含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法技术

本发明专利技术涉及一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法，包括以下步骤：1)建立包含逆变器、网络和负载的电网系统的小信号状态空间模型，并获取系统状态空间矩阵Asys；2)采用模态分析法获取系统状态空间矩阵Asys的特征值；3)采用根轨迹法并结合系统状态空间矩阵Asys的特征值、特征向量和参与因子，获取含VSC接口的分布式电源的电网系统的超高次谐波稳定模式。与现有技术相比，本发明专利技术具有详细直观、考虑全面等优点。

Ultrahigh Harmonic Stabilization Mode Acquisition Method for Distributed Generation with VSC Interface

The invention relates to a method for obtaining ultra-high harmonic stability mode of distributed power supply with VSC interface, which includes the following steps: 1) establishing small signal state space model of power system including inverters, networks and loads, and obtaining matrix sys of system state space; 2) using modal analysis method to obtain eigenvalues of matrix sys of system state space; 3) using root locus method and combining system. The eigenvalues, eigenvectors and participation factors of matrix A sys in the state space are used to obtain the ultra-high harmonic stabilization modes of the distributed power system with VSC interface. Compared with the prior art, the invention has the advantages of detailed, intuitive and comprehensive consideration.

【技术实现步骤摘要】
含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法
本专利技术涉及电力系统的运行、分析与调度领域，尤其是涉及一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法。
技术介绍
随着我国电网发展，大规模地接入新能源发电以及电气化铁路的扩建，增加了电网谐波和负序电流含量。而新能源和电气化铁路作为电力系统的谐波源和负序源，向电网注入的谐波电流和负序电流大小是随时变化的量，如果按照确定性分析方法考虑每个新能源点注入谐波电流和负序电流大小，以此来得到电网中某电的谐波电流和负序电流大小值，则计算量非常庞大。若采用点估计法，考虑注入量的概率统计特性，以此来得到待求量的概率分布特性，则能反映出系统的运行状况，存在的问题和薄弱环节，也可判断电能质量各指标是否超标，为继电保护和电力系统的规划提供参考依据。随着可再生能源和电力电子变流技术迅速发展，在电力系统日益电力电子化/智能化的背景下,以电力电子为基础的电力设备逐渐成为电网中重要的组成部分。这些以PWM-VSC形式接入电网引发的谐波不稳定现象日益增多，主要表现在：PWM(脉宽调制技术)会在开关频率附近带来高次谐波，给电网带来污染；配电网中滤波器的大量使用，特别是VSC出口处的LCL滤波器，与电网交互作用使高频谐振问题越来越普遍。此外，PWM-VSC接入电网引发的谐波不稳定问题的产生机理、影响因素与传统的HVDC系统的谐波不稳定问题有着本质的区别。因此，对含VSC接口分布式电源的电网进行谐波稳定分析显得十分重要，可以为电力系统规划设计、系统运行方式制定、发电机组并网设计变换器等方面提供科学依据。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法，包括以下步骤：1)建立包含逆变器、网络和负载的电网系统的小信号状态空间模型，并获取系统状态空间矩阵Asys；2)采用模态分析法获取系统状态空间矩阵Asys的特征值；3)采用根轨迹法并结合系统状态空间矩阵Asys的特征值、特征向量和参与因子，获取含VSC接口的分布式电源的电网系统的超高次谐波稳定模式。所述的步骤1)中，小信号状态空间模型由逆变器状态空间模型、网络状态空间模型和负荷状态空间模型构成。所述的逆变器状态空间模型为：[ΔvbDQ]＝R{MINV[ΔioDQ]+MNET[ΔilineDQ]+Mload[ΔiloadDQ]}其中，ΔxINV为逆变器的状态变量，AINV为系统源侧状态空间矩阵，BINV为与出口处滤波器相关的系数矩阵，ΔvbDQ为母线电压，ΔiloadD为负荷电流D轴分量，ΔiloadQ为负荷电流Q轴分量，R为系统状态矩阵系数，ΔioDQ为逆变器输出电流，MINV、MNET和Mload分别为逆变器、网络以及负荷的系数映射矩阵。所述的网络状态空间模型为：其中，ΔiloadD、ΔiloadQ为负荷D轴和Q轴状态变量，B1NET、B2NET均为网络系数矩阵，Δωref为反馈角速度的变化量，ΔvbD为母线电压D轴分量，ΔvbQ为母线电压Q轴分量。所述的负荷状态空间模型为：其中，ΔiloadD为负荷电流D轴分量，ΔiloadQ为负荷电流Q轴分量，B1LOAD、B2LOAD分别为网络系数矩阵，Δωref为反馈角速度的变化量，ΔvbD为母线电压D轴分量，ΔvbQ为母线电压Q轴分量。所述的小信号状态空间模型为：其中，ΔxINV为逆变器的状态变量，ΔilineDQ为网络状态变量，ΔiloadDQ为负荷状态变量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术通过对源网荷进行详细的状态空间建模，并对系统进行模态分析，通过计算所得特征根的分布可以得到超高次谐波的不稳定模式，且能够直观得出引起系统不稳定的原因和影响因素。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。图2为三机六节点系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例本专利技术为新型超高次谐波现象---超级谐波提供了一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定性计算方法。如图1所示，本专利技术提供一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定性计算方法，其特征在于以下几个步骤：步骤1：将电网分为三个主要的子系统：逆变器，网络和负荷。在建立整个网络的小信号模型时，需要选择其中某一个DG(distribute)的频率作为D-Q参考坐标系，将其他的DG统一转换到该参考坐标系下；步骤2：对于每一个并网的DG单元，其控制模块包括功率控制、电压外环控制和电流内环控制。此外，还包括输出端LC/LCL滤波器等，分别写出各个子模块的状态空间方程，将各个子模块输出变量转换到参考坐标系下，建立逆变器状态空间模型；步骤3：对于一个由电阻Rline和电感Lline组成的感性网络，写出其状态方程，并将其线性化得到其状态空间模型；步骤4：对于一个由电阻Rload和电感Lload组成的典型负荷，写出其状态方程，并将其线性化得到其状态空间模型；步骤5：在各个节点和地之间引入虚拟电阻，将源、网、荷三部分状态空间模型组合并建立全网整个系统状态空间模型，得到系统状态空间矩阵A；步骤6：利用模态分析法，对步骤5中所得系统状态空间矩阵A进行分析，得到系统状态空间矩阵A的特征值；步骤7：采用根轨迹法并结合系统状态空间矩阵A的特征值、特征向量、参与因子，分析超高次谐波振荡产生的原因，振荡特性与各状态变量之间影响关系的信息。步骤1中，涉及到的建模方法与模态分析法：将整个系统分为三个主要的子系统进行建模：逆变器，网络和负荷。在对逆变器进行建模的过程中，由于每个逆变器的旋转角频率由其对应的控制器(有功-频率下垂控制器)决定，因此在建立整个网络的小信号模型时，需要选择其中某一个DG的频率作为D-Q参考坐标系，将其他的DG统一转换到该参考坐标系下。假设参考坐标系旋转角频率为ωref，将电网中旋转角频率为ωi的d-q坐标系变换到参考坐标系方法如下：将上式在工作点进行线性化，对应的线性化模型为：式2中，f是DG状态变量，f0表示其在平衡工作点的值，δi、δi0分别表示第i个逆变器的dq坐标系与参考坐标系之间的夹角以及在其工作点值，下标d、q表示d、q轴分量。值得注意的是，在下文推导过程中，大写的变量均表示其在工作点的初值。同样地道理，针对式1的变换，其逆变换的形式如下：其对应的线性化模型为：对于源侧，所有逆变器的整体状态空间模型为：其中ΔxINV为各个逆变器的状态变量，AINV系统源侧状态空间矩阵，BINV与出口处滤波器相关的系数矩阵，ΔvbDQ为母线电压。对于具有n条支路的网络的状态方程，其对应的小信号状态空间模型为：式中ΔilineDQ为网络状态变量，ANEYT为网络状态空间矩阵，B1NET、B2NET为网络系数矩阵，Δωref为反馈角速度的变化量。对于一个有p个负荷的网络，其对应的小信号状态空间模型为：式中ΔiloadDQ为负荷状态变量，Aload为网络状态空间矩阵，B1LOAD、B2LOAD为网络系数矩阵。为了建立全网整个系统状态空间模型，在各个节点和地之间引入虚拟电阻r0，该电阻值选的足够大，使得虚拟电阻的引入对系统的动态稳定影响最小。对于有m个节点的网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立包含逆变器、网络和负载的电网系统的小信号状态空间模型，并获取系统状态空间矩阵Asys；2)采用模态分析法获取系统状态空间矩阵Asys的特征值；3)采用根轨迹法并结合系统状态空间矩阵Asys的特征值、特征向量和参与因子，获取含VSC接口的分布式电源的电网系统的超高次谐波稳定模式。

【技术特征摘要】
1.一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立包含逆变器、网络和负载的电网系统的小信号状态空间模型，并获取系统状态空间矩阵Asys；2)采用模态分析法获取系统状态空间矩阵Asys的特征值；3)采用根轨迹法并结合系统状态空间矩阵Asys的特征值、特征向量和参与因子，获取含VSC接口的分布式电源的电网系统的超高次谐波稳定模式。2.根据权利要求1所述的一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法，其特征在于，所述的步骤1)中，小信号状态空间模型由逆变器状态空间模型、网络状态空间模型和负荷状态空间模型构成。3.根据权利要求2所述的一种含VSC接口的分布式电源超高次谐波稳定模式获取方法，其特征在于，所述的逆变器状态空间模型为：[ΔvbDQ]＝R{MINV[ΔioDQ]+MNET[ΔilineDQ]+Mload[ΔiloadDQ]}其中，ΔxINV为逆变器的状态变量，AINV为系统源侧状态空间矩阵，BINV为与出口处滤波器相关的系数矩阵，ΔvbDQ为母线电压，ΔiloadD为负荷电流D轴分量，ΔiloadQ为负荷电流Q轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘爱强，潘玲，张鹏，余光正，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31