[发明专利]VSC接入薄弱电网时低频振荡特性的等效PLL分析方法

权利要求书

1.一种VSC接入薄弱电网低频振荡特性的等效PLL分析方法，包含VSC接入薄弱电网的等效PLL模型及VSC并网低频动态等效PLL分析方法两部分，其中，

(1)VSC接入薄弱电网的等效PLL模型

基于VSC接入薄弱电网的详细动态模型，忽略仅影响系统高频特性的因素1)电流环动态过程；2)交流滤波及交流线路等效电感的动态过程，得到以PLL为核心，以整合了交流电网强度，VSC稳定运行点信息以及全部VSC外环动态特性的“外环-弱网”环节G(s)为附加动态环节的VSC接入薄弱电网的低频动态小信号模型，包含如下两部分：

PLL动态：

“外环-弱网”环节G(s)动态：

Δθ_pll-Δθ＝G(s)Δθ_pll

式中：G(s)为包含“外环-弱网”动态的环节，k_pU、k_iU分别表示VSC直流电压外环的比例系数、积分系数，k_pV、k_iV分别表示VSC交流电压外环的比例系数、积分系数，k_ppll、k_ipll分别表示PLL的比例系数、积分系数，Δθ表示并网点电压相角增量，Δθ_pll为PLL输出相角增量；X_g表示交流系统等效阻抗值，C表示直流系统等效电容，U_dc0表示直流电压的稳态值，V_t0表示并网点电压幅值的稳态值，V_s0表示无穷大电网电压幅值的稳态值，θ₀表示并网点电压相对于无穷大电网的相角稳态值，s表示微分算子；

VSC接入薄弱电网的LFD特性由一对共轭复特征值λ_1,2＝σ_LFD±jω_LFD表征，将s＝jω_LFD代入“外环-弱网”环节G(s)，将G(s)在目标频率ω_LFD附近线性化，将“外环-弱网”环节G(s)简化为在目标频率ω_LFD附近保持与原G(s)环节相似暂稳态特性的一阶动态环节k_α+k_βs，简化方法为：

式中：G(jω_LFD)为将s＝jω_LFD带入G(s)后的计算结果，ω_LFD为低频主导模态的频率，k_α为简化后一阶动态环节的常数项，k_β为简化后一阶动态环节的一次项的系数；

将简化后的G(s)与PLL的PI环节进行结合，得到等效PI环节，具体计算方式为：

PI_eq(s)＝G(s)G_pll(s)＝(k_α+k_βs)(k_ppll+k_ipll/s)＝k_peq+k_ieq/s

式中：PI_eq(s)表示等效PLL的PI环节，k_peq表示等效PLL比例系数，k_ieq表示等效PLL积分系数；

经过上述简化，得到二阶的等效PLL模型，该等效模型的数学公式如下：

(2)VSC接入薄弱电网的低频动态等效PLL分析方法

基于k_peq和k_ieq可等效分析VSC接入薄弱电网的低频稳定性及动态特性，VSC低频动态的等效阻尼及等效频率为：

式中：ζ_LFD为低频主导模态的等效阻尼；

基于k_peq和k_ieq可得到VSC并网低频动态的主导特征值为：

基于k_peq和k_ieq与低频动态主导特征值λ_1,2的关系，可得VSC低频动态稳定及不同的失稳形式判据如下：

(1)当k_peq及k_ieq满足：k_peq0，k_ieq0时，低频动态主导特征值实部为正，WG-VSC系统在小扰动下是稳定的；

(2)当系统由k_peq0，k_ieq0运行至k_peq0，k_ieq0时，低频动态主导特征值变为一正一负两实根，系统出现单调失稳，因此k_ieq＝0为单调失稳边界；

(3)当系统由k_peq0，k_ieq0运行至k_peq0，k_ieq0时，低频动态主导特征值变为具有正实部的一对共轭复根，系统出现振荡失稳，因此k_peq＝0为振荡失稳边界。