[发明专利]计及VSG逆变器电流限幅的暂态能量函数方法

说明书

本发明提供了一种计及VSG逆变器电流限幅的暂态能量函数方法，包括：构建逆变器的电流限幅模型；获取逆变器电流饱和下的功角特性；构建VSG策略下计及逆变器饱和的系统功角模型；构建改进后逆变器电流饱和环节模型，获取改进后的功角与未饱和时功角的关系；输入电气部分的主要参数；用龙格库塔法方法求解转子运动方程获取VSG转子的δ(t)与，以获取获取故障轨线，δ(t)表示系统功角与时间的关系；表示系统角速度与时间的关系；获取故障切除时刻系统暂态能量V_cl与临界能量V_cr；将求取的故障切除时刻系统暂态能量V_cl与临界能量V_cr比较，若V_cl≤V_cr，则系统稳定，否则系统失稳；求取临界故障切除时间。

技术领域

本发明涉及一种电力系统暂态稳定分析以及非线性电力电子器件饱和特性研究技术，特别是一种计及VSG逆变器电流限幅的暂态能量函数方法。

背景技术

随着风电规模的不断扩大，与电网相连的并网逆变器等电力电子变流器数量也得到快速的增加。由于电力电子器件采用数字电路的控制方式，暂态响应时间短，当电网中出现功率扰动或者功率不平衡情况时，无法和传统的同步发电机一样利用储存在转子上的动能来抑制功率或频率的波动。基于此，为了解决风电系统中因逆变器无惯性特性带来的稳定问题，国外研究人员首先提出了虚拟同步发电机技术(Virtual SynchronousGenerator，VSG)。然而，系统总容量是一定的，风电渗透率的增加，使得传统同步发电机占有比例减少，系统惯性减小，从而对电力系统安全稳定运行造成很大威胁。当电网发生大扰动时，采用VSG策略的逆变器与传统同步发电机相似也会出现失稳问题，且由于逆变器存在电流饱和特性，此时逆变器会褪变成一个电流源，使得系统的暂态稳定问题更加复杂，因此针对VSG策略下计及逆变器电流限幅的风电系统暂态稳定分析方法研究，对于电网的安全稳定运行具有重要的实际应用价值。

目前，针对VSG策略下逆变器系统暂态稳定分析方法主要有数值仿真法和暂态能量函数法。数值仿真法通过对故障后VSG控制策略下的逆变器摇摆曲线的变化观察得到系统稳定性，但无法定量的对系统暂态稳定进行评价，由于模型比较精准复杂使得计算速度很慢，并且现有的数值仿真法在研究含VSG策略的逆变器系统暂态稳定性时并没有计及逆变器电流饱和特性的影响；暂态能量函数法克服了数值仿真法的计算速度慢和无法定量分析稳定性的局限性，在计及逆变器电流饱和特性的系统稳定性研究方面，现有的暂态能量函数法得出由于逆变器电流饱和的原因，在发生大的扰动下使得逆变器褪变成一个电流源，使失稳过程变得更加复杂，并作出了功角失稳的机理分析。但仅仅是定性地对VSG暂态功角失稳进行分析，对实际电网的安全稳定运行并没有根本性指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计及VSG逆变器电流限幅的暂态能量函数方法，包括以下步骤：

步骤1，构建逆变器的电流限幅模型；

步骤2，获取逆变器电流饱和下的功角特性；

步骤3，构建VSG策略下计及逆变器饱和的系统功角模型；

步骤4，构建改进后逆变器电流饱和环节模型，获取改进后的功角与未饱和时功角的关系；

步骤5，输入电气部分的主要参数，包括VSG、线路、变压器、故障位置和限幅装置电流的最大最小值；

步骤6，用龙格库塔法方法求解转子运动方程获取VSG转子的δ(t)与以获取获取故障轨线；

步骤7，获取故障切除时刻系统暂态能量V_cl与临界能量V_cr；

步骤8，将步骤7求取的故障切除时刻系统暂态能量V_cl与临界能量V_cr比较，若V_cl≤V_cr，则系统稳定，否则系统失稳；