[发明专利]一种考虑锁相环影响的并网变流器次同步振荡风险分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑锁相环影响的变流器与等值电网连接发生次同步振荡的风险分析方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明建立等值电网、并网变流器电器环节和控制环节小扰动数学模型，分析小扰动下锁相环检测误差对并网变流器控制变量的影响；根据该影响对并网变流器控制环节小扰动数学模型进行修正；确定系统输入电压变量和输出电流变量，求取小扰动下的系统动态阻抗传递函数；绘制系统频率阻抗曲线并根据其特性分析系统次同步振荡风险。本发明提供了VSC变流器与电网连接的稳定分析新方法，可以简单高效判定该类系统的稳定性和振荡特性。

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，尤其涉及一种考虑锁相环影响的并网变流器次同步振荡风险分析方法。

背景技术

我国风能资源与负荷呈逆向分布，随着电力电子装置和可再生能源入网比例增加，电力电子变流技术特有的多尺度控制机制和低惯性宽频带响应特性显著改变着电力系统动态特征。风火打捆特高压输电的方式避免了由于输电线路串联补偿引起风电场次同步振荡的风险，然而近年来工程实践表明，大型新能源基地在近区电网没有串补的情况下也出现了次同步频率范围的持续功率振荡，引起临近汽轮机组扭振保护动作的问题。

变流器的快速反馈控制以及不适当的控制环节和参数设置可能使对外其呈现负电阻电容特性，与电网构成串联谐振回路激发次同步振荡风险，这种大量变流器装置(风电、光伏、逆变器等)与电网相互作用引发的新型次同步振荡严重威胁现代电网的设备安全、系统稳定和用电质量，已成为我国制约风光等新能源大规模消纳的瓶颈因素。

针对电力系统电力电子化带来的稳定性问题的分析方法大多沿用传统的电磁暂态仿真、特征值分析或简化条件下的阻抗分析方法。这些方法难以将变流器控制(包含锁相环锁相误差)对输出动态阻抗特性的影响考虑在内，故不能准确地分析了VSC变流器与弱电网连接的次同步振荡风险。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种考虑锁相环动态影响的并网变流器次同步振荡风险分析方法。本方法用于评估VSC变流器与等值电网连接发生的次同步振荡，充分考虑了锁相环锁相误差对输出动态阻抗特性的影响，能较全面准确的分析了VSC变流器与弱电网连接的次同步振荡风险，对分析新能源输电系统的次同步振荡问题具有指导和实用价值。

本发明的目的，是通过以下技术方案来实现，包括以下步骤：

1)分别建立等值电网、并网变流器电气环节和控制环节的小扰动数学模型；

2)分析小扰动下锁相环检测误差对并网变流器控制变量的影响；

3)根据小扰动下锁相环检测误差对并网变流器控制变量的影响，对并网变流器控制环节的小扰动数学模型进行修正；

4)确定系统动态阻抗的输入电压变量和输出电流变量，根据等值电网的小扰动数学模型、并网变流器电气环节的小扰动数学模型和修正后的并网变流器控制环节的小扰动数学模型，求取小扰动下的系统动态阻抗传递函数；

5)根据小扰动下的系统动态阻抗传递函数，绘制系统频率阻抗曲线并根据其特性分析系统次同步振荡风险。

进一步而言，所述步骤1)建立的并网变流器控制环节的小扰动数学模型，包含电流内环、前馈环节及变流器脉宽调制延时环节这些控制环节。

进一步而言，所述步骤2)具体包括以下步骤：

2-1)假设锁相输出角度θ₁与实际值θ出现偏差Δθ，即θ₁＝θ+Δθ，则系统状态变量的D轴及Q轴分量将会产生额外的扰动分量，对于任一状态变量x而言，有：