[發明專利]一種交直流配用電系統運行穩定分析方法

有效

• 申請號: 202010020750.0
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111211573B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 鄧衛;裴瑋;孔力;吳琦;袁曉冬;陳健;張力
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 鄧治平

1.一種交直流配用電系統運行穩定分析方法，所述的交直流配用電系統包括AC/DC互聯換流站、交流系統、直流母線，其特征在于，所述分析方法包括如下步驟：

步驟一：主電路傳遞函數構建：依據交直流配電系統的等效電路，建立直流母線電壓與AC/DC互聯換流站的直流側電壓之間的第一傳遞函數，并作為步驟二的輸入；

步驟二：主電路與控制系統的關聯表達式構建：依據交直流配電系統的等效電路，建立AC/DC互聯換流站的直流側電壓變化與有功功率變化之間的數學表達式，結合步驟一輸出的第一傳遞函數，建立直流母線電壓與有功功率之間的第二傳遞函數，并作為步驟三的輸入；

步驟三：控制系統傳遞函數構建：依據AC/DC互聯換流站的功率控制器、電流控制器結構，建立有功功率與交流電流之間的第三傳遞函數；并結合步驟二輸出的第二傳遞函數，建立直流母線電壓與交流電流之間的第四傳遞函數，并作為步驟四的輸入；

步驟四：將步驟三輸出的第四傳遞函數進行復轉矩分解，獲取同步轉矩和阻尼轉矩的幅頻增益；

所述步驟一具體包括：

在交直流配電系統等效電路中，設定一AC/DC互聯換流站為主站，控制直流母線電壓；

P_ref為所述AC/DC互聯換流站的有功功率指令值；V_dc為AC/DC互聯換流站的直流側電壓，V_bus為直流母線電壓；L_dc、R_dc、C_dc分別為直流線路等效電感、直流線路等效電阻、直流母線等效電容；滿足：

其中，Δx₁為直流母線電壓小信號狀態量；Δx₂為直流母線電壓導數的小信號狀態量；u為AC/DC互聯換流站的直流側電壓；

式中，ω_n、ξ為中間變量；

u＝V_dc，y＝V_bus

推導得直流母線電壓與AC/DC互聯換流站的直流側電壓之間的第一傳遞函數為：

其中，Δx為狀態矩陣；s為拉氏運算符；y為直流母線電壓；

所述步驟二具體包括：

AC/DC互聯換流站的功率變化量表達式滿足：

推導得直流母線電壓與有功功率之間的第二傳遞函數：

式中，V_dc為AC/DC互聯換流站的直流側電壓，C為AC/DC互聯換流站的直流側電容，V_dc,ref為AC/DC互聯換流站的直流側電壓參考值，P_out為AC/DC互聯換流站的有功功率，s為拉氏運算符，ω_n、ξ為中間變量，y為直流母線電壓；

所述步驟三具體包括：AC/DC互聯換流站中R代表濾波支路等效電阻，L代表濾波支路等效電感；V^N_a、V^N_b、V^N_c分別為AC/DC互聯換流站輸出三相電壓，V_d^N、V_q^N為其d-q軸矢量；V^c_a、V^c_b、V^c_c分別為AC/DC互聯換流站并網點三相電壓，V_d^c、V_q^c為其d-q軸矢量；i^c_a、i^c_b、i^c_c分別為AC/DC互聯換流站輸出三相電流，i_d^c、i_q^c為其d-q軸矢量；

所述的控制系統包括功率控制器以及電流控制器，所述功率控制器產生有功電流參考值i_dref、無功電流參考值i_qref，i_d^cl、i_q^cl分別表示i_d^c、i_q^c經過一階低通濾波器的輸出值；P_out、Q_out分別為AC/DC互聯換流站的有功功率、無功功率；P_ref、Q_ref分別為AC/DC互聯換流站的有功功率指令值、無功功率指令值；Kp、Tp分別為有功功率的比例調節參數、積分調節參數；Kv、Tv分別為無功功率的比例調節參數、積分調節參數；δ_c為系統轉子角；T_i為電流濾波時間常數；

所述電流控制器負責產生AC/DC互聯換流站V_d^N、V_q^N的參考值，V_d^N、V_q^N經變換產生AC/DC互聯換流站的PWM信號，實現輸出功率的調節；T_v為電壓濾波時間常數；分別表示V_d^c、V_q^c經過一階低通濾波器的輸出值；ω_c表示系統的轉子角速度；Kd、Td分別表示有功電流的比例調節參數、積分調節參數；Kq、Tq分別表示無功電流的比例調節參數、積分調節參數；

推導得AC/DC互聯換流站的有功功率與交流電流之間的第三傳遞函數為：

a＝KpKdT_i

b＝KpKd+KpTdT_i+TpKdT_i

c＝KpTd+TpKd+TpTdT_i

d＝TpTd

結合步驟二輸出的第二傳遞函數，得到直流母線電壓與交流電流之間的第四傳遞函數：

其中，i_d^c為AC/DC互聯換流站輸出電流d軸矢量，C為AC/DC互聯換流站的直流側電容，V_dc,ref為AC/DC互聯換流站的直流側電壓參考值，R為濾波支路等效電阻，L為濾波支路等效電感，T_i為電流濾波時間常數，Kd為有功電流的比例調節參數，Td為積分調節參數，ω_n、ξ為中間變量，s為拉氏運算符；

所述步驟四具體包括：

對第四傳遞函數H(s)進行復轉矩分解，s為拉氏運算符，得到：

H(s)＝H_d(s)+jH_q(s)，其中實部H_d(s)與虛部H_q(s)分別為同步轉矩和阻尼轉矩的幅頻增益；

當H_q(s)0時，系統不穩定；

當H_q(s)0時，系統穩定。