基于等效模型的多机直流微电网惯性时间常数估算方法

赵学深; 彭克; 郭力; 段家成; 吴双辰; 杨云虹

doi:10.7500/AEPS20250227002

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基于等效模型的多机直流微电网惯性时间常数估算方法

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 基于等效模型的多机直流微电网惯性时间常数估算方法
- Equivalent Model Based Estimation Method for Inertia Time Constants of Multi-generator DC Microgrid
- 电力系统自动化 2025年49卷第23期页码：77-88
- 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：
  
  赵学深(1991—)，男，博士，讲师，硕士生导师，主要研究方向：直流微电网等效降阶建模、惯性分析及控制参数设计。E-mail：sdutdqzxs06@sdut.edu.cn
  彭克(1983—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：交直流配电系统、综合能源系统。E-mail：pengke@sdut.edu.cn
  郭力(1981—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：分布式发电、微电网系统等。E-mail：liguo@tju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年基金资助项目(52407121);山东省自然科学基金资助项目(ZR2024QE219)
- DOI：10.7500/AEPS20250227002
  中图分类号：
- 收稿：2025-02-27，
  
  修回：2025-05-26，
  
  网络首发：2025-07-21，
  
  纸质出版：2025-12-10
- 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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