考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法技术

本发明专利技术公开了考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，属于电力系统分析技术领域，包括以下步骤：步骤1、对变流器电压、电流、功率等电气量的物理限制和控制饱和限制进行评估，得到最大工作区间；步骤2、通过综合考虑物理和控制极限并进行对比找到影响变流器暂态稳定的主要因素，本发明专利技术所提出的优化方法考虑了影响变流器暂态支撑能力的根本性限制因素，解决了常规新能源电网优化配置方法中未考虑变流器支撑能力限制导致结果理想化的不足，使得分析结果与电网的实际运行情况更相符。符。符。

【技术实现步骤摘要】
考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法


[0001]本专利技术涉及电力系统分析
，具体是考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法。

技术介绍

[0002]不同于传统同步发电机组，新能源机组均通过电力电子设备并网，而常规的电力电子设备通常需要以电网电压为基准来向电网馈入功率，无法为电网提供必要的支撑，因此高比例的新能源接入降低了电网的惯量、阻尼和电压稳定性等。
[0003]上述稳定性问题本质上是由电力电子控制特性决定的，因此适当地改进控制是可以使得变流器提供一定的电网支撑功能，如下垂控制、虚拟同步机控制或各类构网型控制等，但制约电力电子变流器设备的本质因素是器件的过载能力。
[0004]电力电子设备正常工作时通常存在一个电压和电流的耐受范围，这个耐受范围与设备物理参数、控制器稳定均有关，为了确保电力电子设备的正常运行，一般都会在变流器的控制环中添加电压或电流限制的饱和环节用于限制暂态调节过程中可能带来的冲击以保护变流器设备，但是这也限制了并网变流器对电网的暂态支撑性能。如图1所示是新能源变流器并网的一般结构拓扑及控制原理示意图，新能源电力通过直流侧接入逆变电路，逆变后的交流电通过并网线路馈入电网。为了保护逆变器，自身的硬件电路保护就包括直流侧和交流的电压或电流保护。对应的控制器包括典型的电压控制器和电流控制器，由于控制器调节信号最终是作为逆变电路的开关信号控制逆变器输出的电压或电流，因此控制器中要添加电压限幅或电流限幅来限制控制器输出在合理范围内，这可以视为软件保护的一部分。上述电路和控制器的限制是实际新能源并网运行中要考虑的。
[0005]由于物理结构的不同，一般电力电子的过载能力是远低于同步发电机的。目前大多数的新能源优化配置问题都偏于理想化，且大多针对稳态情况，即认为新能源一定能正常运行或提供必要的功能，但是往往电力电子设备在暂态时更容易失稳或脱网，因此评估其在暂态时的支撑能力和优化配置对于系统的安全稳定运行至关重要，而目前针对上述方面开展的相关研究还不够。需要充分考虑变流器的暂态支撑极限后对系统进行规划，才能更符合实际情况，保证新能源的安全稳定运行。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、对变流器电压、电流、功率等电气量的物理限制和控制饱和限制进行评估，得到最大工作区间；
[0010]步骤2、通过综合考虑物理和控制极限并进行对比找到影响变流器暂态稳定的主
要因素；
[0011]步骤3、采用不同控制稳定限制进行时域仿真计算，分析新能源电网的关键频率和电压指标；
[0012]步骤4、以综合稳定指标为约束对新能源或变流器的接入比例或位置进行优化。
[0013]作为本专利技术的进一步技术方案：所述变流器的物理限制主要包括电力电子设备短时的电压耐受值u
max
、电流耐受值i
max
和短时的最大允许过载功率S
max
等，这些物理限制应当是确保变流器不受损坏的必要硬件保护参数。
[0014]作为本专利技术的进一步技术方案：所述变流器控制环中的饱和限制包括控制环节中的电压限制和电流限制，该限幅取决于控制类型而略有不同，但通常直流侧和交流侧的控制输出都存在限制。控制器中的限制体现为限幅环节，控制器的输出在达到设置的限值后会限制其输出，因此需要适当设置电力电子控制中的电压、电流限值。直流侧和交流侧的电压限幅分别取u
sd0
和u
sa0
；直流侧和交流侧的电流限幅分别取i
sd0
和i
sa0
。
[0015]作为本专利技术的进一步技术方案：结合具体的变流器电路拓扑和控制方式，并参考运行经验，明确变流器的物理限制和控制稳定极限，初步确定最大的工作区间f(u
max
)∩f(i
max
)∩f(S
max
)∩f(u
sd0
)∩f(u
sa0
)∩f(i
sd0
)∩f(i
sa0
)。运行区间表示为相应参数的函数关系f。
[0016]作为本专利技术的进一步技术方案：所述暂态影响因素分析主要是通过物理和控制两大方面的极限分析影响变流器暂态稳定的主要因素。其中物理极限可由功率半导体器件、电容、电感和电阻的出厂参数确定，而控制稳定限制通常选择范围不固定，因此在初步的经典控制环稳定分析方法的基础上再通过变流器单机的仿真对比分析不同电压或电流限制设置的合理性。
[0017]作为本专利技术的进一步技术方案：所述时域仿真计算是指建立变流器单机系统仿真模型，通过在控制环节中设置不同的电压和电流限制，并采用单一变量法来研究这些主要的限制因素对变流器自身暂态稳定特性的影响规律。
[0018]作为本专利技术的进一步技术方案：所述单一变量法是指：根据系统前述最大运行区间，设定为初始值，此时意味着变流器正常运行且各个环节均未达到饱和。每次在保持其它限值不变的情况下通过步长λ(0<λ<1)设置一个新的电压或电流限值(1+λ)u
sd0
、(1+λ)u
sa0
、(1+λ)i
sd0
或(1+λ)i
sa0
，对电网模型进行一次仿真计算，在模型中设置负荷变化或故障来比较关键的频率或电压指标。通过参数优选方法得到的具有较好稳定指标的控制环限值，并将参数修正为u
sd1
、u
sa1
、i
sd1
、i
sa1
。
[0019]频率指标是指频率变化率α和频率最低点β，频率变化率即负荷变化后短时间内频率的变化速率，定义采用式(1)；频率最低点即负荷变化后频率的最小值，定义采用式(2)。
[0020][0021]β＝max|f
t＞0
‑
f
t＝0+
|
ꢀꢀꢀ
(2)
[0022]其中t
s
是频率采样间隔，t
s
典型值为200
‑
300ms。
[0023]关键电压指标是指电压幅值的变化量γ，定义采用式(3)。
[0024][0025]其中t
r
是电压扰动的消除时间，即系统恢复时间。
[0026]所述关键的频率和电压指标分别与系统的惯量、阻尼和短路容量大小是强相关的，所述三个指标越小，代表系统稳定性越好；
[0027]参数优选方法是在每一个限值对应的仿真结果中比较稳定指标α、β和γ值的相对大小，如所述稳定指标均为减小趋势，则说明可以保持λ>0，继本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对变流器电压、电流、功率的物理限制和控制饱和限制进行评估，得到最大工作区间；步骤2、通过综合考虑物理和控制极限并进行对比找到影响变流器暂态稳定的主要因素；步骤3、采用不同控制稳定限制进行时域仿真计算，分析新能源电网的关键频率和电压指标；步骤4、以综合稳定指标为约束对新能源或变流器的接入比例或位置进行优化。2.根据权利要求1所述的考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，其特征在于，所述变流器的物理限制包括电力电子设备短时的电压耐受值u
max
、电流耐受值i
max
和短时的最大允许过载功率S
max
。3.根据权利要求2所述的考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，其特征在于，所述变流器控制环中的饱和限制包括控制环节中的电压限制和电流限制，该限幅取决于控制类型，控制器中的限制为限幅环节，控制器的输出在达到设置的限值后会限制其输出，直流侧和交流侧的电压限幅分别取u
sd0
和u
sa0
；直流侧和交流侧的电流限幅分别取i
sd0
和i
sa0
。4.根据权利要求3所述的考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，其特征在于，结合具体的变流器电路拓扑和控制方式，明确变流器的物理限制和控制稳定极限，初步确定最大的工作区间f(u
max
)∩f(i
max
)∩f(S
max
)∩f(u
sd0
)∩f(u
sa0
)∩f(i
sd0
)∩f(i
sa0
)，运行区间表示为相应参数的函数关系f。5.根据权利要求4所述的考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，其特征在于，暂态影响因素分析是通过物理和控制两方面的极限分析影响变流器暂态稳定的主要因素，其中物理极限由功率半导体器件、电容、电感和电阻的出厂参数确定，控制稳定限制选择范围不固定，因此在初步的经典控制环稳定分析方法的基础上再通过变流器单机的仿真对比分析不同电压或电流限制设置的合理性。6.根据权利要求5所述的考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，其特征在于，所述时域仿真计算是指建立变流器单机系统仿真模型，通过在控制环节中设置不同的电压和电流限制，并采用单一变量法来研究这些限制因素对变流器自身暂态稳定特性的影响规律。7.根据权利要求6所述的考虑电力电子暂态支撑极限的新能源并网优化配置方法，其特征在于，所述单一变量法是指：根据系统前述最大运行区间，设定为初始值，此时意味着变流器正常运行且各个环节均未达到饱和，每次在保持其它限值不变的情况下通过步长λ设置一个新的电压或电流限值(1+λ)u
sd0
、(1+λ)u
sa0
、(1+λ)i
sd0
或(1+λ)i
sa0
，0<λ<1，对电网模型进行一次仿真计算，在模型中设置负荷变化或故障来比较关键的频率指标或电压指标，通过参数优选方法得到的具有较好稳定指标的控制环限值，并将参数修正为u
sd1
、u
sa1
、i
sd1
、i
sa1
；频率指标是指频率变化率α和频率最低点β，频率变化率即负荷变化后短时间内频率的变化速率，定义采用式(1)；频率最低点即负荷变化后频率的最小值，定义采用式(2)；
其中t
s
是频率采样间隔，t
s
典型值为200
‑
300ms；电压指标是指电压幅值的变化量γ，定义采用式(3)；其中t
r

【专利技术属性】
技术研发人员：李晨阳，张泽健，黄永章，邓二平，王岳，
申请(专利权)人：华电烟台功率半导体技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：