一种电网故障下并网变流器韧性评估方法

摘要

本发明提供一种在电网故障下对并网变流器韧性指标进行评估的方法，包括如下步骤：A：建立电力系统预想事故集，判断故障类型，并设计出满足性能指标要求的变流器模型；B：分析电网故障下变流器的响应，并分别计算出电流环的传输曲线及电压环稳定性判据；C：计算出电网扰动下变流器关于关键参数的韧性边界条件，从而判断此变流器是否耐受该故障类型，对变流器韧性进行评估；D：在变流器对故障不具耐受能力时，可返回初始设计对变流器参数进行反复修改，终可得到满足耐受电网故障的设计方案。本发明在变流器满足性能指标要求的基础上，对并网变流器进行故障耐受能力的评估，形成实用化的并网变流器韧性评估方法，并可使其得到优化设计。

主权项

一种电网故障下并网变流器韧性评估的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤A、建立电力系统预想事故集，判断故障类型，并设计出满足性能指标要求的变流器模型，具体包括：步骤A1：划分出面向电力电子装置安全评估的电网预想事故集，判断出故障的具体类型，具体是，首先按各种典型故障对变流器工作点的影响将电网故障划分为过电流故障、过电压故障、频率波动故障、相位跳变故障及零序或负序电流突变故障，再根据工作点变化规律将其详细划分为瞬变故障和缓变故障，最后根据故障能否自动恢复将故障划分为瞬时故障和永久故障，从而判断出故障的具体类型；步骤A2：在满足性能指标要求的条件下，确定变流器的关键参数，并初步设计出一个合理的三相电压源型并网变流器模型；步骤B、分析电网故障下变流器的响应，并分别计算出电流环的传输曲线及电压环稳定性判据，具体包括：步骤B1：表示出系统dq解耦后的状态方程，对系统进行电流内环分析，并计算出电流环传输曲线，从而确定IGBT开关器件的电压和电流等级，具体是，首先根据同步旋转坐标函数，将VSC模型转化到dq旋转坐标系下，确定其状态方程；然后当电感等效电阻R_s较小时，系统会在输出电流i_o进入饱和前先进入非线性阶段，此时系统调制比m可以视作无穷大，控制电压v_d及v_q达到其上限V_g,max，此时内环电流i_d达到其临界值：$i_{d,critical}=\frac{v_{sd}{R}_s+\sqrt{v_{sd}^2{R}_s^2-(R_s^2+{\omega }_l^2{L}^2)(v_{sd}^2-V_{g,max}^2)}}{R_s^2+{\omega }_l^2{L}^2}---\left(1\right)$对于任意i_d,ref>i_d,critical，系统处于过调制状态，其功率因数不再为单位功率因数；过调制状态下的内环电流i_d关于i_d,ref的表达式在发明说明书中记为i_d＝h_d(i_d,ref)，由此可得内环电流关于对电流参考值的方程：$f_d\left(i_{d,ref}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{i}_{d,ref}& i_{d,ref}\le i_{d,critical}\\ h_d\left(i_{d,ref}\right)& i_{d,ref}>i_{d,critical}\end{array}\right.---\left(2\right)$由公式(2)便可以画出d轴电流i_d与参考电流i_d,ref的传递关系曲线；步骤B2：根据系统的控制框图，对系统进行电压外环分析，并得出电压环稳定性判据，具体是，首先根据并网系统的控制框图，可知电流参考值由以下方程给出：i_d,ref＝g_v(e_v)＝k_pe_v+k_i∫e_vdt           (3)其中，e_v＝V_dc,ref‑v_dc；结合系统状态方程和公式(5)可以得到电压环路的状态方程：$C\frac{{\mathrm{de}}_v}{\mathrm{dt}}+\frac{3}{2}\frac{v_{\mathrm{sd}}{f}_d\left(g_v\left(e_v\right)\right)-R_s(f_d^2\left(g_v\left(e_v\right)\right)+f_d^2\left(g_v\left(e_v\right)\right))}{v_{\mathrm{dc}}}-\frac{v_{\mathrm{dc}}}{R_L}=0---\left(4\right)$对方程进行线性化处理，并整理之后可得外环电压的特征方程为：${\lambda }^2+\frac{3}{2C}\frac{v_{sd}{f}_d^{\prime }-2R_s(f_d{f}_d^{\prime }+f_q{f}_q^{\prime })}{V_{dc,ref}}(k_p\lambda +k_i)=0---\left(5\right)$对此电压环特征方程求解，可以得出外环电压特征方程的根轨迹，根据根轨迹中是否有特征根处于右半平面，判断系统是否稳定，此即为电压环稳定性判据；步骤C、计算出电网扰动下变流器关于关键参数的韧性边界条件，从而判断此变流器是否耐受该故障类型，对变流器韧性进行评估；步骤D、经过步骤C对初始参数下变流器韧性的评估后，如若此参数下变流器不满足其韧性边界条件，即变流器对故障不具耐受能力，返回步骤A2中初始设计变流器模型时对变流器电压环路增益、电流回路增益、直流侧电容参数进行反复修改，使变流器电压环路增益、电流回路增益、直流侧电容参数全部满足变流器的韧性边界条件，获得满足耐受电网故障的设计方案；B2：根据系统的控制框图，对系统进行电压外环分析，并得出电压环稳定性判据。