一种含构网型变流器场站的小扰动稳定分析方法及系统与流程

本发明涉及一种变压器场站的稳定性分析方法及系统，尤其涉及一种含构网型变流器场站的小扰动稳定分析方法及系统。

背景技术：

1、传统新能源场站经长距离线路与多级变压器接入主网时，跟网型变流器控制系统易与电网阻抗产生耦合，这种耦合作用在低短路比下会提高振荡风险，严重影响系统安全稳定运行。随着新能源场站传统跟网型变流器装机容量提升，弱电网场景下次同步振荡问题愈加凸显。目前，在小扰动稳定研究方面，大部分文献多关注单一类型或单一设备逆变器在弱电网条件下的并网稳定性，而对于传统跟网型构成的新能源多机场站在构网型变流器接入下的小干扰稳定分析研究，目前研究较少。

2、并网变流器小信号建模的方法主要可分为阻抗法和状态空间法。状态空间法是通过在系统中静态工作点建立系统的线性化小扰动动态模型，并且求出系统的状态空间矩阵，进而求解系统状态矩阵的特征值以及特征向量，来判断系统的稳定性。但状态空间法依赖于对系统内部机制的深入理解，包括各种电气量和控制参数，而这些参数往往难以直接获得或是保密的。阻抗法是一种基于频域分析的方法，它即可通过控制结构和参数直接进行也可建模，也可通过测量系统端口之间的阻抗特性，来表征系统的动态行为。这种方法不强求对系统内部结构和参数有详细了解，因此被称为"黑箱"模型。阻抗法的应用不仅在理论上具有重要价值，而且在实际工程应用中也体现出其实用性。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的是提供一种含构网型变流器场站的小扰动稳定分析方法及系统，可以较好地反映场站并网系统在电网强度较弱的场景下的小扰动稳定特性，解决了现有技术中对含构网型变流器的新能源场站小扰动稳定性缺乏定量有效分析的问题。

2、技术方案：本发明包括：建立跟网型变流器阻抗模型；建立构网型变流器阻抗模型；构建含跟网型与构网型的新能源场站并网系统模型；建立场站并网系统的简化等值电路：将系统模型等效成电路模型，将跟网型变流器等效成受控电流源模型，将构网型变流器等效成受控电压源模型，进行电路等效计算，求解场站并网系统用于小扰动稳定分析的等效电路模型，聚合场站阻抗，简化场站等值电路；建立含构网型新能源场站并网小扰动稳定nyquist判据：结合跟网型变流器与构网型变流器阻抗模型与线路阻抗，推导并网点电流与各电源间传递关系，由传递关系求解该系统的小扰动稳定判据；采用nyquist图分析场站并网系统小扰动稳定特性。

3、所述建立跟网型变流器阻抗模型具体为：对小扰动传递的各环节进行推导，得到考虑了锁相环、电流内环、直流电压外环的跟网型并网变流器输出阻抗模型，其解析式如下所示：

4、

5、式中，

6、z1＝gid(i+gdelgcigvdcgvd)-1gdel

7、z2＝(gdei-gci)gpll_i-gcigvdcgve+gpll_d+gpll_v

8、其中：gci为电流环pi环节，gvdc为电压外环pi环节，gdei为电流环解耦项矩阵，gdel为考虑采样延迟的传递函数矩阵；gpll_v、gpll_i和gpll_d为电压、电流和占空比从系统坐标经锁相环到控制系统坐标的传递函数；gid：系统同步坐标下占空比向量到系统网侧电流向量的小扰动传递矩阵；gvd：占空比向量到直流电压向量的小扰动传递矩阵；

9、输出导纳为：

10、yout＝zout-1。

11、所述建立构网型变流器阻抗模型具体为：根据主电路小信号模型和控制器坐标下小信号传递关系，可得虚拟同步控制的自同步电压源对外阻抗的解析表达式：

12、

13、其中：gvoio和gvovc为主电路变换矩阵；

14、gvio和gvvc为无功环小信号线性化传递函数；

15、gωio和gωvc为有功环小信号线性化传递函数；

16、glf、gωlf、gcf和gωcf为各滤波环节；

17、t1＝glf·gcf

18、t2＝-(gcf·glf-1·gωlf+gcf-1·gωcf)

19、t3＝-gcf

20、k＝(i-t1·gvvc-t2·gωvc)-1·(t1·gvio+t2·gωio+t3)

21、ts为旋转矩阵；tvtc为电压电流控制器坐标到系统坐标系转换的小信号线性化传递矩阵。

22、所述系统模型由多台跟网型变流器经线路阻抗zl在公共耦合点处与电压源并联并网，经线路阻抗zg与理想源串联；其中，跟网型变流器通过锁相环与主网保持同步，构网型变流器采用虚拟同步控制策略。

23、所述跟网型变流器采用统一参数，多台跟网型变流器经联络线构成变流器串，联络线阻抗可分别进行设置，多串变流器在公共并网点pcc处经线路阻抗zg接入无穷大电网；所述构网型变流器采用统一参数，多台构网型变流器经联络线阻抗分别在公共并网点pcc处经线路阻抗zg接入无穷大电网。

24、所述建立含构网型新能源场站并网小扰动稳定nyquist判据，具体为：基于并网系统简化等值电路，vpcc和ipcc分别为并网点处的电压和电流；igfm与igfl分别为构网型变流器和跟网型变流器输出电流；zg为线路阻抗，vgrid为网侧电源；计算ipcc与各个电源之间的传递函数关系，由等效阻抗网络模型拓扑可得：

25、

26、其中，

27、

28、h2(s)＝ygfm

29、h3(s)＝ygfm+ygfl

30、其中，h1(s)与跟网型与构网型变流器等效阻抗与线路阻抗相关，h2(s)仅与构网型变流器自身阻抗相关，h3(s)与跟网型与构网型变流器等效阻抗相关；对于h1(s)，h3(s)，可将h1(s)与h1(s)·h3(s)视为两个闭环传递函数与其稳定性取决于其开环传递函数zg·(ygfm+ygfl)。

31、所述小扰动稳定判据为：当h2(s)不存在正实部极点，且zg·(ygfm+ygfl)满足nyquist判据：z＝n+p＝0时，该送出系统是稳定的；其中，z为闭环正实部极点数；n为nyquist图顺时针包围点(-1,0)的周数；p为开环正实部极点数。

32、所述采用nyquist图分析场站并网系统小扰动稳定特性，具体为：利用稳定判据，绘制不同参数下的nyquist图，分析系统小扰动稳定性。

33、所述稳定判据：l＝zg·(ygfm+ygfl)需满足nyquist判据，求取其特征值l1、l2：

34、

35、对l1、l2分别绘制奈奎斯特图并判断稳定性。

36、一种含构网型变流器场站的小扰动稳定性分析系统，包括：跟网型变流器阻抗模型、构网型变流器阻抗模型、含跟网型与构网型的系统模型、场站并网系统的简化等值电路模型、含构网型新能源场站并网小扰动稳定nyquist判据模型及分析场站并网系统小扰动稳定特性模型。

37、有益效果：本发明解决了现有技术中对含跟网型和构网型变流器新能源场站小扰动稳定缺乏定量有效分析的问题，基于建立的小信号模型，建立场站小扰动稳定判据可以定量分析含构网型变流器新能源场站在低电网强度场景下的小扰动稳定特性；相比传统对新能源场站的阻抗建模方法，更能反映构网型接入对新能源场站的小扰动稳定影响。