Equivalent Model Based Estimation Method for Inertia Time Constants of Multi-generator DC Microgrid

ZHAO Xueshen; PENG Ke; GUO Li; DUAN Jiacheng; WU Shuangchen; YANG Yunhong

doi:10.7500/AEPS20250227002

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Equivalent Model Based Estimation Method for Inertia Time Constants of Multi-generator DC Microgrid

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Equivalent Model Based Estimation Method for Inertia Time Constants of Multi-generator DC Microgrid
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 23, Pages: 77-88(2025)
- 作者机构：
  
  1.山东理工大学电气与电子工程学院，山东省淄博市 255000
  2.智能配用电装备与系统全国重点实验室（天津大学），天津市 300072
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52407121);Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2024QE219)
- DOI：10.7500/AEPS20250227002
  CLC：
- Received：27 February 2025，
  
  Revised：2025-05-26，
  
  Online First：21 July 2025，
  
  Published：10 December 2025
- 稿件说明：
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赵学深,彭克,郭力等.基于等效模型的多机直流微电网惯性时间常数估算方法[J].电力系统自动化,2025,49(23):77-88.

ZHAO Xueshen,PENG Ke,GUO Li,et al.Equivalent Model Based Estimation Method for Inertia Time Constants of Multi-generator DC Microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):77-88.
赵学深,彭克,郭力等.基于等效模型的多机直流微电网惯性时间常数估算方法[J].电力系统自动化,2025,49(23):77-88. DOI： 10.7500/AEPS20250227002.

ZHAO Xueshen,PENG Ke,GUO Li,et al.Equivalent Model Based Estimation Method for Inertia Time Constants of Multi-generator DC Microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):77-88. DOI： 10.7500/AEPS20250227002.

摘要

针对差异化虚拟惯性控制策略下的多机直流微电网，多台直流型虚拟同步机之间的交互作用导致系统虚拟惯量难以准确评估。为此，文中提出了计及惯量交互的等效建模方法，建立了两种典型虚拟惯性控制策略下多机直流微电网的等效惯量模型。基于此模型，推导了直流电压的时域响应解析式及惯性时间常数估算公式，并通过等效RC电路模型揭示了惯量等效的物理本质。进一步地，提出了基于惯量等效的惯性时间常数映射曲面构建方法，构建了三维惯性时间常数映射曲面，量化分析了截止频率、虚拟惯性系数、负荷功率和下垂系数等因素对多机直流微电网虚拟惯性的影响。最后，基于RT-Box硬件在环平台搭建了多机直流微电网与等效惯量模型。多组对比结果表明，理论估算与实测结果的相对误差均小于3%，验证了所提方法的有效性。

Abstract

For multi-generator DC microgrids with differentiated virtual inertia control strategies

the interaction between multiple DC virtual synchronous generators (VSGs) makes it difficult to accurately estimate the system virtual inertia. Therefore

this paper proposes an equivalent modeling method considering the inertia interaction and establishes the equivalent inertia models for multi-generator DC microgrids with two typical virtual inertia control strategies. Based on this model

this paper derives the time-domain response analytical expression of DC voltage and the estimation formula for the inertia time constant. It also reveals the physical essence of inertia equivalence through an equivalent RC circuit model. Moreover

a method for constructing an inertial time constant mapping surface is proposed based on inertia equivalence. A three-dimensional inertia time constant mapping surface is constructed. A quantitative analysis is conducted on the effects of factors such as cut-off frequency

virtual inertia coefficient

load power

and droop coefficient on the virtual inertia of a multi-generator DC microgrid. Finally

a multi-generator DC microgrid and equivalent inertia model are constructed based on the RT-Box hardware-in-the-loop platform. Multiple sets of comparison results show that the relative error between the theoretical estimation and the actual measurement results is less than 3%

verifying the effectiveness of the proposed method.

关键词

Keywords

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