一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法及系统技术方案

本公开属于混合直流输电系统稳定技术领域，具体涉及一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法及系统，包括：建立混合直流输电系统全阶状态空间模型，构建直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型，对所得到的系统动力学模型进行线性化处理，得到混合直流输电系统的线性化模型；计算所述线性化模型的特征根和所述特征根的参与因子，根据所得到的特征根分布情况筛选备选共振模式集合，以及与所述备选共振模式集合强相关的系统参数；修改混合直流输电系统的系统参数，绘制系统特征根的根轨迹，判断是否出现模式共振并确定模式共振的共振强度；若出现模式强共振且共振强度大于设定阈值，则判定系统将失稳，记录共振点处的系统参数。数。数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法及系统


[0001]本公开属于混合直流输电系统稳定分析
，具体涉及一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]电网换相型高压直流输电系统(Line Commutated Converter High Voltage Direct Current，简称LCC
‑
HVDC)由于其跨区输电的成本和技术优势在远距离、大容量输电方面得到了广泛应用，但其运行需要交流系统提供换相支撑。而电压源换流器高压直流输电系统(VSC
‑
HVDC)的运行不依赖交流系统，且能够实现有功功率与无功功率的独立快速控制。将VSC
‑
HVDC引入到直流系统中形成的混合直流输电系统，能够结合LCC
‑
HVDC与VSC
‑
HVDC两者的优势，改善系统整体运行特性。但是混合直流输电系统本身也存在着一些问题。混合直流输电系统既在直流侧有直流电气耦合，又在交流侧存在交流电气耦合，更易发生强耦合作用下的模式共振现象(即，特征根轨迹不同分支接近现象)。当系统状态空间矩阵的两个模式接近重合(强共振)时，随着参数变化，两个模式根轨迹趋势会发生强烈变化，其中一个的移动方向为阻尼减弱方向，严重时系统失稳。
[0004]专利技术人发现，目前直流输电系统的稳定分析研究，多集中于讨论相轨迹变化代表的运动稳定性，对利用模式共振现象判断结构稳定性鲜有提及，且关注的系统拓扑结构多为单类型直流系统，较少涉及在交流、直流侧均存在强电气耦合的混合直流输电系统。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本公开提出了一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法及系统，确认混合直流输电系统中可能存在的共振模式、给出与共振模式相关的系统参数，并依据共振模式信息量化评价系统稳定裕度。
[0006]根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法，采用如下技术方案：
[0007]一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法，包括：
[0008]建立混合直流输电系统全阶状态空间模型，基于奇异摄动辨识时间尺度差异，构建直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型，对所得到的系统动力学模型进行线性化处理，得到混合直流输电系统的线性化模型；
[0009]计算所述线性化模型的特征根和所述特征根的参与因子，根据所得到的特征根分布情况筛选备选共振模式集合，以及与所述备选共振模式集合强相关的系统参数；
[0010]修改混合直流输电系统的系统参数，绘制系统特征根的根轨迹，判断是否出现模式共振并确定模式共振的共振强度；若共振强度大于设定阈值则判定系统将失稳，记录共振点处系统参数，完成混合直流输电系统失稳判别。
[0011]作为进一步的技术限定，所述混合直流输电系统包括电网换相型高压直流输电系统和电压源换流器高压直流输电系统；以直流逆变侧系统控制环节变量以及所获取的混合直流输电系统系统参数，构建混合直流输电系统全阶状态空间模型，即其中，x
a
为混合直流输电系统的状态变量，包括所述电网换相型高压直流输电系统逆变侧以及所述电压源换流器高压直流输电系统逆变侧的控制环节状态变量、所述电网换相型高压直流输电系统逆变侧滤波器电容电压和电感电流、交流侧电网电容电压和电感电流，以及同步发电机状态变量；u为系统输入变量。
[0012]进一步的，基于奇异摄动理论，分析混合直流输电系统模型时间尺度问题；所述直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型构建步骤为：
[0013]以直流控制系统时间尺度为基准，将所述混合直流输电系统全阶状态空间模型动态划分为快动态与慢动态，构建奇异摄动标准模型其中，x
s
为具有慢动态特性的状态变量，x
f
为具有快动态特性的状态变量，ε为奇异摄动参数，t为时间；令ε＝0，将快动态以准稳态方程描述，即0＝h(t,x
s
,x
f
,0)，即将模型转变为转变后的模型即为直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型。
[0014]进一步的，在额定参数下求解所述直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型稳态点；在稳态点对直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型进行线性化处理，得到线性化模型，即为其中，Δx
s
为状态变量的微小增量，A为系统状态空间矩阵。
[0015]作为进一步的技术限定，在筛选备选共振模式集合及其系统参数集合的过程中，在稳态点计算系统状态矩阵的特征根，；根据特征根的分布情况以及参与因子，筛选同一数量级，且与共同系统参数系统强相关(参与因子大)的特征根作为备选共振模式集合，以强相关的共同系统参数作为系统参数集合。
[0016]作为进一步的技术限定，修改混合直流输电系统的系统参数，绘制系统特征根的根轨迹，包括以下步骤：修改关注的系统参数集合中参数，绘制备选共振模式集合中的特征根在复平面随参数变化而变化的曲线，完成系统特征根轨迹的绘制。
[0017]作为进一步的技术限定，所述判断是否出现模式共振并确定模式共振强度的具体过程为：
[0018]若系统状态空间矩阵的两个特征根随系统参数单向变化先相互靠近，在接近重合后两个特征根的运动方向均发生接近90
°
的转向，随后两个特征根沿相反方向继续移动，且其中一个特征根的运动方向为阻尼减弱的方向，则判断出现模式共振；
[0019]当出现模式共振时，记录特征根的位置、系统参数以及共振模式的特征根轨迹中
特征根之间的最近距离，确定所述混合直流输电系统的共振模式，并判断在所记录的系统参数变化下系统将要失稳，以特征根之间的最近距离评价共振强度；
[0020]当没有出现模式共振时，重新选择系统参数集合中的其他参数绘制系统特征根轨迹，直到对系统参数集合中的所有参数完成搜索为止。
[0021]根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种基于模式共振的混合直流失稳判别系统，采用如下技术方案：
[0022]一种基于模式共振的混合直流失稳判别系统，包括：
[0023]构建模块，其被配置为建立混合直流输电系统全阶状态空间模型，基于奇异摄动辨识时间尺度差异，构建直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型，对所得到的系统动力学模型进行线性化处理，得到混合直流输电系统的线性化模型；
[0024]分析模块，其被配置为计算所述线性化模型的特征根和所述特征根的参与因子，根据所得到的特征根分布情况筛选备选共振模式集合，以及与所述备选共振模式集合强相关的系统参数；
[0025]判别模块，其被配置为修改混合直流输电系统的系统参数，绘制系统特征根的根轨迹，判断是否出现模式共振并确定模式共振的共振强度；若共振强度大于设定阈值，则判定系统将失稳，记录共振点处系统参数，完成混合直流输电系统失稳判别。
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法，其特征在于，包括：建立混合直流输电系统全阶状态空间模型，基于奇异摄动辨识时间尺度差异，构建直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型，对所得到的系统动力学模型进行线性化处理，得到混合直流输电系统的线性化模型；计算所述线性化模型的特征根和所述特征根的参与因子，根据所得到的特征根的分布情况筛选备选共振模式集合，以及与所述备选共振模式集合强相关的系统参数；修改混合直流输电系统的系统参数，绘制系统特征根的根轨迹，判断是否出现模式共振并确定模式共振的共振强度；若共振强度大于设定阈值，则判定系统将失稳，记录共振点处的系统参数，完成混合直流输电系统失稳判别。2.如权利要求1中所述的一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法，其特征在于，所述混合直流输电系统包括电网换相型高压直流输电系统和电压源换流器高压直流输电系统；以直流逆变侧系统控制环节变量以及所获取的混合直流输电系统参数，构建混合直流输电系统全阶状态空间模型，即其中，x为混合直流输电系统的状态变量，所述状态变量包括所述电网换相型高压直流输电系统逆变侧以及所述电压源换流器高压直流输电系统逆变侧的控制环节状态变量、所述电网换相型高压直流输电系统逆变侧滤波器电容电压和电感电流、交流侧电网电容电压和电感电流，以及同步发电机状态变量；u为系统输入变量，y为系统输出变量。3.如权利要求2中所述的一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法，其特征在于，所述直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型构建步骤为：以直流控制系统时间尺度为基准，将所述混合直流输电系统全阶状态空间模型动态划分为快动态与慢动态，构建奇异摄动标准模型其中，x
s
为具有慢动态特性的状态变量，x
f
为具有快动态特性的状态变量，ε为奇异摄动参数，t为时间；令ε＝0，将快动态以准稳态方程描述，即0＝h(t,x
s
,x
f
,0)，即将模型转变为转变后的模型即为直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型。4.如权利要求3中所述的一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法，其特征在于，对所得到的系统动力学模型进行线性化处理，得到混合直流输电系统的线性化模型，包括以下步骤：在额定参数下求解所述直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型的稳态点；
在稳态点对直流控制系统时间尺度下的系统动力学模型进行线性化处理，得到线性化模型，即为其中，Δx
s
为状态变量的微小增量，A为系统状态空间矩阵。5.如权利要求4中所述的一种基于模式共振的混合直流失稳判别方法，其特征在于，计算所述线性化模型的特征根和所述特征根的参与因子，根据所得到的特征根的分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩继尧，王晓辉，李辰，谢珍建，陈启超，王菲，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院国网经济技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：