[发明专利]一种并网逆变系统在宽工作点范围内的稳定域构建方法

说明书

一种并网逆变系统在宽工作点范围内的稳定域构建方法，包括以下步骤：对并网逆变系统的控制系统和电力网络电路进行小信号建模，引入工作点变量，建立含工作点变量的双输入‑双输出闭环小信号模型；利用含工作点变量的双输入‑双输出闭环小信号模型，得到电流内环控制解析表达式；确定工作点变量初值、取值范围与变化步长，将给定值代入电流内环控制解析表达式的公共分母多项式中求解闭环极点，判断闭环极点位置，确定每个给定工作点的稳定性；存储每个给定工作点的稳定性判断结果，绘制系统在宽工作范围内的稳定运行域图，得到系统在全工作区间内的稳定域。本发明可一次性地分析出系统在整个工作运行范围内的稳定性并给出稳定工作区间。

技术领域

本发明涉及电力系统小信号稳定分析领域，具体是涉及一种并网逆变系统在宽工作点范围内的稳定域构建方法。

背景技术

为了解决化石能源危机、推进能源结构清洁低碳发展，新能源分布式发电技术得到了快速发展，逆变器在电力系统中得到了广泛的应用。然而，大多数分布式电源地理位置较为偏远且分布零散。在并网公共耦合点(Point ofCommon Coupling，PCC)处分析时，电网存在一定阻抗值，而且在低频段内通常呈阻感性，电网表现为弱电网。随着并网逆变器的应用越来越广泛，弱电网特性越来越明显，电力系统安全稳定地运行面临巨大挑战。而且由于可再生能源具有随机性、间断性等特点，并网系统的工作点容易受到外部因素的影响而变化，系统的稳定性不是一成不变。因此研究并网逆变系统工作点下的稳定性具有重要意义。

在对并网逆变器稳定性进行分析时，采用的方法通常可分为状态空间方法和阻抗分析方法。当采用状态空间方法进行稳定性分析时，需要获取并网逆变器和电网组成单元的全部参数，才能建立起统一的系统状态空间模型。在此基础上再分析该状态空间模型的特征方程和特征向量来判断并网逆变器系统的稳定性。由此可以看出，在分析系统稳定性时状态空间方法依赖于并网逆变器系统的完整性和确定性。一旦系统组成单元或参数发生改变，需要重新建立新系统的状态空间模型。而在包含分布式发电的并网系统中，组成单元结构和参数随时都会发生改变，这使得采用状态空间方法进行系统分析变得繁琐复杂。

在分布式发电系统中，采用阻抗分析方法进行研究分析时，把交流变换器模型转换到dq轴下，在其某个特定稳态直流工作点足够小的范围进行小信号线性化，从而推导出dq轴阻抗模型。但由于负荷的随机性与分布式电源的波动性，即使电力电子设备内部没有任何变化，外部的任何改变也会导致设备的工作点发生变化，进而改变设备的阻抗。这增加了在变工作点条件下分析稳定性的难度，使得在变工作点下的阻抗测量非常耗时且繁琐，特别是当我们想要研究系统的稳定性边界或寻找各种工况下的故障时。如果通过建立不同工况下阻抗模型，计算量和复杂程度都会增加。

现有的分析方法主要是利用几个不同工作点的稳定性分析结果，获得系统在整个运行范围内的稳定性。但此分析方法具有一定的局限性，系统在某些工作点的稳定性分析结果并不能完全表征系统在整个工作运行范围内的稳定性，某些工作点的稳定性分析结果处于空白。而且经典控制理论中的幅值裕度、相角裕度在电力电子领域没有明确的物理意义。

但是，稳定工作域具有实际物理意义，如果工作点离工作边界越远，则稳定裕度越大，反之，稳定裕度则越小。因此，若能得到系统在整个工作运行范围内的稳定工作域，有针对性的使用不同器件参数、控制参数和特定的控制策略，对保障逆变器的安全稳定运行具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种并网逆变系统在宽工作点范围内的稳定域构建方法，不局限于某一特定工作点，可一次性地分析出系统在整个工作运行范围内的稳定性并同时给出稳定工作区间，保证系统安全稳定的运行。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种并网逆变系统在宽工作点范围内的稳定域构建方法，包括以下步骤：

S1.对并网逆变系统的控制系统和电力网络电路进行小信号建模，并利用锁相环动态特性引入工作点变量，建立含工作点变量的双输入-双输出闭环小信号模型；