构网型逆变器的暂态稳定分析方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种构网型逆变器的暂态稳定分析方法、设备及存储介质，考虑有功

【技术实现步骤摘要】
构网型逆变器的暂态稳定分析方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及电气工程领域，特别是一种构网型逆变器的暂态稳定分析方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]构网型逆变器可以为电网提供频率、电压支撑，是可再生能源并网的重要接口。电网发生大扰动后逆变器的暂态稳定性对可再生能源并网系统的安全可靠运行具有重要意义。
[0003]相轨迹法、等面积法、李雅普诺夫直接法是暂态稳定分析的常用研究方法。相轨迹法是基于数值仿真的方法，可以准确预测故障后逆变器的运行行为，但是依赖于故障发生后全时间段的仿真，计算时间长，且无法获知暂态稳定机理。等面积法具有明确的物理意义，但是无法反映阻尼对暂态稳定的影响。李雅普诺夫直接法通过构造能量函数来绘制系统的稳定域，仅需比较扰动清除时刻的能量与临界能量的值，即可预测系统的暂态稳定性。能量函数的构造是使用李雅普诺夫直接法分析暂态稳定的关键。
[0004]在构网型逆变器的暂态稳定分析领域，专利技术专利申请“一种含有电流限幅器的下垂逆变器能量函数构造的方法”(公开号：CN202011155013.8，公开日：2021.02.05)通过建立使用Sigmoid函数表示的不含奇点的电流限幅器模型，一定程度上降低了含有电流限幅器的下垂逆变器能量函数的保守性。专利技术专利申请“计及VSG逆变器电流限幅的暂态能量函数方法”(公开号：201710528807.6，公开日：2017.11.07)通过建立逆变器饱和的系统功角模型，构造暂态能量函数，提出了考虑电流限幅环节的逆变器暂态稳定分析方法。然而，上述专利技术均未考虑系统阻尼的影响，在阻尼较大的情况下，暂态稳定分析的保守性较强，易导致暂态稳定预测结果不准。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种构网型逆变器的暂态稳定分析方法、设备及存储介质，降低稳定域的保守性，提高李雅普诺夫直接法预测构网型逆变器暂态稳定性的精度。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种构网型逆变器的暂态稳定分析方法，包括以下步骤：
[0007]建立构网型逆变器系统的二阶模型，获得构网型逆变器系统的等效阻尼、惯量，计算构网型逆变器系统的不稳定平衡点；
[0008]建立以下能量函数E
λ
表达式：
[0009][0010]根据所述不稳定平衡点和所述能量函数表达式，绘制引入的参数λ在[0,1]范围内变化时构网型逆变器系统的稳定域，判断状态切换时刻的相量是否在稳定域内，预测构网
型逆变器系统的暂态稳定性；
[0011]其中，D为等效阻尼，M为等效惯量，δ为等效功角，V
g
为电网电压幅值，X
g
为电网等效阻抗，V
PCC
为公共连接点电压的幅值，Δδ＝δ
‑
δ
s
，δ
s
为稳定平衡点，ω为等效转速。
[0012]本专利技术在构造能量函数时，综合考虑了构网型逆变器的等效动能、等效势能和阻尼耗散量，获得计及阻尼特性的能量函数。基于该能量函数绘制的稳定域增大，将减小暂态稳定性分析的保守性，提高李雅普诺夫直接法预测构网型逆变器暂态稳定的精度。
[0013]构网型逆变器系统的二阶模型表示如下：
[0014][0015]其中，k
p
为比例控制系数，ω
c
为一阶滤波器截止频率，P
ref
为有功功率指令，V
g
为电网电压幅值，X
g
为电网等效阻抗，为等效功角对时间的一阶导数，为等效功角对时间的二阶导数。
[0016]二阶模型能表征构网型逆变器的等效功角动态特性，其阶数低，能简化所构建的能量函数形式，便于工程应用。
[0017]等效阻尼D和等效惯量M分别为：
[0018]等效阻尼和等效惯量的引入，有助于从物理意义上理解构网型逆变器控制参数k
p
和ω
c
对暂态特性的影响，也能简化能量函数的表征形式。
[0019]构网型逆变器系统的不稳定平衡点δ
u
表示为：
[0020][0021]构网型逆变器系统的暂态稳定性的预测过程包括：
[0022]当变量λ等于一固定值λ0时，稳定域表示为：Ω
Cλ0
＝{x∈R2|E
λ0
(x)＜C
λ0
}；其中：R2表示二维实数集，x为状态相量，x＝[Δδ,Δω]，Δω＝ω
‑
ω
n
，ω
n
为电网电压角频率，E
λ0
为λ＝λ0时的能量函数，C
λ0
为不稳定平衡点[δ
u
,0]的等势能面；
[0023]λ从0开始取值，以Δλ为步进增加，直至逼近1，在不同的λ取值下均绘制稳定域，各稳定域的并集为构网型逆变器的稳定域S，即：其中：且m为正整数，为参数λ取值为[0,1]范围内变化时的稳定域并集，Ω
Cλ|λ＝0
为λ＝0时的稳定域，Ω
Cλ|λ＝Δλ
为λ＝Δλ时的稳定域，Ω
Cλ|λ＝mΔλ
为λ＝mΔλ时的稳定域。
[0024]若状态切换时刻的相量x
sf
在稳定域内，即x
sf
∈S，则构网型逆变器系统稳定；若状态切换时刻的相量x
sf
不在稳定域内，即则构网型逆变器系统不稳定。
[0025]利用李雅普诺夫直接法预测构网型逆变器系统的稳定性，仅需对状态切换前的系统进行仿真，获得状态切换时刻的相量，无需对系统进行全时间段仿真，可以减小暂态稳定
分析的计算量，提高分析效率。
[0026]作为一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种终端设备，其包括：
[0027]一个或多个处理器；
[0028]存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现本专利技术上述方法的步骤。
[0029]作为一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。
[0030]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术考虑了构网型逆变器的等效动能、等效势能和阻尼耗散量，构造了计及阻尼特性的能量函数。基于该能量函数绘制的稳定域增大，减小了保守性，提高了雅普诺夫直接法预测构网型逆变器暂态稳定的精度。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例的构网型逆变器暂态稳定分析方法流程图；
[0032]图2为本专利技术具体实施方式所述的构网型逆变器的电路和控制结构图；
[0033]图3为本专利技术一实施例中稳定域和相轨迹图；
[0034]图4为本专利技术一实施例中暂态稳定性时域仿真结果图；
[0035]U
dc
——直压，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构网型逆变器的暂态稳定分析方法，其特征在于，包括以下步骤：建立构网型逆变器系统的二阶模型，获得构网型逆变器系统的等效阻尼、惯量，计算构网型逆变器系统的不稳定平衡点；建立以下能量函数E
λ
表达式：根据所述不稳定平衡点和所述能量函数表达式，绘制引入的参数λ在[0,1]范围内变化时构网型逆变器系统的稳定域，判断状态切换时刻的相量是否在稳定域内，预测构网型逆变器系统的暂态稳定性；其中，D为等效阻尼，M为等效惯量，δ为等效功角，V
g
为电网电压幅值，X
g
为电网等效阻抗，V
PCC
为公共连接点电压的幅值，Δδ＝δ
‑
δ
s
，δ
s
为稳定平衡点，ω为等效转速。2.根据权利要求1所述的构网型逆变器的暂态稳定分析方法，其特征在于，构网型逆变器系统的二阶模型表示如下：其中，k
p
为比例控制系数，ω
c
为一阶滤波器截止频率，P
ref
为有功功率指令，V
g
为电网电压幅值，X
g
为电网等效阻抗，为等效功角对时间的一阶导数，为等效功角对时间的二阶导数。3.根据权利要求1所述的构网型逆变器的暂态稳定分析方法，其特征在于，等效阻尼D和等效惯量M分别为：4.根据权利要求1所述的构网型逆变器的暂态稳定分析方法，其特征在于，构网型逆变器系统的不稳定平衡点δ
u
表示为：5.根据权利要求1所述的构网型逆变器的暂态稳定分析方法，其特征在于，构网型逆变器系统的暂态稳定性的预测过程包括：当变量λ等于一固定值λ0时，稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖书寒，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：