一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法，包括以下步骤：S11、建立交流配用电系统包含变流器负荷、各级变压器、交流集电线路的各元件的阻抗模型；S12、根据交流配用电系统拓扑结构，建立交流配用电系统的频域节点导纳矩阵；S13、求解节点导纳矩阵的行列式零点，进一步辨别出交流配用电系统主导特征值；S14、计算主导特征值的节点参与因子矩阵，评估各节点对主导特征值的参与程度，辨识出交流配用电系统的薄弱节点和薄弱设备；S15、对薄弱设备采取振荡抑制措施。本发明专利技术通过准确定位系统的薄弱节点和薄弱设备，有针对性地提升系统薄弱环节的稳定性，最大程度降低振荡对系统整体运行性能的影响。整体运行性能的影响。整体运行性能的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法。

技术介绍

[0002]交流配用电系统作为经济和社会发展的重要基础设施，对实现智能和能源互联网战略目标起着关键作用。尤其是21世纪以来，对能源的需求日益加大，交流配用电系统作为能源发展的重要一环，安全稳定清洁的交流配用电系统显得尤为重要。
[0003]电力电子变换技术的可控性和灵活性及传输效率高等特点使得其在交流配用电系统中得到了大量应用。电力电子设备并网势必会改变配用电系统的动态行为。随着电网中电力电子设备接入比例的不断提高，由高度电力电子化系统与电网之间的相互作用引起的振荡问题是当前新型电力系统面临的关键技术难题之一。交流配用电系统的电力电子化使得振荡稳定性问题尤其是次/超同步振荡问题更加频繁的出现，特别是在背靠背变流器作为负荷的专用配电网和微电网中，如电气化铁道牵引网、港区配电网、大型电驱舰船电网等，严重影响了工业和电网的安全运行，引起了工业界和学术界的关注。
[0004]在高度电力电子化交流配用电系统中屡次发生次/超同步振荡事件，如2007年的中国大秦线动车配电网发生了5Hz低频振荡，2009年的上海洋山深水港三期系统发生20Hz附近的次同步振荡，2010年中国和谐号高铁配电网系统发生了10Hz左右的振荡，2015年新疆哈密风电场发生了20Hz～80Hz区间的振荡，2021年上海洋山深水港四期配用电系统多次发生40Hz～60Hz的振荡现象等。该系统由大量基于背靠背变流器的电驱系统构成，各电驱系统具有多种运行状态，既可工作在馈电状态，也可工作在用电状态，且在洋山深水港四期系统中采用双回路供电，两段回路之间交流电压幅值存在差别使得两段分别供电回路的子系统稳定情况也各不相同，除此之外，系统投入电驱系统的台数、变流器的控制参数及控制环节交互、交流电网强度以及不同运行状态设备之间的交互等使得高度电力电子化交流配用电系统的稳定性分析存在较大挑战。
[0005]与以往新能源机组振荡抑制不同的是，电力电子化交流配用电系统工作时存在两种模式，既可以工作于用电模式也可工作于馈电模式。目前已有的抑制方法主要针对整个系统采取措施，性价比不高，缺乏针对系统薄弱点薄弱装备的高效抑制方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种基于薄弱点的电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法。根据实际交流配用电系统参数及结构，建立电力电子化交流配用电系统的频域节点导纳矩阵，进一步获得系统在特定振荡模式下的系统薄弱点，有针对性地提升系统薄弱环节的稳定性，最大程度降低振荡对系统整体运行性能的影响。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法，包括以下步骤：
[0008]S11：建立交流配用电系统包含变流器负荷、各级变压器、交流集电线路的各元件的阻抗模型；
[0009]S12：根据交流配用电系统拓扑结构，建立交流配用电系统的频域节点导纳矩阵；
[0010]S13：求解节点导纳矩阵的行列式零点，进一步辨别出交流配用电系统主导特征值；
[0011]S14：计算主导特征值的节点参与因子矩阵，评估各节点对主导特征值的参与程度，辨识出交流配用电系统的薄弱节点和薄弱设备；
[0012]S15：对薄弱设备采取振荡抑制措施。
[0013]优选地，所述变流器负荷包括：异步电机、机侧变流器及其控制系统、网侧变流器及其控制系统；
[0014]各级变压器包括：各变流器负荷的机端升压变压器、交流配用电系统的升压变压器。
[0015]优选地，根据异步电机定子电压、电流以及异步电机的交流端口dq阻抗建立其阻抗模型；
[0016]根据机侧变流器的交流侧dq导纳、机侧变流器直流侧的导纳、直流电压与交流电流间的耦合导纳、交流电压与直流电流间的耦合导纳，以及机侧变流器交流电压，机侧变流器交流电流，机侧变流器直流端口的电压和电流建立机侧变流器的阻抗模型；
[0017]根据网侧变流器遵循交直流侧功率守恒，通过交直流侧功率守恒建立网侧变流器的阻抗模型。
[0018]进一步地，所述异步电机的阻抗模型为：
[0019][0020][0021]其中，和均表示异步电机定子电压的dq轴小信号分量，和均表示异步电机定子电流的dq轴小信号分量，为异步电机的交流端口dq阻抗，Z
ddsub1
，Z
dqsub1
，Z
qdsub1 Z
qqsub1
分别代表d轴阻抗，d轴电压与q轴电流之间耦合阻抗，q轴电压与d轴电流之间耦合阻抗，q轴阻抗。
[0022]进一步地，所述机侧变流器的阻抗模型为：
[0023][0024]其中，Y
dqsub2
,Y
dcsub2
,Y
a
,Y
b
分别代表机侧变流器的交流侧dq导纳、机侧变流器直流侧的导纳、直流电压与交流电流间的耦合导纳、交流电压与直流电流间的耦合导纳，
和均表示机侧变流器交流电压的dq轴小信号分量，和均表示机侧变流器交流电流的dq轴小信号分量，交流电流的dq轴小信号分量，分别表示机侧变流器直流端口的电压和电流。
[0025]进一步地，所述网侧变流器交流侧电压、电流与直流电压、电流及直流侧阻抗之间关系为：
[0026][0027]A1＝
‑
H
i
I
‑
Z
dqf B＝I+G
Upll
+H
i
G
Ipll
[0028]C＝
‑
H
i
H
dc
[0029]H＝F+EA1‑1C
[0030]G＝D+EA1‑1B
[0031][0032][0033]其中，P
in
代表网侧变流器输入功率，u
dc0
代表直流电压稳态值，代表网侧交流电流电气坐标系下dq轴稳态值，代表网侧交流电压电气坐标系下dq轴稳态值，Δu
dc
、Δi
dcsub3
代表直流电压和直流电流小信号量，I表示单位矩阵，k
pi
和k
ii
分别为网侧电流内环的比例和积分系数，k
pudc
和k
iudc
分别为直流电压环的比例和积分系数，R
f
和L
f
分别为网侧滤波电阻和滤波电感，ω
g
为网侧电角速度；H
i
表示网侧电流内环控制传函矩阵，H
dc
表示直流电压外环控制传函矩阵，Z
dqf
表示滤波器传函矩阵，D、A1、B、C、E、F、H、G为公式替代，为简化阻抗表达式所设立，无实际含义。G
Upll
、G
Ipll...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：S11：建立交流配用电系统包含变流器负荷、各级变压器、交流集电线路的各元件的阻抗模型；S12：根据交流配用电系统拓扑结构，建立交流配用电系统的频域节点导纳矩阵；S13：求解节点导纳矩阵的行列式零点，进一步辨别出交流配用电系统主导特征值；S14：计算主导特征值的节点参与因子矩阵，评估各节点对主导特征值的参与程度，辨识出交流配用电系统的薄弱节点和薄弱设备；S15：对薄弱设备采取振荡抑制措施。2.如权利要求1所述的一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法，其特征在于，所述变流器负荷包括：异步电机、机侧变流器及其控制系统、网侧变流器及其控制系统；各级变压器包括：各变流器负荷的机端升压变压器、交流配用电系统的升压变压器。3.如权利要求2所述的一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法，其特征在于，根据异步电机定子电压、电流以及异步电机的交流端口根据机侧变流器的交流侧dq导纳、机侧变流器直流侧的导纳、直流dq阻抗建立其阻抗模型；电压与交流电流间的耦合导纳、交流电压与直流电流间的耦合导纳，以及机侧变流器交流电压，机侧变流器交流电流，机侧变流器直流端口的电压和电流建立机侧变流器的阻抗模型；根据网侧变流器遵循交直流侧功率守恒，通过交直流侧功率守恒建立网侧变流器的阻抗模型。4.如权利要求3所述的一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法，其特征在于，所述异步电机的阻抗模型为：述异步电机的阻抗模型为：其中，和均表示异步电机定子电压的dq轴小信号分量，和均表示异步电机定子电流的dq轴小信号分量，为异步电机的交流端口dq阻抗，Z
ddsub1
，Z
dqsub1
，Z
qdsub1
Z
qqsub1
分别代表d轴阻抗，d轴电压与q轴电流之间耦合阻抗，q轴电压与d轴电流之间耦合阻抗，q轴阻抗。5.如权利要求3所述的一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法，其特征在于，所述机侧变流器的阻抗模型为：
其中，Y
dqsub2
,Y
dcsub2
,Y
a
,Y
b
分别代表机侧变流器的交流侧dq导纳、机侧变流器直流侧的导纳、直流电压与交流电流间的耦合导纳、交流电压与直流电流间的耦合导纳，Δ表示小信号量，和均表示机侧变流器交流电压的dq轴小信号分量，和均表示机侧变流器交流电流的dq轴小信号分量，分别表示机侧变流器直流端口的电压和电流的小信号量。6.如权利要求3所述的一种电力电子化交流配用电系统振荡抑制方法，其特征在于，所述网侧变流器交流侧电压、电流与直流侧电压、电流及机侧系统直流侧阻抗之间关系为：A1＝
‑
H
i
I
‑
Z
dqf B＝I+G
Upll
+H
i
G
Ipll
C＝
‑
H
i
H
dc
H＝F+EA1‑1CCG＝D+EA1‑1BB其中，P
in
代表网侧变流器输入功率，u
dc0
代表直流电压稳态值，代表网侧交流电流电气坐标系下dq轴稳态值，代表网侧交流电压电气坐标系下dq轴稳态值，Δu
dc
、Δi
dcsub3
代表直流电压和直流电流小信号量，I表示单位矩阵，k
pi
和k
ii
分别为网侧电流内环的比例和积分系数，k
pudc
和k
iudc
分别为直流电压环的比例和积分系数，R
f
和L
f
分别为网侧滤波电阻和滤波电感，ω
g
为网侧电角速度；H
i
表示网侧电流内环控制传函矩阵，H
...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴炜，吕敬，沈冰，王凯，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：