[发明专利]基于能量函数的含VSG-IIDG电力系统暂态稳定分析方法

权利要求书

1.一种基于能量函数的含VSG-IIDG电力系统暂态稳定分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对逆变器的虚拟功角特性进行建模，确定系统分别在电流未饱和与电流饱和两种工作状态下逆变器的虚拟功角特性曲线；具体为：

通过对逆变器虚拟功角特性建模，得出逆变器在电流未饱和与饱和两种情况下的功角特性方程；

电流未饱和时，逆变器功角特性方程为：

式中，V为逆变器电流不饱和时的逆变器输出电压，U为无穷大电网侧的电压，δ为逆变器虚拟功角，X_∑为逆变器与无穷大电网间的电抗，P_um为电流非饱和状态下最大电磁功率，P_E为逆变器电磁功率；

电流饱和时，逆变器功角特性方程为：

式中，I_max为逆变器最大限制电流，P_sm为电流饱和状态下最大电磁功率；

在电流饱和与不饱和的分界点，系统会有一个对应的虚拟功角δ′_m，当逆变器虚拟功角小于δ′_m时，逆变器沿非饱和虚拟功角特性曲线工作；当逆变器虚拟功角大于δ′_m时，逆变器沿饱和虚拟功角特性曲线工作；因此，考虑电流限幅环节时，逆变器电磁功率特性方程为：

步骤2，将逆变器在两种工作状态下的虚拟功角特性曲线进行拟合，利用拟合计算后的虚拟功角特性曲线代替原来两种状态下的虚拟功角曲线，在不改变虚拟功角特性的前提下，使逆变器沿拟合计算后的特性曲线进行功率输出，再求出拟合曲线对应的逆变器功率输出方程；

令拟合曲线对应的函数方程为一个关于虚拟功角δ′的16次函数，拟合后的电磁功率方程为：

P_p(δ′)＝k₁₆δ′¹⁶+...k_nδ′ⁿ+...k₁δ′+k₀ (4)

式中，k_n为P_p(δ′)的n次项系数，n＝1,2...16；

步骤3，利用拟合计算后的逆变器电磁功率方程，求出系统的磁性势能，计算虚拟转子位置势能、虚拟转子动能、负荷节点势能以及耗减势能，进而求出系统的总能量；

功率拟合计算后，磁性势能的计算公式为：

由于P_p(δ′)是一个关于δ′的16次函数，P_p(δ′)在任意点可积，则利用式(5)计算得到的系统磁性势能将成为一个连续的函数，不会因为电流地饱和而发生突变；系统的总能量公式为：

上式中，T_a.i为第i台虚拟转子的惯性时间常数，ω_n为额定角频率，ω′_i为第i台虚拟同步发电机的转子角频率，δ′_i表示第i台虚拟同步发电机的虚拟功角，δ′_i.s表第i台虚拟同步发电机稳态时虚拟功角，P_0.i为逆变器稳态时的输出功率，λ_i为第i台虚拟同步发电机的阻尼影响因子，k_P为逆变器的下垂控制系数，V_k、V_rp、V_D分别为系统的虚拟转子动能、虚拟转子位置势能以及由于阻尼产生的耗减势能；

步骤4，利用功率拟合后的能量函数方程，分别求出系统在故障切除时的系统能量和系统的临界能量，将二者进行对比，并判断系统在施加扰动后是否会稳定；具体为：

分别将系统在切除干扰时的参数与系统不稳定平衡点的参数代入式(6)，求出系统在干扰切除时的系统能量与临界能量，将二者进行对比以判断系统是否稳定。