[发明专利]考虑锁相环影响的电压源型变流器并网系统稳定性分析方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种考虑锁相环影响的电压源型变流器并网系统稳定性分析方法、装置及系统，包括：获取等值电网和并网变流器电气主回路单元的的小扰动状态方程，以及控制单元中的电流内环、前馈环节和变流器脉宽调制环节的小扰动状态方程；基于小扰动下锁相环检测误差带来的控制单元同步坐标系变量增量与对应的实际同步坐标系变量增量间的关系，得到涉及轴系变换的变量具体关系式；获取控制单元中的锁相环的小扰动状态方程；最后，联立前述各个状态方程，代入相关参数，求解系统特征值，完成电压源型变流器并网系统稳定性分析。本发明可以简单高效地判定电压源型变流器并网系统的稳定性和振荡特性。

技术领域

本发明具体涉及一种考虑锁相环影响的电压源型变流器并网系统稳定性分析方法、装置及系统。

背景技术

我国风能资源与负荷呈逆向分布，随着电力电子装置和可再生能源入网比例的增加，电力电子变流技术特有的多尺度控制机制和低惯性宽频带响应特性显著改变着电力系统动态特征。大规模新能源经远距离线路接入电网，或经特高压直流远距离输送，使得其与交流电网连接强度变弱。在弱连接条件下，变流器的快速反馈控制以及不适当的控制环节和参数设置可能使对外其呈现负电阻特性，电压源型变流器系统动态特性变化可能引发系统振荡问题，进而威胁新能源并网和直流输电系统的安全稳定运行。2015年7月，我国新疆哈密地区发生了大范围的功率振荡事故，事故导致距风电场300km外火电厂3台火电机组的扭振保护相继动作,造成功率损失1280MW。随着我国柔性直流输电工程建设加快，如南澳三端柔性直流工程、张北四端直流电网示范工程，柔直输电系统也存在次同步、超同步、甚至高频谐波问题。这种大量电压源型变流器装置(风电、光伏、柔直、SVG等)与电网相互作用引发的新型次同步振荡严重威胁现代电网的设备安全、系统稳定和用电质量，已成为我国制约风光等新能源大规模消纳的瓶颈因素。目前，针对电力系统电力电子化带来的稳定性问题的分析方法大多沿用传统的电磁暂态仿真、特征值分析或阻抗分析等方法，但这些方法均存在无法较全面准确的分析电压源型变流器与弱电网连接的稳定性的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种考虑锁相环影响电压源型变流器并网运行的稳定性分析方法、装置及系统，可以简单高效地判定电压源型变流器并网系统的稳定性和振荡特性。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种考虑锁相环影响的电压源型变流器并网系统稳定性分析方法，所述电压源型变流器并网系统包括相连的等值电网和电压源型变流器，所述电压源型变流器包括并网变流器电气主回路单元和控制单元，所述控制单元包括锁相环、电流内环、前馈环节和变流器脉宽调制环节，其特征在于，所述方法包括：

获取等值电网和并网变流器电气主回路单元的的小扰动状态方程，以及控制单元中的电流内环、前馈环节和变流器脉宽调制环节的小扰动状态方程；

基于小扰动下锁相环检测误差带来的控制单元同步坐标系变量增量与对应的控制单元实际同步坐标系变量增量间的关系，生成控制单元中涉及轴系变换的状态变量计算公式；

获取控制单元中的锁相环的小扰动状态方程；

联立上述各状态方程以及所述控制单元中涉及轴系变换的变量计算公式，代入相关参数，求解电压源型变流器并网系统的特征值；

根据求解得到的特征值，判定电压源型变流器并网系统的稳定性及振荡频率。

优选地，所述等值电网的小扰动状态方程为：

式中，L₂为电网等值电感，R₂为电网等值电阻，Δi₂、Δu_g、Δu_c分别为电网电流、电网电压和电压源型变流器端口电压的增量，其中下标d表示同步旋转坐标系D轴分量，下标q表示同步旋转坐标系Q轴分量。