[发明专利]一种风储孤网系统的小干扰稳定性分析方法

摘要

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种风储孤网系统的小干扰稳定性分析方法。其提高了风储孤网系统运行的可靠性。步骤1、确定风储孤网系统的组成；步骤2、根据风储孤网系统的组成，建立风储孤网系统的数学模型；步骤3、根据建立的风储孤网系统数学模型，建立风储孤网系统小干扰线性化矩阵方程；步骤4、求取小干扰线性化矩阵的特征值；步骤5、根据李亚普诺夫线性系统稳定性判据，判断风储孤网系统的小干扰稳定性。

主权项

1.一种风储孤网系统的小干扰稳定性分析方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1、确定风储孤网系统的组成；步骤2、根据风储孤网系统的组成，建立风储孤网系统的数学模型；步骤3、根据建立的风储孤网系统数学模型，建立风储孤网系统小干扰线性化矩阵方程；步骤4、求取小干扰线性化矩阵的特征值；步骤5、根据李亚普诺夫线性系统稳定性判据，判断风储孤网系统的小干扰稳定性；(1)当小干扰线性化矩阵的特征值全部分布在s平面的左半部分，即所有的特征值的实部均为负时，风储孤网系统处于稳定运行状态；(2)当小干扰线性化矩阵的特征值全部分布在s平面的右半部分，即部分或者全部的特征值的实部为正时，风储孤网系统运行不稳定；所述建立的风储孤网系统的数学模型包括：(1)建立永磁风力发电机的数学模型；(2)建立用于永磁风力发电机能量变换的换流器的数学模型；(3)建立储能电池的数学模型；(4)建立用于储能电池能量变换的逆变器的数学模型；(5)建立风储孤网系统的变压器、输电线路和负荷的数学模型；所述建立永磁风力发电机的数学模型包括：(1)风机数学模型如下：P_m＝T_mw_g；其中，P_m表示风机最大功率输出；w_g表示风轮机转速；T_m表示风机机械转矩；(2)永磁风力发电机数学模型如下：其中：u_ds、和u_qs分别为定子电压d轴和q轴上的分量；i_ds和i_qs分别为定子电流d轴和q轴上的分量；γ表示磁链；p表示极对数；L_S、R_S分别表示定子电感和定子电阻，w_g表示风轮机转速；(3)永磁风力发电机转子运动数学模型如下：其中：J表示永磁风力发电机系统总时间惯性常数：T_m表示风机机械转矩；T_e表示电机电磁转矩；所述的建立用于永磁风力发电机能量变换的换流器的数学模型包括：(1)换流器整流端或逆变端的数学模型如下:其中：u_gd、u_gq表示换流器端口输出交流电压的d轴和q轴分量；i_gd、i_gq表示换流器经过滤波电感之后输出电流的d轴和q轴分量；L_g、r分别表示滤波电感和电阻；U_0d表示交流母线上的电压的d轴分量；w表示交流母线上电压对应的角频率；(2)换流器直流部分的数学模型如下:其中：i_ds和i_qs分别为定子电流d轴和q轴上的分量；i_gd、i_gq表示逆变器经过滤波电感之后输出电流的dq轴分量；C表示整流器和逆变器之间的电容，u_dc表示电容两端的电压；u_ds、和u_qs分别为永磁电机交流侧定子电压d轴和q轴上的分量；u_gd、u_gq表示永直驱永磁发电机组网侧逆变器端口输出电压的dq轴分量；(3)换流器的整流侧进行最大功率跟踪控制；控制系统数学模型如下：其中：k_p1、k_p2、k_p3分别为控制器的比例系数；k_i1、k_i2、k_i3分别为控制器的积分系数；分别为d、q轴的参考电流；表示最优转速参考值；i_ds和i_qs分别为永磁电机交流侧定子电流d轴和q轴上的分量；L_S、R_S分别表示永磁电机交流侧定子电感和定子电阻；w_g表示风机转速；u_ds和u_qs分别为永磁电机交流侧定子电压d轴和q轴上的分量；所述的建立储能电池的数学模型包括：其中：E_disc表示放电电压；E_c表示充电电压；E₀表示参考电压；K表示极化常数；Q表示蓄电池最大容量；it表示可提取的电能；i^*表示低频参考电流；i(t)表示低频动态电流；A表示指数电压；B表示指数容量；所述的建立用于储能电池能量变换的逆变器的数学模型包括：(1)储能逆变器的数学模型如下：其中：u_gd、u_gq表示换流器端口输出交流电压的d轴和q轴分量；i_gd、i_gq表示换流器经过滤波电感之后输出电流的d轴和q轴分量；L_g、r分别表示滤波电感和电阻；U_0d表示交流母线上的电压的d轴分量；w表示交流母线上电压对应的角频率；(2)储能逆变器下垂控制数学模型如下：储能逆变器经过电压外环和电流内环的控制方程如下：其中：分别表示电压控制环输出的d轴和q轴的电流参考值；V_d、V_q分别表示储能逆变器输出的三相电压V_abc通过abc/dq0变换后的得到的电流的d轴和q轴分量；x₇、x₈、x₉、x₁₀为中间变量；k_p7、k_p8、k_p9、k_p10分别为储能逆变器的比例系数；k_i7、k_i8、k_i9、k_i10分别为储能逆变器的积分系数；i_d、i_q分别表示储能逆变器输出的三相电流i_abc通过abc/dq0变换后的得到的电流的d轴和q轴分量；w表示交流母线上电压对应的角频率；L_f表示滤波电感，C_f表示滤波电容；分别表示d轴和q轴轴电压的参考值；U_0d、U_0q和i_0d、i_0q分别表示储能逆变器中经滤波输出的三相交流电压V_0abc和三相电流i_0abc的d轴和q轴分量；所述建立风储孤网系统小干扰线性化矩阵方程包括：(1)根据风储孤网系统数学模型，建立统一的矩阵方程；其中，F_风、F_储、F_网分别表示与风电系统、储能系统和交流负载侧网络相关的一阶非线性微分方程组；f_风()、f_储()、f_网()分别表示满足风电系统、储能系统和交流负载侧网络的一阶非线性函数；分别表示风电系统和储能系统状态变量的微分；x_风、x_储、x_网分别表示风电系统、储能系统和交流负载侧网络各状态变量；(2)对矩阵方程进行线性化，得到小干扰线性化矩阵方程；其中，Δx_风表示由风电机组的各状态变量的小偏差量构成的列向量，Δx_储表示由储能系统的各状态变量的小偏差量构成的列向量；表示风电系统的各状态变量的小偏差量的微分列向量；表示储能系统的各状态变量的小偏差量的微分列向量；分块矩阵ΔA_风风表示与风电机组各状态变量间的线性相关系数；分块矩阵ΔA_风储表示与风电机组状态变量与储能系统状态变量间的线性相关系数；分块矩阵ΔA_储风表示储能系统状态变量和风电机组状态变量间的线性相关系数；分块矩阵ΔA_储储表示储能系统状态变量间的线性相关系数；代表磁通；x₁、x₂、x₃代表方程计算中的中间变量；U_0d、U_0q代表储能逆变器中经滤波输出的三相交流电压的d轴和q轴分量。