[發明專利]一種電力電子化新能源電力系統降階小信號模型構建方法

有效

• 申請號: 202211319486.6
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115758672B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 伍均樺;趙卓立;羅熙;謝金典;宮紹慶;賴來利
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;H02J3/38;G06F119/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種電力電子化新能源電力系統降階小信號模型構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：建立電力電子化新能源電力系統的全階小信號狀態空間模型，包括下垂控制模塊子模型、電壓控制模塊子模型、電流控制模塊子模型、LC濾波及耦合電感模塊子模型和網絡線路模塊子模型；

所述下垂控制模塊子模型具體為：

其中，ΔX_DROOP為下垂控制器狀態變量；ΔX_LCL為LC濾波及耦合電感模塊狀態變量，作為下垂控制模塊的輸入變量；Δω_com為公共坐標系的頻率偏差；Δω、分別為電力電子變換器輸出電壓角頻率、輸出電壓參考值；A_P為下垂控制模塊的狀態矩陣；B_P、B_Pωcom為下垂控制模塊的輸入變量和公共參考坐標系的輸入矩陣；C_Pω、C_Pv分別為下垂控制模塊的第一、第二輸出矩陣；

所述電壓控制模塊子模型具體為：

其中，ΔX_VC為電壓控制器積分項的狀態變量；為電力電子變換器出口電流參考值；Δv_odq為電力電子變換器實際輸出電壓；A_V為電壓控制模塊的狀態矩陣；B_V1、B_V2為參考輸出電壓和實際輸出電壓的輸入矩陣；C_V為電壓控制模塊的輸出矩陣；D_V1、D_V2分別為電壓控制模塊的第一、第二傳遞矩陣；

所述電流控制模塊子模型具體為：

其中，ΔX_CC為電流控制器積分項的狀態變量；為電力電子變換器出口電壓參考值；Δi_ldq為電力電子變換器出口實際電流；A_C為電流控制模塊的狀態矩陣；B_C1、B_C2為參考輸出電流和實際輸出電流的輸入矩陣；C_C為電流控制模塊的輸出矩陣；D_C1、D_C2分別為電流控制模塊的第一、第二傳遞矩陣；

所述LC濾波及耦合電感模塊子模型具體為：

其中，ΔX_LC和Δi_odq分別為LC濾波器狀態變量和耦合電感狀態變量；Δv_idq為電力電子變換器出口實際電壓；Δv_bdq為母線電壓；A_LCL為LC濾波及耦合電感模塊的狀態矩陣；B_LCL1、B_LCL2、B_LCL3分別為電力電子變換器出口實際電壓、母線電壓和電力電子變換器輸出頻率變化量相應的輸入矩陣；

所述下垂控制模塊子模型、電壓控制模塊子模型、電流控制模塊子模型和LC濾波及耦合電感模塊子模型構成新能源發電機組的全階小信號狀態空間模型；

所述新能源發電機組的全階小信號狀態空間模型具體為：

其中，Δv_bDQ為新能源發電機組在公共參考坐標系下的連接點電壓；A_RESi為新能源發電機組的狀態矩陣，B_RESi和B_ωcomi為新能源發電機組和公共參考坐標系的輸入矩陣；

所述網絡線路模塊子模型具體為：

其中，Δi_lineDQ為網絡線路狀態變量；A_NET為網絡線路的狀態矩陣，B_NET1和B_NET2為網絡線路和公共參考坐標系的輸入矩陣；

多個新能源發電機組的全階小信號狀態空間模型和網絡線路模塊子模型構成電力電子化新能源電力系統的全階小信號狀態空間模型，所述電力電子化新能源電力系統的全階小信號狀態空間模型具體為：

其中，ΔX_sys為電力電子化新能源電力系統的所有狀態變量，包括所有新能源發電機組的狀態變量、網絡線路狀態變量以及負荷狀態變量；Δi_loadDQ為負荷狀態變量；A_sys為電力電子化新能源電力系統模型的狀態矩陣；

S2：根據電力電子化新能源電力系統的全階小信號狀態空間模型計算電力電子化新能源電力系統的全階小信號狀態空間模型的參與矩陣和主導特征值；

S3：利用參與矩陣分析主導特征值和各模塊子模型狀態變量之間的關系，獲得分析結果；并根據分析結果將各模塊子模型劃分為快動態模塊子模型、慢動態模塊子模型和耦合動態模塊子模型，具體為：

利用參與矩陣分析主導特征值和各模塊子模型狀態變量之間的關系，獲取每個模塊子模型狀態變量參與因子；將模塊子模型狀態變量參與因子大于0.01的模塊子模型劃分為慢動態模塊子模型，將模塊子模型狀態變量參與因子小于或等于0.01的模塊子模型劃分為快動態模塊子模型；

將LC濾波及耦合電感模塊子模型和網絡線路模塊子模型劃分為耦合動態模塊子模型；

S4：將快動態模塊子模型進行零階近似等效，獲取快動態零階近似等效子模型，具體方法為：

將快動態模塊子模型進行零階近似等效，具體為：

其中，ΔX_f為快動態模塊子模型相應的狀態變量；ΔU_f為快動態模塊子模型相應的輸入變量；ΔY_f為快動態模塊子模型相應的輸入變量；ε為系統攝動參數；A_f、B_f、C_f、D_f分別為快動態模塊子模型相應的狀態矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣以及傳遞矩陣；

當系統攝動參數ε趨近于0且快動態模塊子模型相應的狀態矩陣A_f為非奇異矩陣時，將快動態模塊子模型相應的狀態方程代入輸出方程獲得快動態零階近似等效子模型：

其中，為快動態模塊子模型相應的狀態矩陣A_f的逆矩陣；

S5：將慢動態模塊子模型和耦合動態模塊子模型與快動態零階近似等效子模型進行重構，獲得電力電子化新能源電力系統的降階小信號模型，具體方法為：

將快動態零階近似等效子模型作為慢動態模塊子模型及耦合動態模塊子模型的邊界層，具體為：

其中，ΔX_s,c為慢動態及耦合動態模塊子模型相應的狀態變量；A₁₁、A₁₂、A₂₁、A₂₂為第一雅可比矩陣、第二雅可比矩陣、第三雅可比矩陣和第四雅可比矩陣；

當系統攝動參數ε趨近于0且第四雅可比矩陣A₂₂為非奇異矩陣時，獲得電力電子化新能源電力系統的降階小信號模型：

其中，為第四雅可比矩陣A₂₂的逆矩陣。

2.根據權利要求1所述的一種電力電子化新能源電力系統降階小信號模型構建方法，其特征在于，所述步驟S3中，利用參與矩陣分析主導特征值和各模塊子模型狀態變量之間的關系，獲得分析結果；并根據分析結果將各模塊子模型劃分為快動態模塊子模型、慢動態模塊子模型和耦合動態模塊子模型，具體方法為：

求解電力電子化新能源電力系統模型的狀態矩陣A_sys的所有特征值及相應左右特征向量，獲得電力電子化新能源電力系統的全階小信號狀態空間模型的參與矩陣；

在所有特征值中，將實部最小的復共軛特征值及實部為其三倍大小范圍內的復共軛特征值設置為主導特征值。