[發明專利]基于混合勢函數的交直流混合系統穩定性分析方法及系統

有效

• 申請號: 201910099279.6
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109861229B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 鄭競宏;趙文志
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/02
• 分類號: H02J3/02;H02J1/10
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種基于混合勢函數的交直流混合系統穩定性分析方法及系統，其中，該方法包括以下步驟：搭建混合勢函數理論的等值模型；通過等值模型構建待研究的交直流混合系統的混合勢函數；對混合勢函數進行重構，并根據重構后的混合勢函數求解特征根，利用混合勢函數第三穩定性理論得到交直流混合系統的穩定性判據。該方法能夠從能量的角度建立系統的勢函數，避免了復雜的數值積分，有利于得到解析形式的動態安全判據，為系統安全運行控制策略的制定提供依據，而且混合勢函數法的勢函數構造，針對的是一般性的非線性電路網絡的特定支路的電流和電壓，不涉及旋轉機組的電量，故非常適用于以電力電子設備為主的交直流混合系統的能量函數構建。

技術領域

本發明涉及電力電子變壓器的交直流混合系統的穩定性分析技術領域，特別涉及一種基于混合勢函數的交直流混合系統穩定性分析方法及系統。

背景技術

近年來我國分布式可再生能源增長迅速，大規模分布式可再生能源接入電網，對系統的靈活接入和有效管控提出了新的挑戰和更高的要求。目前可再生能源接入技術交直流變換環節較多，降低了效率、影響了接入的便捷性。另外，配電網互聯互濟和柔性調控能力不足，也限制了分布式可再生能源的充分消納和高效利用。利用雙向多端口電力電子變壓器構建交直流混合系統，可以實現靈活組網，在多個交直流電壓等級集成分布式可再生能源，實現靈活安全接入；并減少變換環節，提高能源利用效率，增強系統控制能力，在更大范圍實現互聯互補，充分消納可再生能源。

交直流混合配電網中存在大量電力電子設備，多種電力電子裝備之間存在參數不匹配、控制策略不協調等問題，并且從微秒級到秒級的多時間尺度動態特性混雜，使得高度非線性的交直流系統容易出現振蕩、諧波放大等現象；而且可再生能源的隨機波動性加劇了混合系統故障時動態過程的復雜性。因此，需要對交直流混合系統進行動態安全分析，為系統安全運行控制策略的制定提供依據。

但是交直流混合系統中的電力電子設備具有強非線性，尤其是系統中有電力電子變壓器時，會進一步加強了交直流子系統間的耦合關系，使系統的非線性特征更加明顯，因此含電力電子變壓器的交直流混合系統本質上是一個非線性動態系統。目前常用的動態分析方法有時域仿真法及經典能量函數法等。

時域仿真法在保留系統的非線性特征及考慮元件的動態作用下，采用數值積分得到電壓及其他量隨時間變化曲線。時域仿真法是大干擾下研究系統動態過程的主要工具，適用于任何動態模型。但是以電力電子變壓器為核心的交直流混合系統規模較大，且其中的開關器件頻率均比較高，為了反映其故障時的動態情況，仿真步長必須很小，這就導致時域仿真法耗時過長，所以對于龐雜的交直流混合系統而言，基于仿真和實驗的方法分析大規模系統的穩定性對仿真工具的計算速度和容量有很高的要求，所以采用該方法進行分析難度很高。

能量函數法可以通過使用能量函數提供電力系統電壓穩定性的量度，清晰地反映電力系統當前運行點與電壓失穩點間的距離，據此判斷電壓穩定與否，以及穩定的程度。大電網中常用的經典能量函數法，主要通過建立系統中的旋轉機組(系統的核心動態元件)的動能和勢能進行分析，而在交直流混合系統的主要動態元件是電力電子設備而不是旋轉機組，經典能量函數法難以給出其動能和勢能，對于交直流混合系統而言也不適用。

因此需要采用新的穩定性分析方法對含電力電子變壓器的交直流混合系統進行動態安全分析，建立相應的穩定性判據。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種基于混合勢函數的交直流混合系統穩定性分析方法。

本發明的另一個目的在于提出一種基于混合勢函數的交直流混合系統穩定性分析系統。