[發明專利]一種并網逆變系統在寬工作點范圍內的穩定域構建方法

在審

• 申請號: 202310207653.6
• 申請日: 2023-03-07
• 公開（公告）號: CN116418034A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 肖凡;鄭宇婷;涂春鳴;謝偉杰;郭祺;肖澤坤
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;G05B13/04
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 顏田慶

一種并網逆變系統在寬工作點范圍內的穩定域構建方法，包括以下步驟：對并網逆變系統的控制系統和電力網絡電路進行小信號建模，引入工作點變量，建立含工作點變量的雙輸入?雙輸出閉環小信號模型；利用含工作點變量的雙輸入?雙輸出閉環小信號模型，得到電流內環控制解析表達式；確定工作點變量初值、取值范圍與變化步長，將給定值代入電流內環控制解析表達式的公共分母多項式中求解閉環極點，判斷閉環極點位置，確定每個給定工作點的穩定性；存儲每個給定工作點的穩定性判斷結果，繪制系統在寬工作范圍內的穩定運行域圖，得到系統在全工作區間內的穩定域。本發明可一次性地分析出系統在整個工作運行范圍內的穩定性并給出穩定工作區間。

技術領域

本發明涉及電力系統小信號穩定分析領域，具體是涉及一種并網逆變系統在寬工作點范圍內的穩定域構建方法。

背景技術

為了解決化石能源危機、推進能源結構清潔低碳發展，新能源分布式發電技術得到了快速發展，逆變器在電力系統中得到了廣泛的應用。然而，大多數分布式電源地理位置較為偏遠且分布零散。在并網公共耦合點(Point?ofCommon?Coupling，PCC)處分析時，電網存在一定阻抗值，而且在低頻段內通常呈阻感性，電網表現為弱電網。隨著并網逆變器的應用越來越廣泛，弱電網特性越來越明顯，電力系統安全穩定地運行面臨巨大挑戰。而且由于可再生能源具有隨機性、間斷性等特點，并網系統的工作點容易受到外部因素的影響而變化，系統的穩定性不是一成不變。因此研究并網逆變系統工作點下的穩定性具有重要意義。

在對并網逆變器穩定性進行分析時，采用的方法通常可分為狀態空間方法和阻抗分析方法。當采用狀態空間方法進行穩定性分析時，需要獲取并網逆變器和電網組成單元的全部參數，才能建立起統一的系統狀態空間模型。在此基礎上再分析該狀態空間模型的特征方程和特征向量來判斷并網逆變器系統的穩定性。由此可以看出，在分析系統穩定性時狀態空間方法依賴于并網逆變器系統的完整性和確定性。一旦系統組成單元或參數發生改變，需要重新建立新系統的狀態空間模型。而在包含分布式發電的并網系統中，組成單元結構和參數隨時都會發生改變，這使得采用狀態空間方法進行系統分析變得繁瑣復雜。

在分布式發電系統中，采用阻抗分析方法進行研究分析時，把交流變換器模型轉換到dq軸下，在其某個特定穩態直流工作點足夠小的范圍進行小信號線性化，從而推導出dq軸阻抗模型。但由于負荷的隨機性與分布式電源的波動性，即使電力電子設備內部沒有任何變化，外部的任何改變也會導致設備的工作點發生變化，進而改變設備的阻抗。這增加了在變工作點條件下分析穩定性的難度，使得在變工作點下的阻抗測量非常耗時且繁瑣，特別是當我們想要研究系統的穩定性邊界或尋找各種工況下的故障時。如果通過建立不同工況下阻抗模型，計算量和復雜程度都會增加。

現有的分析方法主要是利用幾個不同工作點的穩定性分析結果，獲得系統在整個運行范圍內的穩定性。但此分析方法具有一定的局限性，系統在某些工作點的穩定性分析結果并不能完全表征系統在整個工作運行范圍內的穩定性，某些工作點的穩定性分析結果處于空白。而且經典控制理論中的幅值裕度、相角裕度在電力電子領域沒有明確的物理意義。

但是，穩定工作域具有實際物理意義，如果工作點離工作邊界越遠，則穩定裕度越大，反之，穩定裕度則越小。因此，若能得到系統在整個工作運行范圍內的穩定工作域，有針對性的使用不同器件參數、控制參數和特定的控制策略，對保障逆變器的安全穩定運行具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服上述背景技術的不足，提供一種并網逆變系統在寬工作點范圍內的穩定域構建方法，不局限于某一特定工作點，可一次性地分析出系統在整個工作運行范圍內的穩定性并同時給出穩定工作區間，保證系統安全穩定的運行。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是，一種并網逆變系統在寬工作點范圍內的穩定域構建方法，包括以下步驟：

S1.對并網逆變系統的控制系統和電力網絡電路進行小信號建模，并利用鎖相環動態特性引入工作點變量，建立含工作點變量的雙輸入-雙輸出閉環小信號模型；