[发明专利]弱网中远端严重电压跌落时逆变器稳定性分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种弱网中远端严重电压跌落时逆变器稳定性分析方法及系统。本发明将交流电网戴维南等效，建立故障期间考虑典型低电压穿越控制策略的逆变器系统准稳态模型；利用相平面法分析系统是否存在平衡点，建立准稳态模型下逆变器系统稳定判据；在存在平衡点情况下，建立系统小信号模型分析系统小干扰稳定性；最后结合稳定判据和小干扰稳定性分析，判断逆变器系统在远端严重电压跌落时是否稳定。本发明方法分别从大干扰和小干扰角度解析远端严重电压跌落时接入高感抗电网的逆变器失稳机理，理论清晰，可应用于以逆变器为接口的新能源电站并网系统远端发生严重电压故障时，逆变器系统稳定性分析。

技术领域

本发明涉及电力设备逆变器，具体地说是一种弱网中远端严重电压跌落时逆变器稳定性分析方法及系统。

背景技术

随着光伏、风能等可再生能源发电大量接入电力系统，国内外对可再生能源发电并网提出应具备低电压穿越能力。此外，在电压跌落期间，并网导则要求风电场、光伏电站注入与电压跌落成一定比例的无功电流以支撑电网电压，剩余容量则以有功的形式发出，以防止电网出现大的有功缺额而影响系统频率稳定。

并网导则通常以交流电网为强网(即线路感抗值较小)作为前提，要求逆变器具备一定低电压穿越能力。然而，我国可再生能源并网呈现远距离、大规模、高度集中的特点，电网侧通常为弱电网(即线路感抗值较大)。不同于强网中近端公共连接点处电压跌落故障，弱电网中当电压跌落故障发生在远端电网侧时，受线路高感抗值的影响，逆变器端电压跌落较小，典型低电压穿越控制策略可能存在不适用的风险，使得逆变器存在失稳新问题。关于高感抗电网中逆变器低压穿越期间小干扰和大干扰稳定问题尚需继续深入研究。

目前，关于逆变器低电压穿越过程的研究主要集中在小干扰稳定分析，在小干扰稳定分析方面，关于考虑逆变器低电压控制策略中逆变器端电压动态的引入对系统小干扰稳定性影响的文章尚未见报道；在大干扰稳定方面的研究相对较少，这些研究都忽略了高感抗电网远端严重电压跌落时(这里认为电压跌落到0.2pu以下，为严重电压跌落)，典型低电压穿越控制策略可能导致的逆变器大干扰稳定问题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种弱网中远端严重电压跌落时逆变器稳定性分析方法，其可明确解释远端严重电压跌落时逆变器失稳机理，即分别从大干扰稳定和小干扰稳定两方面分析逆变器系统故障期间稳定性。

本发明采用的技术方案如下：弱网中远端严重电压跌落时逆变器稳定性分析方法，包括：

将交流电网进行戴维南等效处理，建立故障期间考虑典型低电压穿越控制策略的逆变器系统准稳态模型；

利用相平面法分析逆变器系统是否存在平衡点，建立逆变器系统准稳态模型下逆变器系统稳定判据；

针对故障期间逆变器系统存在平衡点的情况下，建立系统小信号模型分析逆变器系统小干扰稳定性；

结合是否存在平衡点、稳定判据和小干扰稳定性分析，判断逆变器系统在远端严重电压跌落时是否稳定。

作为上述技术方案的补充，所述的逆变器系统准稳态模型包括网络侧准稳态模型f(I_d,V_t)＝0和低电压穿越控制准稳态模型g(I_d,V_t)＝0，I_d表示滤波电感d轴电流，V_t表示逆变器端电压。

作为上述技术方案的进一步补充，所述的网络侧准稳态模型f(I_d,V_t)＝0表示为：

其中，E表示故障期间网络侧等效电压，X_∑表示网络侧线路总感抗，I_d表示滤波电感d轴电流，I_max表示逆变器最大输送电流容量。