用于跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法，首先建立以锁相环动力学方程为基础的锁相环并网暂态同步稳定模型，随后建立了计及MMC故障期间饱和电流控制的系统注入功率模型，将MMC用电流源等效建模；根据暂态同步稳定模型，得到系统的稳定平衡点与不稳定平衡点；根据等面积法则，评估MMC的饱和电流控制、系统强度、锁相环参数对系统暂态同步稳定性的影响。本发明专利技术方法能够在系统参数确定的情况下，定量评估系统的暂态同步稳定性，能够作为系统临界切除时间的计算基础，从而为继电保护装置的时间整定提供参考，对各种工况变化情况下的适应性较强，能够用于研究跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定的机理。理。理。

【技术实现步骤摘要】
用于跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法


[0001]本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及一种用于跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子器件的高速发展，基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current，VSC
‑
HVDC)技术也得到广泛应用。相较基于半控型器件的传统直流系统，VSC
‑
HVDC具有控制灵活、不需要电网提供换相电压、可独立控制有功功率及无功功率、可以为无源网络提供同步交流电源支撑等优势，且具有向无源网络供电、可独立控制有功功率及无功功率、能灵活地实现潮流反转等优点，在新能源并网、交流大电网之间互联、海上风电接入、直流配电网等场景中应用广泛，发展前景巨大。其中模块化多电平换流器MMC凭借其谐波分量较少，不需要应用功率器件串联技术等优势，成为了大规模新能源基地并网中首选的电压源换流器。与此同时，MMC
‑
HVDC作为重要的非同步机电源，在未来电力系统中能够替代同步机电源向系统中供电。
[0003]MMC作为非同步机电源时，主要有跟网型和构网型两种典型控制策略。构网型MMC控制并网点电压的幅值和相位，可以模拟发电机的惯量和阻尼特性，在为无源网络供电时具有独特优势；跟网型MMC通常采用电流矢量控制，外环控制器实现有功/无功量的解耦控制，有功控制环通常定有功功率，无功环可以采用定无功功率/交流电压控制策略，采用锁相环(phase locked loop，PLL)跟踪并网点电压，实现与有源电网的同步，在接入系统强度较高时具有更优的阻尼特性。
[0004]随着电能需求的增长、环保压力的增大，对清洁能源的需求不断上升，未来传统同步机电源的主导地位将被打破；随着同步机电源逐渐被非同步机电源取代，MMC型非同步机电源将成为重要的供电方式。目前，跟网型MMC仍然是MMC型非同步机电源的主流控制方式，其在交流故障等暂态工况下与电网保持同步运行，是系统保证稳定运行的先决条件。
[0005]现有技术中，对跟网型变流器并网暂态同步稳定解析分析相关研究重点关注同步单元锁相环的动态特性，例如文献[Q.Hu,L.Fu,and F.Ma,et al."Large Signal Synchronizing Instability of PLL
‑
Based VSC Connected to Weak AC Grid,"IEEE Trans.Power Syst.,vol.34,no.4,pp.3220
‑
3229,July 2019]将锁相环的动态特性与同步机进行类比，利用传统同步机的等面积法则分析跟网型变流器的同步稳定性。文献[H.Wu and X.Wang,"Design
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Oriented Transient Stability Analysis of PLL
‑
Synchronized Voltage
‑
Source Converters,"IEEE Trans.Power Electron.,vol.35,no.4,pp.3573
‑
3589,April 2020]将锁相环的控制参数等效为阻尼和惯性系数，并分别研究控制参数对跟网型变流器的同步稳定性的影响。
[0006]然而，现有研究主要针对锁相环自身的动态特性展开分析，对同时考虑同步单元动态和注入电流动态的跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析相关研究较少，难以定量衡量系统的暂态同步稳定性及稳定机理，成为系统继电保护装置的时间整定的壁垒。

技术实现思路

[0007]鉴于上述，本专利技术提供了一种用于跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法，能够通过锁相环的动力学方程，准确地评估影响系统暂态同步稳定性的关键因素，并给出提升系统暂态同步稳定性的指导方向。
[0008]一种用于跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法，包括如下步骤：
[0009](1)对于跟网型MMC并网系统，建立以锁相环动力学方程为基础的锁相环并网暂态同步稳定模型；
[0010](2)根据锁相环并网暂态同步稳定模型，建立三相短路故障期间系统的注入功率模型；
[0011](3)根据注入功率模型，计算获得系统在稳定平衡点和不稳定平衡点处跟网型MMC的虚拟功角，根据等面积法则评估跟网型MMC电流饱和模式及系统强度对系统暂态同步稳定性的影响；
[0012](4)根据注入功率模型，获得锁相环动力学方程中等效阻尼系数和等效惯性系数的表达式，分析该表达式评估锁相环参数对系统暂态同步稳定性的影响。
[0013]进一步地，所述锁相环动力学方程为跟网型MMC虚拟功角的二阶微分方程。
[0014]进一步地，所述跟网型MMC虚拟功角的二阶微分方程的表达式如下：
[0015][0016]其中：J
V
和D
V
分别为锁相环动力学方程的等效惯性系数和等效阻尼系数，ω0为交流电网电压的角频率，θ
PLL
为跟网型MMC的虚拟功角，t表示时间，R
s
和L
s
分别为跟网型MMC并网阻抗Z
s
的电阻分量和电抗分量，i
sd
和i
sq
分别为跟网型MMC输出电流的d轴分量和q轴分量，ω
g
为电网角频率，U
g
为跟网型MMC的并网点(Point of common coupling，PCC)电压有效值。
[0017]进一步地，所述步骤(2)在建模过程中，采用电流饱和模式控制策略的跟网型MMC由电流源等效。
[0018]进一步地，所述注入功率模型中跟网型MMC等效机械功率P
m
和等效电磁功率P
e
的表达式如下：
[0019][0020]P
e
＝U
g
sin(θ
PLL
)
[0021]其中：为系统阻抗角。
[0022]进一步地，所述步骤(3)中通过以下公式计算系统在稳定平衡点和不稳定平衡点处跟网型MMC的虚拟功角：
[0023][0024]其中：θ
s
和θ
u
为系统分别在稳定平衡点和不稳定平衡点处跟网型MMC的虚拟功角。
[0025]进一步地，所述步骤(3)中根据等面积法则评估跟网型MMC电流饱和模式及系统强度对系统暂态同步稳定性的影响，具体地：故障期间等效机械功率P
m
越小，减速面积就越小，加速面积越大，虚拟功角θ
PLL
偏离θ
s
后不易越过θ
u
，则系统暂态同步稳定性越强；跟网型MMC的并网阻抗Z
s
越大，系统强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于跟网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法，包括如下步骤：(1)对于跟网型MMC并网系统，建立以锁相环动力学方程为基础的锁相环并网暂态同步稳定模型；(2)根据锁相环并网暂态同步稳定模型，建立三相短路故障期间系统的注入功率模型；(3)根据注入功率模型，计算获得系统在稳定平衡点和不稳定平衡点处跟网型MMC的虚拟功角，根据等面积法则评估跟网型MMC电流饱和模式及系统强度对系统暂态同步稳定性的影响；(4)根据注入功率模型，获得锁相环动力学方程中等效阻尼系数和等效惯性系数的表达式，分析该表达式评估锁相环参数对系统暂态同步稳定性的影响。2.根据权利要求1所述的暂态同步稳定解析分析方法，其特征在于：所述锁相环动力学方程为跟网型MMC虚拟功角的二阶微分方程。3.根据权利要求2所述的暂态同步稳定解析分析方法，其特征在于：所述跟网型MMC虚拟功角的二阶微分方程的表达式如下：其中：J
V
和D
V
分别为锁相环动力学方程的等效惯性系数和等效阻尼系数，ω0为交流电网电压的角频率，θ
PLL
为跟网型MMC的虚拟功角，t表示时间，R
s
和L
s
分别为跟网型MMC并网阻抗Z
s
的电阻分量和电抗分量，i
sd
和i
sq
分别为跟网型MMC输出电流的d轴分量和q轴分量，ω
g
为电网角频率，U
g
为跟网型MMC的并网点电压有效值。4.根据权利要求1所述的暂态同步稳定解析分析方法，其特征在于：所述步骤(2)在建模过程中，采用电流饱和模式控制策略的跟网型MMC由电流源等效。5.根据权利要求3所述的暂态同步稳定解析分析方法，其特征在于：所述注入功率模型中跟网型MMC等效机械功率P
m
和等效电磁功率P
e
的表达式如下：P
e
＝U
g
sin(θ
PLL
)其中：为系统阻抗角。6.根据权利要求5所述的暂态同步稳定解...

【专利技术属性】
技术研发人员：项中明，倪秋龙，李振华，徐建平，周正阳，周靖皓，吕勤，胡济恒，薛翼程，徐政，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司金华供电公司浙江大学，
类型：发明
国别省市：