[发明专利]一种构网型变流器暂态功角非线性数学解析建模方法

说明书

本发明公开了一种构网型变流器暂态功角非线性数学解析建模方法，该方法针对包含构网型变流器的电力系统，缺乏分析其暂态功角特性的数学解析模型的问题而提出的。该方法实现的具体步骤如下：构建构网型变流器单机无穷大系统的系统模型；建立构网型变流器单机无穷大系统的暂态功角非线性数学模型；应用最小二乘法对非线性微分方程进行拟合；基于多尺度法求解拟合后的暂态功角非线性微分方程。本发明利用电路定理，最小二乘法和多尺度法推导出构网型变流器暂态功角的数学解析模型，可提前预测构网型变流器系统的暂态功角响应过程，相比于传统相图方法，该数学解析模型可以针对不同系统参数分析大扰动过程下构网型变流器暂态功角特性。

技术领域

本发明涉及新能源电力系统稳定性评估领域，具体涉及一种构网型变流器暂态功角非线性数学解析建模方法。

背景技术

随着以变流器为接口的风电和太阳能发电等新能源大规模并网，变流器逐渐成为影响电力系统稳定运行的关键因素。传统变流器采用锁相环作为同步单元，在公共耦合点处与电网实现同步，因此也被称为跟网型变流器。然而，跟网型变流器由于其低惯量、低阻尼特性，大量接入后使得电网调节能力下降,危害电网的稳定运行。为应对这一问题，构网型变流器受到广泛关注，其具有为电网提供电压和频率支撑的能力。

目前对于构网型变流器的暂态同步稳定问题研究较少。这是因为在微电网中，变流器在暂态通过主动脱网的方式来保证微电网的安全稳定，但是在未来新能源大量存在于电力系统的情况下，研究新能源的暂态同步稳定问题就显得尤为关键。

目前针对变流器暂态稳定性的研究方法主要集中在相图分析方法，李雅普诺夫法等，但这些方法本质上都是数学方法，只能针对单一的系统参数集合进行分析。因此，有必要对构网型变流器暂态功角非线性数学解析建模方法展开研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种构网型变流器暂态功角非线性数学解析建模方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种构网型变流器暂态功角非线性数学解析建模方法，包括以下步骤：

构建构网型变流器单机无穷大系统的系统模型；

建立所述系统模型的暂态功角非线性数学模型；

将所述的系统模型等效成简化电路模型，构网型变流器等效成受控电压源模型，基于戴维宁电路定理，求解变流器输出电磁功率；将变流器输出电磁功率表达式和控制环的数学模型联立得到系统虚拟功角的非线性数学模型；

应用最小二乘法对非线性微分方程进行拟合，得到功角非线性微分方程；

基于多尺度法求解拟合后的暂态功角非线性微分方程。

进一步的，所述步骤2中变流器的有功控制环节数学模型可以表示为：

其中P₀表示功率参考值；ω₀表示参考角频率；ω表示变流器输出角频率。

虚拟功角δ为电网电压矢量U_g和逆变器端电压矢量E的夹角，可表示为：

δ＝∫(ω_-ω₀)dt (24)

应用电路定理，变流器输出电磁功率P_e可表示为：

其中U_g表示无穷大电网电压幅值，E为变流器输出电压幅值，X_g表示线路电抗。