本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，尤其涉及評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、為了加快構建現代能源體系、實現雙碳目標，以非化石能源為主的新能源發(fā)電得到了大力發(fā)展。新能源發(fā)電往往采用變流器裝備實現并網同步，與傳統(tǒng)同步機通過轉子實現同步并網相比，通過控制實現并網同步的方式給電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定帶來了復雜的問題和挑戰(zhàn)。目前大多數研究工作集中在跟網型變流器并網系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析上，少有涉及跟網型變流器并網系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定評估。事實上，如何有效、準確地對變流器并網系統(tǒng)進行暫態(tài)穩(wěn)定評估對工程實踐具有重要的指導價值。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)當中，基于暫態(tài)能量函數的暫態(tài)穩(wěn)定指數被用來評估系統(tǒng)受暫態(tài)擾動的嚴重程度，并以此為判據對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定裕度進行量化。進一步為提高準確度，部分研究提出將暫態(tài)能量函數和時域仿真結合，構造了混合法暫態(tài)穩(wěn)定指標。近年來，一些研究人員將該暫態(tài)穩(wěn)定指數應用到新能源電力系統(tǒng)當中，評估含并網變流器系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定裕度。

技術實現思路

1、鑒于上述現有技術中存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法，能夠解決傳統(tǒng)方法難以構造適用于高階、強耦合和非線性特性的變流器系統(tǒng)能量函數的問題，本發(fā)明無需構造能量函數，提出了基于系統(tǒng)非穩(wěn)平衡點的穩(wěn)定流形構造的暫態(tài)穩(wěn)定評估方法。

3、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案，評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法，包括：獲取低電壓穿越期間系統(tǒng)參數，建立描述系統(tǒng)暫態(tài)過程的微分方程；計算系統(tǒng)在非穩(wěn)平衡點處的正實數特征根及對應的左特征向量，根據左特征向量，得到系統(tǒng)在非穩(wěn)平衡點附近的穩(wěn)定域邊界的線性估計表達式；計算系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點到穩(wěn)定域邊界的距離，根據暫態(tài)穩(wěn)定評估指標值評估系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

4、作為本發(fā)明所述的評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述低電壓穿越期間系統(tǒng)參數包括電網參數、設備給定電流值和鎖相環(huán)pll控制參數；

5、所述電網參數包括線路電抗、線路的端電壓向量、網側電壓值、鎖相環(huán)輸出相位、鎖相環(huán)輸出頻率、電網同步相位、電網同步頻率和鎖相環(huán)積分器輸出變量；

6、所述設備給定電流值包括有功電流參考值；

7、所述鎖相環(huán)pll控制參數包括積分系數和比例系數。

8、作為本發(fā)明所述的評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述建立描述系統(tǒng)暫態(tài)過程的微分方程包括在故障檢測環(huán)節(jié)實時檢測新能源電力系統(tǒng)網側電壓值ug，若ug≥γ，則系統(tǒng)未進入低電壓穿越過程，若ug＜γ，則系統(tǒng)進入低電壓穿越過程，檢測低電壓穿越期間系統(tǒng)有功電流參考值idref，獲取鎖相環(huán)的積分系數kipll、比例系數kppll和線路電抗lg，由網絡關系得到低電壓穿越期間的瞬態(tài)電壓方程，公式表示為，

9、

10、

11、其中，γ為低電壓閾值，utq為端電壓ut在鎖相環(huán)dq坐標系下的q軸分量，為鎖相環(huán)坐標系和電網同步坐標系之間的相位差，θpll、ωpll分別為鎖相環(huán)輸出相位和頻率，θ0、ω0分別為電網同步相位和頻率，t為時間，sin為正弦函數；

12、系統(tǒng)進入低電壓穿越模式，外環(huán)功率控制閉鎖，考慮內環(huán)電流控制速度大于鎖相同步控制，描述系統(tǒng)動態(tài)的二階微分動態(tài)方程組公式表示為，

13、

14、其中，xpll為鎖相環(huán)積分器輸出變量；

15、將微分動態(tài)方程組帶入低電壓穿越期間的瞬態(tài)電壓方程得到系統(tǒng)的微分方程，公式表示為，

16、

17、其中，d為微分算子。

18、作為本發(fā)明所述的評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述計算系統(tǒng)在非穩(wěn)平衡點處的正實數特征根包括計算系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點、非穩(wěn)平衡點和非穩(wěn)平衡點的狀態(tài)空間矩陣；

19、基于系統(tǒng)的微分方程，將微分方程左邊置零求得系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點，公式表示為，

20、

21、其中，為穩(wěn)定平衡點處的相位角，為穩(wěn)定平衡點處鎖相環(huán)的狀態(tài)變量，arcsin為反正弦函數；

22、非穩(wěn)平衡點公式表示為，

23、

24、其中，為非穩(wěn)定平衡點處的相位角，為非穩(wěn)定平衡點處鎖相環(huán)的狀態(tài)變量。

25、作為本發(fā)明所述的評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述非穩(wěn)平衡點的狀態(tài)空間矩陣公式表示為，

26、

27、其中，ju為非穩(wěn)平衡點的狀態(tài)空間矩陣，k1、k2為不同的矩陣系數，cos為余弦函數。

28、作為本發(fā)明所述的評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述正實數特征根包括計算非穩(wěn)平衡點的狀態(tài)空間矩陣的正實數特征值，公式表示為，

29、

30、其中，λu為非穩(wěn)平衡點的狀態(tài)空間矩陣的正實數特征值；

31、特征值對應的左特征向量用νt＝[ν1,ν2]表示，得到左特征向量計算公式，

32、

33、其中，ν1、ν2分別為左特征向量在不同坐標軸的分量；

34、根據非線性動力學相關理論求得，系統(tǒng)在非穩(wěn)平衡點附近的穩(wěn)定域邊界的線性表達式為，

35、

36、其中，為在相平面上的系統(tǒng)穩(wěn)定域邊界，k為穩(wěn)定域邊界斜率。

37、作為本發(fā)明所述的評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述評估系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性包括通過計算系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點到穩(wěn)定域邊界的距離作為評估指標，公式表示為，

38、

39、其中，its為評估指標；

40、its值域為0到正無窮，指標值越大代表系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點距離穩(wěn)定域邊界的距離越遠，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定越強。

41、本發(fā)明的另外一個目的是提供評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性系統(tǒng)，評估新能源發(fā)電設備在低電壓穿越期間的同步穩(wěn)定運行能力，并為系統(tǒng)參數設計提供優(yōu)化建議。本發(fā)明的方法包括獲取電網參數、設備給定電流值和鎖相環(huán)控制參數，計算系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點和非穩(wěn)平衡點；通過左特征向量求取系統(tǒng)穩(wěn)定域邊界，并通過評估指標tsi來量化系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。本發(fā)明的方法能夠提供定量的穩(wěn)定性評估結果，并有助于優(yōu)化鎖相環(huán)控制參數和系統(tǒng)參數，從而提高系統(tǒng)在低電壓穿越期間的暫態(tài)同步穩(wěn)定性。

42、作為本發(fā)明所述的評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：包括動態(tài)方程建立模塊、特征值和穩(wěn)定域計算模塊和暫態(tài)穩(wěn)定性評估模塊；

43、所述動態(tài)方程建立模塊，獲取低電壓穿越期間的系統(tǒng)參數，建立描述系統(tǒng)暫態(tài)過程的微分方程；

44、所述特征值和穩(wěn)定域計算模塊，計算系統(tǒng)在非穩(wěn)平衡點處的正實數特征根及對應的左特征向量，根據特征值和特征向量計算系統(tǒng)的穩(wěn)定域邊界；

45、所述暫態(tài)穩(wěn)定性評估模塊，通過計算系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點到穩(wěn)定域邊界的距離，利用評估指標量化系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

46、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法中任一項所述的方法的步驟。

47、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現評估跟網型變流器低電壓穿越暫態(tài)同步穩(wěn)定性方法中任一項所述的方法的步驟。

48、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的跟網型變流器并網系統(tǒng)低電壓穿越期間暫態(tài)同步穩(wěn)定性的評估方法，以系統(tǒng)非穩(wěn)平衡點的穩(wěn)定流形構成了系統(tǒng)的穩(wěn)定域邊界為理論基礎，利用非線性動力學相關知識，首先求得了系統(tǒng)非穩(wěn)平衡點的穩(wěn)定流形的線性估計表達式，以此作為估計的系統(tǒng)穩(wěn)定域邊界，進一步計算系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點到該估計的穩(wěn)定域邊界的距離作為本發(fā)明的暫態(tài)穩(wěn)定評估指標。該指標值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點距離穩(wěn)定域邊界越遠，對應著系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定域越大，系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定越強。本發(fā)明能夠有效地比較不同參數下系統(tǒng)暫態(tài)同步穩(wěn)定性強弱，從而為跟網型變流器并網系統(tǒng)設計提供可靠的優(yōu)化建議，同時相較于構建能量函數評估暫態(tài)穩(wěn)定和時域仿真評估暫態(tài)穩(wěn)定等方法而言，避免了構造復雜的能量函數和大量的實時仿真計算，在獲取系統(tǒng)的參數和運行工況后即可通過該發(fā)明的方法步驟計算出系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定指標值進行暫態(tài)穩(wěn)定評估，具有較高的準確性和快速性。