[发明专利]大扰动下同步发电机/构网型逆变器交互振荡机理分析方法

说明书

一种大扰动下同步发电机/构网型逆变器交互振荡机理分析方法，首先建立同步发电机和构网型逆变器组成的孤岛系统非线性动力学模型，其次推导出能够有效表达振荡特性的孤岛系统时变参数二阶振荡器，再次采用多尺度法提取时变自然频率并分析影响时变频率的主要因素，最后通过不稳定判据揭示同步发电机和构网型逆变器交互振荡的物理机理。

技术领域

本发明涉及一种同步发电机/构网型逆变器交互振荡机理分析方法。

背景技术

目前，构建能有效抵御复杂环境下大扰动的电力系统，对实现安全可靠供电、保障社会经济发展具有重要意义。当电力系统遭遇极端异常天气发生大停电等场景时，电力系统能够以多个孤岛方式运行。此时，孤岛电力系统的恢复及持续供电能力可通过构网型逆变器(GFI)以及传统同步发电机(SGs)支撑。然而，当构网型逆变器和传统同步发电机在孤岛系统中并联运行时，大扰动后构网型逆变器响应速度较快，而传统同步发电机动态响应较慢，因此，两者交互可能出现的振荡不稳定性现象，将威胁孤岛电力系统的安全稳定运行。

为提高孤岛电力系统的恢复力和安全稳定性，亟需揭示同步发电机/构网型逆变器交互振荡的稳定机理。针对含有同步发电机和构网型逆变器的孤岛微电网，一般采用小信号模型计算多种模态，从而识别主导振荡模态，然而小信号模型无法计及大扰动下的非线性因素影响。另一方面，Lyapunov函数通常用于大扰动稳定性分析，然而Lyapunov方法无法有效清晰揭示振荡不稳定机理。一般大扰动情况下，大扰动可能周期性改变系统参数，这使得同步发电机和构网型逆变器间相互作用实际上受到系统时变参数的影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有小信号模型与Lyapunov函数分析大扰动振荡稳定机理的缺点，提出一种大扰动下同步发电机/构网型逆变器交互振荡机理分析方法。本发明考虑了大扰动振荡非线性动力学问题，试图解决传统次/超同步振荡分析方法，如小信号分析法难以直接应用的难题，并且能够应对电网振荡实时监测及录波数据缺失的问题。

本发明大扰动下同步发电机/构网型逆变器交互振荡机理分析方法，首先建立同步发电机和构网型逆变器组成的孤岛系统非线性动力学模型，其次推导出能够有效表达振荡特性的孤岛系统时变参数二阶振荡器，再次采用多尺度法提取时变自然频率并分析影响时变频率的主要因素，最后揭示同步发电机和构网型逆变器交互振荡的物理机理。

具体如下：

步骤1：建立含下垂控制器的电网构网型逆变器动态微分方程，并建立同步发电机动态微分方程。

为更好模拟构网型逆变器的快速调节特性，本发明将不考虑换流器有功功率测量环节的延迟效应，即仅仅考虑下垂效果的构网型逆变器-电网动态微分代数方程，可表达为：

为分析振荡机理方便，考虑到同步发电机调速器相比于换流器的缓慢响应特性，建立一般性的同步发电机动态微分代数方程如下：