[发明专利]一种分析下垂控制对直流电网动态电压稳定性影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流电网(DC grid)领域，具体讲涉及一种分析下垂控制对直流电网动态电压稳定性影响的方法。

背景技术

随着可再生能源的大规模并网，传统的电力装备、电网结构和运行技术等在接纳大规模间歇式能源方面已愈发显得力不从心。直流电网是一具有先进的能源管理系统的智能、稳定的直流广域传输网络，可以实现多电源供电和多落点受电，是解决高比例可再生能源汇集和消纳的重要手段，它的建成将大大缓解现有技术的上述问题。

直流电压是直流电网功率平衡的指标，当系统的功率出现较大扰动时，直流电压将严重偏离额定值，影响系统的安全稳定运行。因此，协调控制直流电网的直流电压令其保持稳定对系统的功率平衡和稳定运行至关重要。作为一种直流电网协调控制策略，下垂控制可实现直流电网多点直流电压控制，利用给定的换流站功率与直流电压间的斜率关系可以实现对多个换流站的共同承担直流电压的控制，但会考虑下垂系数的大小会对系统直流侧电压的稳定性产生一定的影响。目前各国学者对直流电网协调控制策略的研究大多集中在对传统多点直流电压控制策略的改进方面，对下垂控制与直流电网动态电压稳定性之间关系的研究远远不能满足现有技术的需要。

发明内容

本发明提出了一种分析下垂控制对直流电网动态电压稳定性影响的方法，适用于环状、辐射状、网状或混合结构直流电网，可实现当直流电网系统级协调控制策略采用下垂控制时，从理论上分析不同下垂系数的取值对直流电网动态电压稳定性的影响。

一种分析下垂控制对直流电网动态电压稳定性影响的方法，其特征在于，所述方法包括：建立下垂控制作用下模块化多电平换流器直流电压控制器的系统模型，用时域法或频域法分析下垂系数与系统动态电压稳定性间的关系。

进一步的，所述模块化多电平换流器直流电压控制器的系统模型的传递函数如下式所示：

其中：

u_dc：换流站直流侧电压；

i_sd：d轴的交流电流；

i_dc：换流站直流电流；

L：桥臂电抗；

C₀：子模块电容；

u_c⁰：MMC子模块初始电压；

k_p：比例系数；

T_p：积分环节时间常数；

D：下垂系数；

N：常数；

u_dc^ref：换流站直流侧电压参考值；

P：换流站交流侧有功功率测量值；

P^ref：换流站交流侧有功功率参考值；

T_mdc、T_mp和T_s为用以等效测量及计算dq轴电流时间的三个一阶延时环节；

T_mdc：MMC直流侧电压测量等效环节；

T_mp：功率测量等效环节；

T_s：电网交流电流等效环节。

进一步的，根据所述传递函数得到闭环特征方程，下垂系数取值范围用劳斯判据确定。

进一步的，所述时域法分析包括：

绘制闭环特征方程根轨迹，确定根轨迹分离点；根据根轨迹位于复平面的位置确定下垂系数对系统电压稳定性的影响。

进一步的，所述下垂系数小于所述根轨迹分离点时，直流电压控制系统处于过阻尼状态，系统的动态稳定性较好；当下垂系数大于根轨迹分离点但仍处于下垂系数取值范围时，直流电压控制系统进入欠阻尼状态，系统的动态稳定性相对较差；当下垂系数超出下垂系数取值范围时，系统将处于负阻尼状态，直流电压将不稳定。

进一步的，所述频域法分析包括：

分别绘制不同下垂系数下的直流电压控制系统的Bode图；根据Bode图确定系统相角裕度和带宽的变化趋势；根据变化趋势分析下垂系数对系统动态电压稳定性的影响。

进一步的，下垂系数小于根轨迹分离点时，直流电压控制系统的相角裕度始终维持在较高的水平，系统阻尼较大，随着下垂系数的增大，系统的带宽逐渐增加，直流电网具备良好的动态电压稳定性；当下垂系数超过分离点逐渐增大时，系统的相角裕度逐渐减小，系统阻尼不断减小，带宽持续增大，直流电网的动态电压稳定性随之逐渐下降。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：