[发明专利]弱电网连接下电压源型换流器电压前馈环节作用分析方法

说明书

本发明公开了弱电网连接下电压源型换流器电压前馈环节作用分析方法，根据弱电网连接下的电压源型换流器典型拓扑建立数学模型；将数学模型线性化，得到弱电网连接条件下的电压源型换流器的小信号数学模型；将小信号数学模型进行化简，得到能够表征电流环电流扰动与其输出电压扰动之间影响的单输入单输出的解析传递函数，即将电压前馈环节对电压源型换流器控制稳定性的影响直接表达为单独的开环传递函数；根据得到的开环传递函数，分析电网电压前馈环节对弱网连接下电压源型换流器稳定影响并可用于指导并网换流器控制设计。方法简单实用，对于保证准确分析与评估电压前馈环节对电压源型换流器并网稳定性的影响由重大意义。

技术领域

本发明属于并网电压源型换流器稳定性分析领域，尤其涉及弱电网连接下电压源型换流器电压前馈环节作用分析方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

基于电压源型换流器的柔性直流输电技术，由于其不存在换相失败，可进行电网黑启动等优势，被认为可替代现有基于电网换流器的传统常规直流输电技术的有效手段。然而，随着直流线路功率传输容量的增大，受端电网强度迅速下降。以我国华东地区为例，N-2运行方式下部分直流集中馈入节点的电网强度已下降至2以下，对应区域在该运行方式下已变为极弱电网。现有研究表明，当电网强度下降为极弱电网时，基于电压源型换流器的柔性直流系统已无法稳定运行，因此，非常有必要对影响其稳定运行的关键环节与主导因素进行有效分析。

电压前馈控制由于其能够提高扰动下电流输出动态特性的特点，被广泛应用于并网电压源型换流器的控制中。然而，现有研究表明，弱电网连接条件下电网电压前馈环节将会恶化并网系统的稳定性。

发明人在研究中发现，现有电压前馈环节对换流器稳定性的影响分析方法主要分为小信号分析方法与阻抗建模分析方法。然而，现有的基于小信号的分析方法依赖于状态空间矩阵的建立，模型阶数可高达数十阶且建模过程复杂，导致分析过程困难。

另一类基于阻抗的分析方法，在锁相环的作用下不同频率下的阻抗将会产生耦合，且其在考虑外环控制后建模难度进一步复杂，原有的单输入输出系统将转化为多输入输出系统，增加了整体分析的复杂程度与难度。上述两类方法均不能直接说明弱电网条件下电压前馈环节对并网换流器系统稳定性分析的影响，其分析仅通过数值计算给出了结果，不能够直接说明电压前馈环节的引入对并网换流器系统稳定性的直接影响。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了弱电网连接下电压源型换流器电压前馈环节作用分析方法，该方法基于小信号模型，将高阶的多输入多输出小信号模型简化为单输入单输出的解析传递函数，将电压前馈环节对电压源型换流器控制稳定性的影响直接表达为单独的开环传递函数，更加准确、直接地分析出电压前馈环节对并网换流器系统的影响。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

弱电网连接下电压源型换流器电压前馈环节作用分析方法，包括：

根据弱电网连接下的电压源型换流器典型拓扑建立数学模型；

将数学模型线性化，得到弱电网连接条件下的电压源型换流器的小信号数学模型；

将小信号数学模型进行化简，得到能够表征电流环电流扰动与其输出电压扰动之间影响的单输入单输出的解析传递函数，即将电压前馈环节对电压源型换流器控制稳定性的影响直接表达为单独的开环传递函数；

根据得到的传递函数，分析电网电压前馈环节对弱网连接下电压源型换流器稳定影响。

进一步的技术方案，根据弱电网连接下的电压源型换流器典型拓扑建立数学模型之前需要作如下假设，具体为：

控制环节延时相对电流环时间常数可忽略，近似认为其传递函数G_d≈1；