用于构网型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构网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法，建立以功率同步环动力学方程为基础的功率同步环并网暂态同步稳定模型，利用该模型能够分析MMC的功率同步环参数对系统暂态同步稳定性的影响，能够进一步研究系统临界切除角、临界切除时间的解析计算方法，并设计MMC的暂态同步稳定提升控制策略。因此，本发明专利技术暂态同步稳定分析计算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，从而为继电保护装置的时间整定提供参考，工程意义重大。此外，本发明专利技术方法能够用于研究构网型MMC并网系统暂态同步稳定的影响机理，是基于构网型电力电子变流器电源电力系统暂态同步稳定分析的基础。力系统暂态同步稳定分析的基础。力系统暂态同步稳定分析的基础。

【技术实现步骤摘要】
用于构网型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]近年来，环境压力增大推动了能源结构变革，可再生能源相比于传统能源在电力系统中的占比逐渐升高，由于其同步机制与传统同步机电源不同，会深刻影响电力系统的动态特性和稳定机理。作为典型的非同步机电源，模块化多电平换流器型柔性直流输电(MMC
‑
HVDC)在新能源并网方面具有独特优势，MMC
‑
HVDC与系统中的同步机电源需要时刻保持同步，是保证系统稳定运行的前提条件。
[0003]电压源换流器(VSC)型非同步机电源的并网暂态稳定性一直受到广泛关注，VSC可以分为跟网型和构网型两种类型：跟网型VSC通常需要锁相环与电网实现同步；构网型VSC对外呈现电压源特性，兼具并网运行和独立运行的能力。其中，跟网型VSC在弱电网下暂态稳定性较弱，原因是锁相环在电网电压大幅度跌落时会失去稳定平衡点，导致系统失稳；而构网型VSC在并入较强系统时易发生暂态失稳，主要原因包括：
①
故障下，采用给定功率参考控制(例如功率同步控制)的构网型VSC等值电势与电网电压产生角度偏差时，容易引起输出功率的大幅度波动；
②
构网型VSC在强系统下阻尼较弱，故障清除后振荡不易消退。因此在构建新型电力系统的过程中，具备独立运行能力的构网型VSC是实现高渗透率新能源电源的关键设备。
[0004]随着用电需求的增长、对环境保护的重要性日趋明显，非同步机电源在电力系统中的地位将发生重要转变，MMC型非同步机电源会成为电力系统运行中的重要的供电方式。鉴于构网型MMC相较于跟网型MMC在电网运行中存在的诸多优势，其对在交流故障等暂态工况下与电网保持同步运行的研究显得尤为重要，采用功率同步控制(PSC)的构网型换流器控制策略是MMC
‑
HVDC的主要实现方式，在弱电网下依然能与电网保持同步，在“双高”系统中应用潜力巨大。
[0005]目前，相关研究主要考虑计及PSC和同步单元的构网型变流器并网系统暂态同步稳定分析，例如文献[Z.Shuai,C.Shen and X.Liu,et al,"Transient Angle Stability of Virtual Synchronous Generators Using Lyapunov
’
s Direct Method,"IEEE Trans.Smart Grid,vol.10,no.4,pp.4648
‑
4661,July 2019]通过建立构网型变流器并网系统的PSC能量函数并采用李雅普诺夫第二法来判别系统的暂态稳定性；文献[D.Pan,et al,"Transient Stability of Voltage
‑
Source Converters With Grid
‑
Forming Control:ADesign
‑
Oriented Study,"IEEE J.Emerg.Sel.Top.Power Electron.,vol.8,no.2,pp.1019
‑
1033,Jun.2020]对比了同步单元采用下垂控制和PSC时构网型变流器并网系统的暂态同步稳定性。
[0006]然而，现有研究中对同时考虑PSC和无功
‑
电压控制的构网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析相关研究较少，难以定量衡量电压控制对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时间整定的关键难题。

技术实现思路

[0007]鉴于上述，本专利技术提供了一种用于构网型MMC并网系统的暂态同步稳定解析分析方法，能够通过功率同步环的动力学方程，准确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]一种用于构网型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)对于构网型MMC并网系统，建立以功率同步环(PSL)动力学方程为基础的并网系统数学模型；
[0010](2)根据并网系统数学模型，建立构网型MMC的并网暂态稳定模型；
[0011](3)根据并网暂态稳定模型，在不考虑电压变化的耦合作用情况下，通过等面积法评估功率同步环的暂态稳定性；
[0012](4)根据并网暂态稳定模型结合功率同步环动力学方程，评估故障情况下功率同步环参数以及无功电压控制环参数对并网系统暂态稳定性的影响。
[0013]进一步地，所述并网系统数学模型包括功率同步环和无功电压控制环。
[0014]进一步地，所述功率同步环的方程式如下：
[0015][0016]其中：J
p
与D
p
分别为功率同步环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，δ
s
为构网型MMC并网点(Point of common coupling，PCC)电压的功角，P
s*
和P
s
分别为构网型MMC输出有功功率的指令值和实际值，t表示时间。
[0017]进一步地，所述无功电压控制环的方程式如下：
[0018][0019]其中：Q
s*
和Q
s
分别为构网型MMC输出无功功率的指令值和实际值，J
q
和D
q
为无功电压控制环的等效惯性系数和等效阻尼系数，V0和V
s
分别为构网型MMC并网点电压的指令值和实际值。
[0020]进一步地，所述步骤(2)在建模过程中构网型MMC采用可控电压源来等效。
[0021]进一步地，所述并网暂态稳定模型中构网型MMC输出有功功率实际值P
s
和输出无功功率实际值Q
s
的表达式如下：
[0022][0023][0024]其中：δ为虚拟功角且δ＝δ
s
‑
δ
g
，V
g
和δ
g
分别为交流电网电压的幅值和功角，X
s
为交流电网等值阻抗Z
s
的电抗分量。
[0025]进一步地，所述步骤(3)的具体实现方式为：首先不考虑电压变化的耦合作用即认
为V
s
恒等于V0，此时构网型MMC的暂态稳定性完全由有功功率
‑
虚拟功角的暂态过程决定，且有功功率
‑
虚拟功角之间的动态关系式如下：
[0026][0027]根据等面积定则，功率同步环的暂态稳定性取决于系统在故障清除后是否具有充足的减速面积，也就是故障清除时的虚拟功角距离UEP是否有足够的裕度，而UEP对应的虚拟功角δ
max
需要满足以下关系：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于构网型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)对于构网型MMC并网系统，建立以功率同步环(PSL)动力学方程为基础的并网系统数学模型；(2)根据并网系统数学模型，建立构网型MMC的并网暂态稳定模型；(3)根据并网暂态稳定模型，在不考虑电压变化的耦合作用情况下，通过等面积法评估功率同步环的暂态稳定性；(4)根据并网暂态稳定模型结合功率同步环动力学方程，评估故障情况下功率同步环参数以及无功电压控制环参数对并网系统暂态稳定性的影响。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：所述并网系统数学模型包括功率同步环和无功电压控制环。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：所述功率同步环的方程式如下：其中：J
p
与D
p
分别为功率同步环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，δ
s
为构网型MMC并网点电压的功角，P
s*
和P
s
分别为构网型MMC输出有功功率的指令值和实际值，t表示时间。4.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：所述无功电压控制环的方程式如下：其中：Q
s*
和Q
s
分别为构网型MMC输出无功功率的指令值和实际值，J
q
和D
q
为无功电压控制环的等效惯性系数和等效阻尼系数，V0和V
s
分别为构网型MMC并网点电压的指令值和实际值。5.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)在建模过程中构网型MMC采用可控电压源来等效。6.根据权利要求4所述的暂态同步稳定解析分析方法，其特征在于：所述并网暂态稳定模型中构网型MMC输出有功功率实际值P
s
和输出无功功率实际值Q
s
的表达式如下：的表达式如下：其中：δ为虚拟功角且δ＝δ
s
‑
δ
g
，V
g
和δ
g
分别为交流电网电压的幅值和功角，X
s
为交流电网等值阻抗Z
s
的电抗分量。7.根据权利要求6所述的暂态同步稳定解析分析方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体实现方式为：首先不考虑电压变化的耦合作用即认为V
s
恒等于V0，此时构网型MMC的暂态稳定性完全由有功功率
‑
虚拟功角的暂态过程决定，且有功功率
‑
虚拟功角之间的动态关系
式如下：根据等面积定则，功率同步环的暂态稳定性取决于系统在故障清除后是否具有充足的减速面...

【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：