一种柔性直流电网的稳定性分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及柔性直流电网仿真技术领域，具体提供了一种柔性直流电网的稳定性分析方法及装置，包括：利用预先确定的柔性直流电网的小干扰模型进行仿真；在仿真系统中对柔性直流电网进行小干扰稳定性分析。本发明专利技术提供的技术方案，能够基于特征根法进行柔性直流电网的小干扰稳定分析，定位系统可能存在的负阻尼或弱阻尼模态，并提取影响系统稳定性的关键因子。并提取影响系统稳定性的关键因子。并提取影响系统稳定性的关键因子。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性直流电网的稳定性分析方法及装置


[0001]本专利技术涉柔性直流电网仿真
，具体涉及一种柔性直流电网的稳定性分析方法及 装置。

技术介绍

[0002]近年来，基于全控型器件的电压源换流器直流输电技术(Voltage Source Converter basedHVDC，VSC
‑
HVDC)发展迅速，已成为实现大规模新能源接入，输电系统高可控性和灵活 性的一种有效手段。其中，基于模块化多电平换流器的直流输电技术(Modular MultilevelConverter based HVDC，MMC
‑
HVDC)因其低谐波含量、可扩展性等优势在高压大容量柔性 直流输电工程中广泛应用。
[0003]柔性直流电网是由多个电压源型换流器互联构成，以直流方式进行电能传输的电力网 络。柔性直流电网不仅具备双端柔性直流系统快速、灵活可控等技术特点，还可以最大限度 的综合各种新能源、负荷的分布特性进行多元互补，因此已经成为当前电力系统的研究热点。 目前，已经建设完成了张北
±
500kV四端柔性直流电网示范工程，将对张北地区的大规模可 再生能源汇集消纳发挥重要作用，在全世界范首次实现了大规模可再生能源经直流电网向特 大城市供电。世界范围内，欧洲及美国等电网发展规划都对柔性直流输电技术提出了建设规 划，特别是欧洲国家在原先智能电网概念的基础上提出了超级电网计划，本质上都是基于模 块化多电平换流器或类似拓扑构建成柔性直流电网。
[0004]柔性直流电网的发展建设将使电网呈现越来越强烈的交直流相互耦合、暂态过程复杂多 变的特性，对系统分析提出了严峻的挑战。柔性直流动态行为及控制环节较为复杂，系统运 行方式的变化、功率参考值的变化以及其他外部因素的干扰均有可能引发系统振荡甚至失稳 现象，国内外多个柔性直流输电工程在调试或运行阶段发生振荡现象，振荡频率覆盖低、中 和高频段。为揭示系统耦合振荡的机理，需要建立柔性直流电网的小信号模型及稳定性分析 理论，探讨主电路参数和控制环节对系统稳定性的影响规律，揭示系统振荡模式及模态特征， 从而为构建振荡源辨识方法并提出有效的振荡抑制措施提供理论依据。

技术实现思路

[0005]为了克服上述缺陷，本专利技术提出了一种柔性直流电网的稳定性分析方法及装置。
[0006]第一方面，提供一种柔性直流电网的稳定性分析方法，所述柔性直流电网的稳定性分析 方法包括：
[0007]利用预先确定的柔性直流电网的小干扰模型进行仿真；
[0008]在仿真系统中对柔性直流电网进行小干扰稳定性分析。
[0009]优选的，所述预先确定的柔性直流电网的小干扰模型的确定过程包括：
[0010]建立柔性直流电网换流器交流侧小干扰模型、柔性直流电网换流器直流侧小干扰模型和 柔性直流电网直流线路小干扰模型；
[0011]基于所述柔性直流电网换流器交流侧小干扰模型、柔性直流电网换流器直流侧小干扰模 型和柔性直流电网直流线路小干扰模型确定柔性直流电网的小干扰模型。
[0012]进一步的，所述柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰模型的数学模型如下：
[0013][0014]上式中，为柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰信号，A
mmc_ac
为柔性直流 电网换流器对应的状态矩阵信号向量，
△
x
mmc_ac
为柔性直流电网换流器对应的状态变量矩阵信 号向量，B
u
为柔性直流电网换流器对应的第一输入矩阵，
△
U
ref
为柔性直流电网换流器对应 的输入变量矩阵信号向量，B
dc_ac
为柔性直流电网换流器对应的第二输入矩阵，
△
v
dcm
为柔性 直流电网换流器对应的测量点的直流电压信号。
[0015]进一步的，所述柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰信号中第m个柔性直流电网换 流器对应的交流侧小干扰信号的数学模型如下：
[0016][0017]上式中，为柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰信号中第m个柔性直流电 网换流器对应的交流侧小干扰信号，
△
i
d
为交流侧电流的d轴分量信号，
△
i
q
为交流侧电流的 q轴分量信号，
△
v
cd
为阀侧电压的d轴分量信号，
△
v
cq
为阀侧电压的q轴分量信号，
△
θ为锁 相环输出的相角信号，
△
x
ω
为PCC点电压q轴分量的积分信号，
△
x
p
为有功功率给定值与实测 值偏差的积分信号，
△
x
dc
为直流电压实测值与给定值偏差的积分信号，
△
x
q
为无功功率给定值 与实测值偏差的积分信号，
△
x
id
为交流电流d轴分量给定值与实测值偏差的积分信号，
△
x
iq
为 交流电流q轴分量给定值与实测值偏差的积分信号，T为转置符号。
[0018]进一步的，对于定有功功率换流站，所述柔性直流电网换流器对应的状态矩阵信号向量 中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数学模型如下：
[0019][0020]所述柔性直流电网换流器对应的第一输入矩阵中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数 学模型如下：
[0021][0022]所述柔性直流电网换流器对应的第二输入矩阵中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数 学模型如下：
[0023][0024]上式中，ω0为锁相环输出的初始角速度，为电流内环控制比例控制系数，为电流 内环控制积分控制系数，d
i
为电流内环控制解耦系数，为有功功率外环控制比例控制系数，为有功功率外环控制积分控制系数，为无功功率外环控制比例控制系数，为无功功率 外环控制积分控制系数，为锁相环比例控制系数，为锁相环积分控制系数，V
pd
为PCC 点电压的d轴分量，V
pq
为PCC点电压的q轴分量，I
d
为交流电流d轴分量，I
q
为交流电流q 轴分量，T
c
为阀基控制系统等效惯性环节时间常数，L
s
为交流系统等效阻抗，L
c
为柔直换流 器交流侧等效阻抗，V
s
为交流系统等效理想电源电压，θ0为锁相环输出的初始锁相角，V
cdref
为换流器输出的阀侧电压d分量参考值，V
dcrate
为额定直流电压，L
c
＝L
T
+L
arm
/2，L
T
为换 流变压器漏抗，L
arm
为换流器桥臂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流电网的稳定性分析方法，其特征在于，所述方法包括：利用预先确定的柔性直流电网的小干扰模型进行仿真；在仿真系统中对柔性直流电网进行小干扰稳定性分析。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先确定的柔性直流电网的小干扰模型的确定过程包括：建立柔性直流电网换流器交流侧小干扰模型、柔性直流电网换流器直流侧小干扰模型和柔性直流电网直流线路小干扰模型；基于所述柔性直流电网换流器交流侧小干扰模型、柔性直流电网换流器直流侧小干扰模型和柔性直流电网直流线路小干扰模型确定柔性直流电网的小干扰模型。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰模型的数学模型如下：上式中，为柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰信号，A
mmc_ac
为柔性直流电网换流器对应的状态矩阵信号向量，
△
x
mmc_ac
为柔性直流电网换流器对应的状态变量矩阵信号向量，B
u
为柔性直流电网换流器对应的第一输入矩阵，
△
U
ref
为柔性直流电网换流器对应的输入变量矩阵信号向量，B
dc_ac
为柔性直流电网换流器对应的第二输入矩阵，
△
v
dcm
为柔性直流电网换流器对应的测量点的直流电压信号。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰信号中第m个柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰信号的数学模型如下：上式中，为柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰信号中第m个柔性直流电网换流器对应的交流侧小干扰信号，
△
i
d
为交流侧电流的d轴分量信号，
△
i
q
为交流侧电流的q轴分量信号，
△
v
cd
为阀侧电压的d轴分量信号，
△
v
cq
为阀侧电压的q轴分量信号，
△
θ为锁相环输出的相角信号，
△
x
ω
为PCC点电压q轴分量的积分信号，
△
x
p
为有功功率给定值与实测值偏差的积分信号，
△
x
dc
为直流电压实测值与给定值偏差的积分信号，
△
x
q
为无功功率给定值与实测值偏差的积分信号，
△
x
id
为交流电流d轴分量给定值与实测值偏差的积分信号，
△
x
iq
为交流电流q轴分量给定值与实测值偏差的积分信号，T为转置符号。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对于定有功功率换流站，所述柔性直流电网换流器对应的状态矩阵信号向量中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数学模型如下：
所述柔性直流电网换流器对应的第一输入矩阵中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数学模型如下：所述柔性直流电网换流器对应的第二输入矩阵中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数学模型如下：
上式中，ω0为锁相环输出的初始角速度，为电流内环控制比例控制系数，为电流内环控制积分控制系数，d
i
为电流内环控制解耦系数，为有功功率外环控制比例控制系数，为有功功率外环控制积分控制系数，为无功功率外环控制比例控制系数，为无功功率外环控制积分控制系数，为锁相环比例控制系数，为锁相环积分控制系数，V
pd
为PCC点电压的d轴分量，V
pq
为PCC点电压的q轴分量，I
d
为交流电流d轴分量，I
q
为交流电流q轴分量，T
c
为阀基控制系统等效惯性环节时间常数，L
s
为交流系统等效阻抗，L
c
为柔直换流器交流侧等效阻抗，V
s
为交流系统等效理想电源电压，θ0为锁相环输出的初始锁相角，V
cdref
为换流器输出的阀侧电压d分量参考值，V
dcrate
为额定直流电压，L
c
＝L
T
+L
arm
/2，L
T
为换流变压器漏抗，L
arm
为换流器桥臂电抗，V
cqref
为换流器输出的阀侧电压q分量参考值。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对于定直流电压换流站，所述柔性直流电网换流器对应的状态矩阵信号向量中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数学模型如下：
所述柔性直流电网换流器对应的第一输入矩阵中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数学模型如下：所述柔性直流电网换流器对应的第二输入矩阵中第m个换流器对应的状态矩阵信号的数学模型如下：
上式中，为直流电网外环控制比例控制系数，为直流电网外环控制积分控制系数。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述柔性直流电网换流器直流侧小干扰模型的数学模型如下：上式中，
△
v
ceq
为换流器直流侧等效电容电压信号，A
mmc_dc
为柔性直流电网换流器直流侧的状态矩阵信号向量，B
ac_dc
为柔性直流电网换流器直流侧的第一输入矩阵，B
mmc_dcline
为柔性直流电网换流器直流侧的第二输入矩阵，
△
i
dcline
为直流线路电流信号，
△
v
dcm
为测量点的直流电压信号，D
Larm
为与柔性直流电网拓扑相关的桥臂电感矩阵，
△
v
dc
为测量点的平波电抗器后的直流电压信号，D
Lsth
为与柔性直流电网拓扑相关的平波电抗矩阵；其中，所述柔性直流电网换流器直流侧的状态矩阵信号向量的数学模型为：所述柔性直流电网换流器直流侧的第一输入矩阵的数学模型为：所述柔性直流电网换流器直流侧的第一输入矩阵中第m行第m列个元素的计算式为：所述柔性直流电网换流器对应的第二输入矩阵的数学模型为：
所述与柔性直流电网拓扑相关的桥臂电感矩阵的数学模型如下：所述与柔性直流电网拓扑相关的平波电抗矩阵的数学模型如下：上式中，为柔性直流电网第m个换流器交流侧电压d轴分量，为柔性直流电网第m个换流器交流侧电压q轴分量，为柔性直流电网第m个换流器直流侧等效电容，为柔性直流电网第m个换流器直流侧等效电容，为柔性直流电网第m个换流器子模块电容，N为柔性直流电网第m个换流器桥臂子模块数，为柔性直流电网第m个换流器直流侧等效电容电压，为柔性直流电网第m个换流器交直流侧电气量的关联矩阵，为柔性直流电网第m个换流器桥臂电感，为柔性直流电网第m个换流器直流侧电流与直流网络线路电流的关系矩阵，为柔性直流电网第m个换流器平波电抗。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述柔性直流电网直流线路小干扰模型的数学模型如下：上式中，
△
v
line
为直流线路等效电容电压，
△
i
dcline
为直流线路电流信号，B
line_i
为表征换流器在直流电网中相对位置的关联矩阵，A
line_i
为直流线路等效电感矩阵，A
line_v
为直流线路等效电容矩阵，
△
v
dc
为测量点的平波电抗器后的直流电压信号；所述直流线路等效电容矩阵的数学模型如下：所述直流线路等效电感矩阵的数学模型如下：
上式中，为第n条直流线路的等效集中电容值，为第n条直流线路的等效集中电感值。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述柔性直流电网的小干扰模型的数学模型如下：上式中，为柔性直流电网的小干扰信号，A
sys
为柔性直流电网的状态矩阵信号向量，
△
x
sys
为柔性直流电网的状态变量矩阵信号向量，B
sys
为柔性直流电网的输入矩阵；其中，所述柔性直流电网的状态变量矩阵信号向量的数学模型如下：所述柔性直流电网的状态矩阵信号向量的数学模型如下：所述柔性直流电网的输入矩阵的数学模型如下：上式中，T为转置符号，E
2n
×
2n
为2n
×
2n的单位矩阵，n为直流线路总条数，A
dcline
为第一中间变量，A
dcline
＝[E
2n
×
2n
‑
B
line_i
(D
Larm
+D
Lsth
)]
‑1A
line_i
，B
dcline
为第二中间变量，B
dcline
＝[E
2n
×
2n
‑
B
line_i
(D
Larm
+D
Lsth
)]
‑1B
line_i
，E
m
×
m
为m
×
m的单位矩阵。10.一种柔性直流电网的稳定性分析装置，其特征在于，所述装置包括：仿真模块，用于利用预先确定的柔性直流电网的小干扰模型进行仿真；分析模块，用于在仿真系统中对柔性直流电网进行小干扰稳定性分析。11.如权利要求10所述的装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇龙泽，刘栋，朱琳，黄天啸，范征，周家培，
申请(专利权)人：国网冀北电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：