[发明专利]基于同步参考坐标系的阻抗网络建模与稳定性分析方法

说明书

本发明提出一种基于同步参考坐标系的阻抗网络建模与稳定性分析方法，包括以下步骤：S1：采集目标系统的机网参数；S2：根据机网参数进行潮流计算，以得到用于构建系统中各设备阻抗矩阵模型的状态变量初值；S3：根据状态变量初值建立系统中各设备的阻抗矩阵模型；S4：将系统中各设备的阻抗矩阵模型转换到全网统一的坐标系中；S5：构建整体系统的阻抗网络模型；S6：将阻抗网络模型聚合为组合阻抗矩阵；S7：根据组合阻抗矩阵进行振荡稳定性分析。本发明能够实现多变流器‑大电网的阻抗网络建模，具有适用范围广，物理含义明确，简洁高效的优点。

技术领域

本发明涉及电力系统稳定分析技术领域，特别涉及一种基于同步参考坐标系的阻抗网络建模与稳定性分析方法。

背景技术

近年来，电力电子变流器在现代电力系统中得到了广泛应用，典型的应用领域包括可调速的电机拖动、高压直流输电、风电/光伏等新能源发电系统等。作为一种具有良好控制性能的电力电子接口，变流器使得电气设备与电网之间实现“柔性连接”。然而，电力电子变流器渗透率的迅速升高导致新能源发电基地出现了一些新型的稳定性问题，例如，分布式发电和微电网系统中出现的高频谐波振荡；变流器型恒功率负载因其负电阻特性导致的低频功率振荡；风电场和光伏电站发生的新型次同步振荡(SubsynchronousOscillation，SSO)问题。这种新兴的振荡问题已在国内外的多个系统中发生，比如美国的Ajo风力发电系统、中国河北沽源系统、中国新疆地区的新能源发电基地等等。

学术界和工业界已经对新能源发电基地中出现的新型振荡问题开展了大量的研究。为分析方便，建立了单台大容量变流器-交流并网系统的简化模型，并采用特征值分析法和时域仿真法研究了系统中出现的振荡稳定性问题。近年来，有学者建立了单台大容量变流器-交流并网系统的阻抗模型，并采用Nyquist判据来评估系统稳定性。但所有这些研究都是将多个电力电子变流器建模为一台大容量聚合变流器，同时将实际复杂的电网部分简化为一条等效输电线路模型。很明显，这种简化的单变流器-交流并网系统模型跟实际复杂多变流器系统相比，有较大差距，无法考虑变流器地理位置和参数多样化的影响。采用特征值分析法或时域仿真法开展实际系统稳定性分析时将遇到一些困难，例如，建立实际复杂系统的小信号分析模型相对困难，且复杂系统中往往包含多个模式，需要辨识出关心的振荡模式；建立复杂系统的电磁暂态模型工作量大，变流器的多时间尺度动态需要很小的仿真步长，因此开展仿真分析十分耗时。

阻抗分析法具有物理概念清晰，可扩展性强等优点，可应用于复杂多变流器系统的稳定性分析。传统的阻抗分析法在abc坐标系下建立了系统的正负序阻抗模型，但在建模过程中忽略了交-直流侧的动态耦合、交直轴控制器的结构或参数不对称等问题，难以解决实际变流器dq轴阻抗不对称的难题。在稳定性判据方面，传统的Nyquist判据和范数判据虽然能够定性的判断系统的稳定性，但不能量化的分析振荡的频率和阻尼，在实际应用中受到限制。已有的基于dq旋转坐标系的阻抗建模方法也仅适用于单机无穷大系统的分析，无法扩展应用于包含数万个节点和数千台变流器的实际复杂系统。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于同步参考坐标系的阻抗网络建模与稳定性分析方法，该方法能够实现多变流器-大电网的阻抗网络建模，具有适用范围广，物理含义明确，简洁高效的优点。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种基于同步参考坐标系的阻抗网络建模与稳定性分析方法，包括以下步骤：S1：采集目标系统的机网参数；S2：根据所述机网参数进行潮流计算，以得到用于构建系统中各设备阻抗矩阵模型的状态变量初值；S3：根据所述状态变量初值建立系统中各设备的阻抗矩阵模型；S4：将系统中各设备的阻抗矩阵模型转换到全网统一的坐标系中；S5：构建整体系统的阻抗网络模型；S6：将所述阻抗网络模型聚合为组合阻抗矩阵；S7：根据所述组合阻抗矩阵进行振荡稳定性分析。

另外，根据本发明上述实施例的基于同步参考坐标系的阻抗网络建模与稳定性分析方法还可以具有如下附加的技术特征：