转矩作用下从静止启动到转速达到额定值所需的 时间
注:虚拟同步机惯性时间常数可等效为同步发电机的惯性时间常数,通常用T表示,计算方法如式(3)所示
2w T Sm 式中 T 虚拟同步机惯量时间常数,单位为秒(s) 虚拟同步机虚拟转子在额定转速时的动能,单位为千焦(k
W， 3.7 虚拟同步机惯量响应 inertiaresponseofVSM1 虚拟同步机有功功率响应于系统频率变化率的特性,表征在系统频率变化过程中虚拟同步机由于 虚拟转子动能变化而释放或吸收的电磁功率 注1，对于电压源型虚拟同步机,虚拟同步机的惯量响应还包括虚拟转子的转速和功角在不平衡转矩作用下不能突 变而是按照转子运动方程变化的特性
注2;当假设频率变化过程中~人时,虚拟同步机惯量响应的电磁功率计算式如式()所示
GB;/T38983.1一2020 df/dr ？ =一T P inri 式中: P -虚拟同步机惯量响应的电磁功率,单位为千瓦kw); rti 频率变化率,单位为赫兹每秒(Hz/s). df/dn 3.8 有功调频启动时间pick-uptimeofaetivpower-frequeneyregwlation 从系统频率升高或降低超过有功调频死区开始,虚拟同步发电机实际有功功率变化量达到有功目 标值和初始值之差的10%所需的时间
3.9 ulation 有功调频响应时间 timeofactivepowerfrequeneyregu resp0nse 从系统频率升高或降低超过有功调频死区开始,虚拟同步发电机实际有功功率变化量达到有功目 标值和初始值之差的90%所需的时间
3.10 有功调频调节时间settingtimefaetie reusatwn ep0ower-fregqueney 从系统频率升高或降低超过有功调频死区开始,虚拟同步发电机实际有功实测值与有功目标值之 差的绝对值始终不超过有功目标值和初始值之差5%的最短时间
基本规定 虚拟同步机可包括电力电子变流器、等效转子的蓄能部分,控制部分等,应具备提供惯量功率或部 4.1 次调频功率的功能
应用于光伏发电并网的虚拟同步发电机除应满足本标准的规定外，还应满足 4.2 GB/T37408、 GB/T37409,GB/T19964,GB/T29319的相关规定 43应用于风力发电并网的虚拟同步发电机除应满足本标准的规定外,还应满足GB/T18451.2、 GB/T19963的相关规定
应用于储能并网的虚拟同步发电机除应满足本标准的规定外,还应满足GB/T36548 4,4 GB/T34120等相关规定
4.5应用于电动汽车充电桩的虚拟同步电动机除应满足本标准的规定外,还应满足GB/T18487(所有 部分),GB/T20234(所有部分)等相关规定
功能要求 5.1虚拟同步机应具备参与电网频率调节,电网电压调节,惯量响应和阻尼控制功能
5.2虚拟同步机应具备参与电网频率调节的功能
当系统频率偏差值大于系统频率偏差设定值时,虚 拟同步机应自动调节有功功率,参与电网频率调节 5.3虚拟同步机应具备电网电压调节功能
当系统电压偏差值大于系统电压偏差设定值时,虚拟同步 机应自动调节无功功率,参与电网电压调节 5.4虚拟同步机应具备惯量响应功能,当系统频率变化率大于系统频率变化率设定值时,虚拟同步机 应自动调节有功功率,抑制电网频率快速变化
5.5虚拟同步机应具备阻尼控制功能,模拟同步机阻尼特性,使由外界作用或电力系统本身固有原因 引起的功率振荡幅度逐渐下降,提高电力系统动态稳定性
GB/T38983.1一2020 6 性能要求 6.1电网频率调节 6.1.1调频死区 虚拟同步发电机有功调频死区的绝对值宜在0.033Hz0.1Hz范围内
6.1.2动态指标 6.1.2.1虚拟同步发电机有功调频系数K，宜在20~50范围内
6.1.2.2虚拟同步发电机有功调频动态响应曲线如图1所示,有功调频启动时间应满足下列规定 风力发电虚拟同步发电机有功调频启动时间不大于500" 司 ms; bn 光伏发电和储能虚拟同步发电机有功调频启动时间不大于100ms
6.1.2.3虚拟同步发电机有功调频响应时间应满足下列规定 aa 风力发电虚拟同步发电机有功调频响应时间不大于5s; b 光伏发电和储能虚拟同步发电机有功调频响应时间不大于500n ms
6.1.2.4虚拟同步发电机有功调频调节时间应满足下列规定: a 风力发电虚拟同步发电机有功调频调节时间不大于10s; b 光伏发电和储能虚拟同步发电机有功调频调节时间不大于ls
6.1.2.5 虚拟同步发电机的有功响应允许误差应在土2%P 以内
实际出力 P'pa 目标出力 士5%"-P" P g P 说明 P 有功功率初始值; 有功功率目标值 P 频率阶跃起始时间 有功调频启动时间 t 有功调频响应时间 有功调频调节时间
图1有功调频动态响应曲线 6.1.3有功调频有功功率调节幅度 虚拟同步发电机参与一次调频的有功功率调节量最大值应不小于额定功率的10%,不得因有功调
GB;/T38983.1一2020 频导致发电设备脱网或者停机
6.2电网电压调节 6.2.1无功调压动态指标 虚拟同步发电机无功调压的动态指标应满足下列规定: 虚拟同步发电机无功调压系数K、宜在12.5~33.3范围内; b 无功功率响应时间应不大于50 ms; 无功功率控制允许偏差应在士2%尸、以内
6.2.2无功调压无功功率调节幅度 虚拟同步发电机参与电网电压调节的无功功率调节量最大值应不小于额定功率的30%
6.3虚拟同步机转动惯量响应 虚拟同步发电机转动惯量响应的动态指标应满足下列规定 虚拟同步发电机惯性时间常数丁宜在3、 s12s范围内; a b)惯量响应时间应不大于500ms; 有功功率控制的允许偏差应在士2%P、以内 c d 转动惯量响应幅值应与6.l.3的规定相适应
6.4阻尼控制 虚拟同步发电机阻尼系数D应与惯性时间常数T，配合整定,使得虚拟惯量和一次调频有功超调 满足电网并网要求
虚拟同步机第一部分：总则GB/T38983.1-2020
虚拟同步机是电力系统中重要的保护装置之一，其作用是在电力系统发生异常时，能够通过快速控制发电机的励磁系统和限制功率来维持系统的稳定运行。
GB/T38983.1-2020是国家关于虚拟同步机技术规范的标准文件，该文件规定了虚拟同步机的总则及其应用场景、基本要求、术语和定义、分类和型号、性能指标等内容。其中，虚拟同步机被归为电力系统自动化装置之一，其主要应用于输电网和大型区域供电网络中，常见于高压电力变电站和电厂内部。
虚拟同步机的性能指标主要包括响应速度、控制精度、稳态误差、稳态稳定性和鲁棒性等方面，这些指标在GB/T38983.1-2020中都有详细的规定和解释。同时，该文件还对虚拟同步机的型号和分类进行了定义和说明，使得用户能够根据具体的应用场景选择合适的虚拟同步机设备。
总之，虚拟同步机作为电力系统的重要保护装置，其技术规范至关重要。GB/T38983.1-2020为虚拟同步机的设计、制造、使用提供了明确的标准和指导，有助于提高虚拟同步机在电力系统中的应用效果和可靠性。
