CN107546769B - 用于获得并网逆变型分布式电源的暂态稳定性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于获得并网逆变型分布式电源的暂态稳定性的方法，首先通过并网逆变型分布式电源的控制系统的参数和连接电网参数，计算IIDG的初始输出功率，然后根据暂态事件信息，采用基于时域的迭代算法，计算暂态事件后的功角与输出功率的变化轨迹，并根据当前时刻的功角判断IIDG的暂态稳定性；本发明能够离线实现对并网逆变型分布式电源的暂态稳定性预测与判断，为配电网中的分布式电源的稳定运行提供依据，为配电网的调度人员与管理人员提供稳定运行的条件。

Description

用于获得并网逆变型分布式电源的暂态稳定性的方法
技术领域
本发明涉及的是一种电力系统控制领域的技术，具体是一种用于获得并网逆变型分布式电源的暂态稳定性的方法。
背景技术
随着常规能源的日益衰竭与地球环境的恶化，以光伏、风能为代表的新能源开始迅速发展，新能源对电网的冲击不可忽视。作为新能源的发电接入与消纳的重要方式，分布式电源正在世界范围内受到广泛的关注。分布式电源的结构多样，工作方式灵活，能够对新能源进行高效利用。由于分布式电源通常属于配电网层，短路故障频发，且配电网时常切换运行方式，这类暂态事件对分布式电源的稳定性造成了极大的威胁。
分布式电源内部结构复杂，运行方式多样，直接对微电网的暂态稳定性机理进行研究难度极大。逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generators,IIDG)作为典型的分布式电源，对其暂态稳定运行能力进行分析，并判别其在不同暂态事件下的稳定性是发展新能源应用，提高配电网稳定性的关键点。
目前，针对IIDG在微电网中的稳定性研究主要集中于直接仿真研究与小干扰稳定性研究。直接仿真研究通常对电压源型逆变器(voltage source converter,VSC)以代数微分方程的形式进行建模，对多个采用P-f和Q-V三环下垂控制的IIDG进行建模，分析在面对电机启动、电机故障与电网发生故障情况下IIDG的电压、功率以及系统频率的动态变化，并对利用模型对IIDG的功角、电压暂态稳定性进行研究。也有研究在仿真平台上搭建了拥有IIDG、同步电机型电源以及感应电机负荷的微电网模型，通过仿真对比了不同逆变器控制策略对于临界故障消除时间(critical clearing time,CCT)的影响。在小干扰稳定性研究中，通常对多个IIDG并联入微电网的场景进行分析，将系统的扰动分解为电压扰动与功角扰动，通过数学推导得到系统的特征矩阵，并利用特征根方法提取出了系统的动态稳定性判别式，或通过李雅普诺夫第二法给出了系统的稳定性与IIDG下垂控制方程参数之间的关系。
通过仿真的形式对IIDG的暂态稳定性进行的研究只适用于某一具体IIDG或微电网，研究普适性不足，缺乏IIDG暂态稳定能力的评估方法，难以被广泛应用。而小干扰稳定性的研究不涉及网络拓扑变化，对于系统故障、运行方式切换等大干扰暂态事件的稳定性评估适用性不足，无法对IIDG的暂态稳定性进行精确的判断。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于获得并网逆变型分布式电源的暂态稳定性的方法，通过输入并网逆变型分布式电源的连接电网参数与控制系统参数，使用基于时域的迭代算法，对并网型逆变器在暂态事件后功角与功率的变化轨迹进行计算，并根据稳定性判别式，通过对比功角-功率变化轨迹与逆变电源额定功率值，实现逆变电源的暂态稳定性判断。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明首先通过并网逆变型分布式电源(IIDG)的控制系统的参数和连接电网参数，计算IIDG的初始输出功率，然后根据暂态事件信息，采用基于时域的迭代算法，计算暂态事件后的功角与输出功率的变化轨迹，并根据当前时刻的功角判断IIDG的暂态稳定性。
所述的控制系统参数包括但不限于：网络拓扑信息、网络数据、迭代步长、逆变器初始输出功率、逆变器控制参数。
所述的连接电网参数包括但不限于：电缆阻抗、电网电压、本地负荷。
所述的暂态事件信息包括：暂态事件的持续时间和事件类型。
所述的时域的迭代算法是指：首先计算IIDG当前时刻的有功功率，然后计算下一时刻的IIDG的角频率参考值和电压参考值以及下一时刻的IIDG功角值与输出电压值，最后计算IIDG此刻的功角值。
所述的角频率参考值为：
Figure BDA0001396120560000021
电压参考值为：Vref＝Vn+dV＝Vn+mQQn-mQQ(V0,δ′0)，其中：mQ为无功下垂参数，mP为有功下垂参数，t为迭代步长。
所述的功角值为：
Figure BDA0001396120560000022
输出电压值为：
Figure BDA0001396120560000023
其中：Vi＝V0,i≤0，a与bj为等效IIDG内电压环和电流环的滤波器的滤波系数，k为迭代次数。
所述的当前时刻的功角为：
Figure BDA0001396120560000024
所述的暂态稳定性通过以下方式判断得到：对某一极小值ε，
Figure BDA0001396120560000025
若均
Figure BDA0001396120560000026
且i＞N，s.t.|δ′i-s|≤ε,则可认为IIDG在故障后的功角在[-π，π]的区间内不停变化，且遍历该区间，IIDG在暂态不稳定；否则，IIDG暂态稳定。
技术效果
与现有技术相比，本发明能够离线实现对并网逆变型分布式电源的暂态稳定性预测与判断，为配电网中的分布式电源的稳定运行提供依据，为配电网的调度人员与管理人员提供稳定运行的条件。同时，通过多次进行并网逆变型分布式电源的暂态稳定性判断计算，能够在故障前就获得不同可能故障的故障临界切除时间，为继电保护的整定提供依据。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为并网逆变型分布式电源(IIDG)的等效连接电网图；
图3为IIDG的控制系统示意图；
图4为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
如图4所示，本实施例系统包括：控制系统参数输入模块、连接电网参数输入模块、系统模型建立模块、暂态稳定性迭代计算模块、稳定性判断模块和稳定性结果输出模块，其中：控制系统参数输入模块与系统模型建立模块相连并传输控制系统参数信息，连接电网参数输入模块与系统模型建立模块相连并传输连接电网参数，系统模型建立模块计算IIDG功角曲线并输出至暂态稳定性轨迹迭代计算模块，暂态稳定性轨迹迭代计算模块与稳定性判断模块相连并输出根据暂态事件信息通过时域的迭代算法计算得到功角与功率的变化轨迹，稳定性判断模块根据当前时刻的功角判断IIDG的暂态稳定性并通过稳定性结果输出模块进行输出。
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤1、向系统模型建立模块输入并网逆变型分布式电源(IIDG)的控制系统的参数和连接电网参数，计算IIDG的初始输出功率。
如图2所示，所述的并网逆变型分布式电源的控制系统包括：逆变器、滤波器、功率控制模块、下垂控制模块、电压外环控制模块、限流模块、电流内环控制模块和dq/abc变换器，其中：逆变器和滤波器相连构成并网逆变型分布式电源(IIDG)，并与大电网相连。
所述的IIDG的输出电压为νi，将经过滤波器后的电压ν0与电流i0输入至功率控制模块，得到逆变器的输出功率P0、Q0，将输出功率P0、Q0输入至下垂控制模块，得到控制信号θ、νod；将νod输入到电压外环控制模块，得到电流控制信号id、iq；将电流控制信号id、iq输入至限流模块，得到限流后电流信号i′d、i′q；将i′d、i′q输入到电流内环控制模块，得到电压控制信号νid、νiq；将电压控制信号νid、νiq以及θ输入到dq/abc变换器，得到逆变器控制信号
Figure BDA0001396120560000031
如图3所示，PL+jQL为IIDG连接的本地负荷，PCC为IIDG与大电网的连接点。
所述的IIDG通过双回线电缆与大电网相连，电缆的阻抗值为Z∠γ。
所述的外部电网用电压源代替，其幅值为U。
所述的IIDG的初始输出功率为：
Figure BDA0001396120560000041
其中：P为有功功率，Q为无功，V为IIDG输出电压，PnL为本地负荷。
所述的下垂控制模块的控制方程为：
Figure BDA0001396120560000042
其中：ω为角频率，mP为有功下垂参数，mQ为无功下垂参数。
步骤2、根据暂态事件的持续时间和事件类型并指定迭代步长t，采用基于时域的迭代算法，计算暂态事件后的功角以及输出功率的变化轨迹，具体包括以下步骤：
S1：计算IIDG当前时刻的有功功率为：
Figure BDA0001396120560000043
其中：k为迭代次数。
S2：计算下一时刻的IIDG的角频率参考值和电压参考值。
所述的角频率参考值的计算公式为：
Figure BDA0001396120560000044
电压参考值为：Vref＝Vn+dV＝Vn+mQQn-mQQ(V0,δ′0)。
S3：计算下一时刻的IIDG功角值与输出电压值。
所述的下一时刻的IIDG的功角值为：
Figure BDA0001396120560000045
输出电压值为：
Figure BDA0001396120560000046
其中：Vi＝V0,i≤0，a与bj为等效IIDG内电压环和电流环的滤波器的滤波系数。
S4：计算IIDG此刻的功角。
所述的当前时刻的功角为：
Figure BDA0001396120560000047
步骤3、根据当前时刻的功角判断IIDG的暂态稳定性，并将结果输出至配网运行人员以进行系统稳定性评估。
所述的暂态稳定性通过以下方式判断得到：对某一极小值ε，
Figure BDA0001396120560000048
若均
Figure BDA0001396120560000049
且i＞N，s.t.|δ′i-s|≤ε,则可认为IIDG在故障后的功角在[-π，π]的区间内不停变化，且遍历该区间，IIDG在暂态不稳定；否则，IIDG暂态稳定。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种用于获得并网逆变型分布式电源的暂态稳定性的方法，其特征在于，首先通过并网逆变型分布式电源的控制系统的参数和连接电网参数，计算IIDG的初始输出功率，然后根据暂态事件信息，采用基于时域的迭代算法，计算暂态事件后的功角与输出功率的变化轨迹，并根据当前时刻的功角判断IIDG的暂态稳定性；所述的控制系统参数包括：网络拓扑信息、网络数据、迭代步长、逆变器初始输出功率、逆变器控制参数；所述的连接电网参数包括：电缆阻抗、电网电压、本地负荷；所述的暂态事件信息包括：暂态事件的持续时间和事件类型；
所述的初始输出功率为：
Figure FDA0002391020940000011
其中：P为有功功率，Q为无功功率，V为IIDG输出电压，PnL、QnL分别为本地负荷，δ为IIDG与电网相角差，即功角，U为电压源电压，γ为电缆阻抗，Z为线路阻抗。
2.根据权利要求1所述的暂态稳定性的方法，其特征是，所述的输出功率的变化轨迹，即有功曲线和无功曲线，其中：有功曲线为：
Figure FDA0002391020940000012
无功曲线为：
Figure FDA0002391020940000013
其中：Vk为输出电压值。
3.根据权利要求1所述的暂态稳定性的方法，其特征是，所述的时域的迭代算法是指：首先计算IIDG当前时刻的有功功率，然后计算下一时刻的IIDG的角频率参考值和电压参考值以及下一时刻的IIDG功角值与输出电压值，最后计算IIDG此刻的功角值。
4.根据权利要求3所述的暂态稳定性的方法，其特征是，所述的角频率参考值为：
Figure FDA0002391020940000014
电压参考值为：Vref＝Vn+dV＝Vn+mQQn-mQQ(V0，δ′0)，其中：mQ为无功下垂参数，mp为有功下垂参数，t为迭代步长。
5.根据权利要求3所述的暂态稳定性的方法，其特征是，所述的功角值为：
Figure FDA0002391020940000015
输出电压值为：
Figure FDA0002391020940000016
其中：Vi＝V0，i≤0，a与bj为等效IIDG内电压环和电流环的滤波器的滤波系数，k为迭代次数。
6.根据权利要求1所述的暂态稳定性的方法，其特征是，所述的暂态稳定性通过以下方式判断得到：对某一极小值ε，
Figure FDA0002391020940000021
若均
Figure FDA0002391020940000022
且i＞N，s.t.|δ′i-s|≤ε，则可认为IIDG在故障后的功角在[-π，π]的区间内不停变化，且遍历该区间，IIDG在暂态不稳定；否则，IIDG暂态稳定。
7.根据权利要求1所述的暂态稳定性的方法，其特征是，所述的控制系统，即并网逆变型分布式电源的控制系统包括：逆变器、滤波器、功率控制模块、下垂控制模块、电压外环控制模块、限流模块、电流内环控制模块和dq/abc变换器，其中：逆变器和滤波器相连构成并网逆变型分布式电源，并与大电网相连。
8.一种实现上述任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：控制系统参数输入模块、连接电网参数输入模块、系统模型建立模块、暂态稳定性迭代计算模块、稳定性判断模块和稳定性结果输出模块，其中：控制系统参数输入模块与系统模型建立模块相连并传输控制系统参数信息，连接电网参数输入模块与系统模型建立模块相连并传输连接电网参数，系统模型建立模块计算IIDG功角曲线并输出至暂态稳定性轨迹迭代计算模块，暂态稳定性轨迹迭代计算模块与稳定性判断模块相连并输出根据暂态事件信息通过时域的迭代算法计算得到功角与功率的变化轨迹，稳定性判断模块根据当前时刻的功角判断IIDG的暂态稳定性并通过稳定性结果输出模块进行输出。
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