基于导纳整形范围的变流器并网系统稳定性提高方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于导纳整形范围的变流器并网系统稳定性提高方法。建立变流器并网系统的等效原‑对偶复电路，得到广义导纳的模态功率；计算模态功率的实部虚部和变流器并网系统的特征值对广义导纳的变化倍数的灵敏度，利用灵敏度能反应该广义导纳对变流器并网系统振荡的影响程度；计算变流器广义导纳所需的改变量的相角范围和幅值范围，在系统稳定裕度确定情况下，根据改变量的相角范围和幅值范围确定改变量，用改变量调整广义导纳，从而提高系统的稳定性，达到振荡抑制的效果。本发明专利技术提出的变流器并网系统阻抗整形分析方法能够有效提高系统稳定性或稳定裕度，抑制系统振荡，保证系统的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
基于导纳整形范围的变流器并网系统稳定性提高方法
本专利技术涉及一种变流器并网系统稳定性提高方法，尤其是通过计算系统等效原-对偶电路下的模态振荡，确定提高系统稳定的广义导纳或变流器导纳改变量范围的计算方法，进而调整系统参数优化或加入补偿环节来抑制系统振荡的方法，实现稳定性提高。
技术介绍
随着风、光等可再生清洁能源大规模接入交流电网，交流电网的电力电子化程度不断提高，由于变流器与电网之间的耦合作用，系统容易产生复杂的振荡问题，可再生能源的并网对系统的安全稳定提出了新的挑战。变流器并网造成的不稳定问题严重制约了可再生能源的发展和大规模投入，因此，提出可靠高效的振荡抑制策略也成为亟待解决的重要问题。利用广义阻抗理论建立变流器并网系统的阻抗模型，并通过计算系统等效原-对偶复电路的模态功率，可以分析系统的小干扰稳定性。但该方法没有对模态功率和系统振荡关系进行详细说明，给出抑制系统振荡的导纳变化方向和整形范围，因此不能具体地给出基于复电路模态功率分析的系统振荡抑制策略。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于导纳整形范围的变流器并网系统稳定性提高方法，其物理机理明确，旨在识别变流器并网系统中对系统振荡作用明显的部位，优化相应参数或引入补偿环节改变变流器导纳，从而使系统等效原-对偶复电路所有广义导纳的模态功率有用之和为正，系统小干扰稳定。本专利技术的技术方案采用如下步骤：1)建立变流器并网系统的等效原-对偶复电路，得到广义导纳Yei的模态功率Oei；2)计算模态功率的实部虚部和变流器并网系统的特征值s对广义导纳Yei的变化倍数kei的灵敏度，利用灵敏度能反应该广义导纳对变流器并网系统振荡的影响程度；变流器并网系统的特征值s是变流器并网系统的状态方程的特征根。3)计算变流器广义导纳所需的改变量△Ye1_VSC、△Ye2_VSC和△Ye3_VSC的相角范围和幅值范围，在系统稳定裕度确定情况下，根据改变量的相角范围和幅值范围确定改变量，用改变量调整广义导纳，从而提高系统的稳定性，达到振荡抑制的效果。本专利技术中，所述模态功率的虚部，即模态功率无功Im(Oei)为正时，视为振荡储能元件，不加以控制；所述模态功率的实部，即模态功率有功Re(Oei)为负时，视为振荡能量源元件，需加以控制。所述步骤1)具体为：采用基于广义阻抗建模方法建立变流器并网系统的等效原-对偶复电路，根据变流器并网系统的等效原-对偶复电路中节点处的电压方程，得到各个广义导纳Yei两端的电压差Uei和流过广义导纳Yei的电流Iei，再将电压差Uei的共轭和电流Iei的共轭和模态功率因子oei相乘得到广义导纳Yei的模态功率Oei；具体是采用以下公式计算获得各广义导纳Yei在外界强迫振荡频率下的模态功率Oei(s1)：Y(s)＝Ye_VSC(s)+Ye_L(s)+Ye_C(s)其中，Uei为电路电压向量U的分量在第i个广义导纳Yei两端的电压，电路电压向量U＝[UP,UD]T，T表示矩阵转置，UP和UD表示等效原-对偶复电路的原电压和对偶电压；Yei表示第i个广义导纳，Iei为通过第i个广义导纳Yei的电流；arg(·)表示取相角，上标“*”表示取共轭；上标“'”表示偏导数，表示求Y(s)在s＝s1处的偏导数，Y(s)表示变流器并网系统的导纳矩阵之和，s表示系统特征值，s1表示振荡模态，j表示虚数，oe为模态功率因子；Ye_VSC(s)、Ye_L(s)和Ye_C(s)分别为等效原-对偶复电路中的变流器、电网电感和滤波电容的导纳矩阵，均可以从系统等效原-对偶电路中直接获得。等效原-对偶复电路主要由变流器的三个广义导纳Yei、电网电感的两个广义导纳Yei和滤波电容的两个广义导纳Yei构成，如图3所示。分为原电路和对偶电路两部分，原电路包括电网电感第二广义导纳Ye2_L、滤波电容第二广义导纳Ye2_C、变流器子一广义导纳和变流器第二广义导纳Ye2_VSC四个广义导纳，对偶电路包括电网电感第三广义导纳Ye3_L、滤波电容第三广义导纳Ye3_C、变流器子二广义导纳、变流器第三广义导纳Ye3_VSC四个广义导纳；电网电感第二广义导纳Ye2_L、滤波电容第二广义导纳Ye2_C和变流器第二广义导纳Ye2_VSC并联在变流器子二广义导纳的一端和接地之间，电网电感第三广义导纳Ye3_L、滤波电容第三广义导纳Ye3_C和变流器第三广义导纳Ye3_VSC并联在变流器子一广义导纳的一端和接地之间，第一个变流器第一广义导纳的另一端和第二个变流器第一广义导纳的另一端之间连接，进而串联构成了变流器第一广义导纳Ye1_VSC。理想情况下正常工作的变流器并网系统未受到干扰(即无外界强迫振荡)；实际应用中正常工作的变流器并网系统仅仅受到小干扰(即无外界强迫振荡)，因此等效原-对偶复电路可以作简化处理，可以忽略电网电感第二广义导纳Ye2_L与地之间的外界扰动源原分量ΔEP和电网电感第三广义导纳Ye3_L与地之间的外界扰动源对偶分量ΔED。根据模态功率的实部和虚部识别对系统振荡作用明显的广义导纳Yei。所述步骤1)中：1.1)确定系统的关键振荡储能元件。计算广义导纳Yei的模态功率的虚部，即模态功率无功Im(Oei)，若为正，则意味着Yei起到增大s1的虚部的作用，为系统振荡储能元件，而|Im(Oei)|最大的系统振荡储能元件，为对系统振荡振荡频率影响最大的关键振荡储能元件，其广义导纳Yei需要整定。1.2)确定系统的关键振荡能量源元件。计算广义导纳Yei的模态功率的实部，即模态功率有功Re(Oei)，若该指标为负，则意味着Yei起到增强系统振荡的作用，为系统的振荡能量源元件，而|Re(Oei)|最大的振荡能量源元件，为对系统稳定性影响最大的关键振荡振荡源元件，其广义导纳Yei需要整定。1.3)根据广义导纳Yei对系统稳定性的灵敏度，选取最有效的整定方案。当广义导纳由Yei变为(1+kei)Yei过程中，再计算系统特征值s对广义导纳Yei的变化系数kei的灵敏度。所述步骤2)具体为：模态功率的实部虚部和系统的特征值s对广义导纳Yei的变化系数kei的灵敏度的表达式为：ko＝|UTY′(s1)U|-1其中，U＝[UP,UD]T，s1表示振荡模态，表示求Y(s)在s＝s1处的偏导数，Y(s)表示变流器并网系统的导纳矩阵之和，s1表示振荡模态，j表示虚数，oe为模态功率因子；Ye_VSC(s)、Ye_L(s)和Ye_C(s)分别为等效原-对偶复电路中的变流器、电网电感和滤波电容的导纳矩阵。灵敏度反映特征值s变化与广义导纳变化的关系，数值越大代表广义阻抗Yei每增加一个固定比例kei，系统特征值变化量越大，即对该广义导纳对系统稳定性影响程度越明显，应当优先考虑进行整定。通过计算关键振荡储能元件和关键振荡能量源元件的广义导纳Yei对系统稳定性的灵敏度，按照灵敏度由大到小的顺序对需整定元件进行排序。灵敏度最大的元件为在该工况下的最薄弱环节，应当首先考虑对其进行参数优化或进行补偿，若调整其不足以满足稳定裕度要求，在考虑对下一个元件的广义导纳Yei进行整定，直到系统满足要求。比较各个广义导纳Yei的灵敏度，灵敏度越大对变流器并网系统振荡的影响越大，取最大灵敏度进行导纳整定。本专利技术中，灵敏度和改变量均针对三个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于导纳整形范围的变流器并网系统稳定性提高方法，其特征在于包括以下步骤：1)建立变流器并网系统的等效原‑对偶复电路，得到广义导纳Yei的模态功率Oei；2)计算模态功率的实部虚部和变流器并网系统的特征值s对广义导纳Yei的变化倍数kei的灵敏度，利用灵敏度能反应该广义导纳对变流器并网系统振荡的影响程度；3)计算变流器广义导纳所需的改变量△Ye1_VSC、△Ye2_VSC和△Ye3_VSC的相角范围和幅值范围，在系统稳定裕度确定情况下，根据改变量的相角范围和幅值范围确定改变量，用改变量调整广义导纳，从而提高系统的稳定性，达到振荡抑制的效果。

【技术特征摘要】
1.一种基于导纳整形范围的变流器并网系统稳定性提高方法，其特征在于包括以下步骤：1)建立变流器并网系统的等效原-对偶复电路，得到广义导纳Yei的模态功率Oei；2)计算模态功率的实部虚部和变流器并网系统的特征值s对广义导纳Yei的变化倍数kei的灵敏度，利用灵敏度能反应该广义导纳对变流器并网系统振荡的影响程度；3)计算变流器广义导纳所需的改变量△Ye1_VSC、△Ye2_VSC和△Ye3_VSC的相角范围和幅值范围，在系统稳定裕度确定情况下，根据改变量的相角范围和幅值范围确定改变量，用改变量调整广义导纳，从而提高系统的稳定性，达到振荡抑制的效果。2.根据权利要求1所述的一种基于导纳整形范围的变流器并网系统稳定性提高方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：采用基于广义阻抗建模方法建立变流器并网系统的等效原-对偶复电路，根据变流器并网系统的等效原-对偶复电路中节点处的电压方程，得到各个广义导纳Yei两端的电压差Uei和流过广义导纳Yei的电流Iei，再将电压差Uei的共轭和电流Iei的共轭和模态功率因子oei相乘得到广义导纳Yei的模态功率Oei；具体是采用以下公式计算获得各广义导纳Yei在外界强迫振荡频率下的模态功率Oei(s1)：Y(s)＝Ye_VSC(s)+Ye_L(s)+Ye_C(s)其中，Uei为电路电压向量U的分量在第i个广义导纳Yei两端的电压，电路电压向量U＝[UP,UD]T，T表示矩阵转置，UP和UD表示等效原-对偶复电路的原电压和对偶电压；Yei表示第i个广义导纳，Iei为通过第i个广义导纳Yei的电流；arg(·)表...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛焕海，董炜，杨超然，宫泽旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33