CN111049175B - 柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法及系统 - Google Patents

柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法及系统，包括：对柔性直流接入弱交流电网的主电路及控制系统进行线性化处理，确定外环控制方式和控制参数，以确定所述线性化模型；根据预设的短路比上限值和短路比下限值利用二分法确定当前的临界短路比；计算当前的临界短路比对应的柔性直流接入弱交流电网的稳态运行点，并确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根；判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值；若当前的短路比上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值，则确定当前的短路比上限值即为所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。

Description

柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法及系统
技术领域
本发明涉及柔性直流接入交流电网技术领域，并且更具体地，涉及一种柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法及系统。
背景技术
与常规的线电压换相换流器型直流输电(Line Commuted Converter based HighVoltage Direct Current Transmission,LCC-HVDC)相比，电压源换流器型直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission,VSC-HVDC)，也称“柔性直流输电”，具有控制灵活、无换相失败风险、可以向弱交流系统以及无源系统供电等优点，尤其适用于风力发电等新能源发电并网的应用场景，因此得到了广泛应用。LCC-HVDC系统中，一般把短路比(Short Circuit Ratio，SCR)小于3的系统定义为弱系统。
在VSC-HVDC系统中，柔性直流虽然对短路比的要求大大降低，但是仍然对交流电网的强度有一定要求。随着柔性直流在新能源并网等场景中的广泛应用，研究如何定量评估保证柔性直流接入交流系统时稳定运行的临界短路比的意义重大。
发明内容
本发明提出一种柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法及系统，以解决如何确定临界短路比的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法，所述方法包括：
对柔性直流弱接入交流电网的主电路及控制系统进行线性化处理，确定外环控制方式和控制参数，以确定所述线性化模型；
根据预设的短路比上限值和短路比下限值利用二分法确定当前的临界短路比；
计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，并确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根；
判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值；
若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值，则确定当前的短路比上限值即为所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
优选地，其中所述外环控制方式包括：定有功功率定交流电压控制方式、定有功功率定无功功率控制方式、定直流电压定交流电压控制方式和定直流电压定无功功率控制方式；所述控制参数包括：锁相环、外环和内环的PI控制器比例系数、积分时间常数。
优选地，其中所述计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，包括：
Figure BDA0002328563410000021
Figure BDA0002328563410000022
Figure BDA0002328563410000023
Figure BDA0002328563410000024
对于有功类控制，若采用定有功功率控制，则：
Figure BDA0002328563410000025
若采用定直流电压控制，则：
Figure BDA0002328563410000026
对于无功类控制，若采用定无功功率控制，则：
Figure BDA0002328563410000031
Figure BDA0002328563410000032
Figure BDA0002328563410000033
Figure BDA0002328563410000034
若采用定交流电压控制，则
Figure BDA0002328563410000035
θg0的计算公式不变，θs0的计算公式为：
Figure BDA0002328563410000036
其中，Us为PCC母线电压幅值；Ug为交流等值电源母线电压幅值；Uc为换流器阀侧电压幅值；Ic为换流器流入交流系统的电流；下标d、q分别为相应变量在dq旋转坐标系中对应的d、q轴分量，下标0表示稳态工作点数值，上标*表示该变量为参考值；Ps0、Qs0、Usm和θg0分别为PCC点的有功、无功、相电压峰值及相角；n为非定直流电压控制换流站的个数，i为非定直流电压控制换流站的序号；Zg为交流系统等值阻抗，数值等于当前的临界短路比的倒数；Req和Leq分别为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻和等效电感；Rg、Lg、Rt、Lt为交流电网和变压器等效电阻、等效电感，Rac＝Rg+Req，Lac＝Lg+Leq。
优选地，其中所述确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根，包括：
利用MATLAB仿真获取当前运行点下的特征矩阵A，并求解特征方程|A-λI|＝0，以确定当前稳态运行点下所述线性化模型的所有的特征根λi；其中，i＝1,2,3…n，n为系统的阶数；I为单位矩阵。
优选地，其中所述判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值，包括：
若所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000041
则更新短路比上限值为当前的临界短路比；
若不是所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000042
则更新短路比下限值为当前的临界短路比。
优选地，其中所述方法还包括：
若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值大于等于预设差值阈值，则根据当前的短路比上限值和短路比下限值利用二分法重新确定当前的临界短路比，并重新计算，直至当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值时，确定所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
根据本发明的另一个方面，提供了一种柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算系统，所述系统包括：
线性化处理单元，用于对柔性直流弱接入交流电网的主电路及控制系统进行线性化处理，确定外环控制方式和控制参数，以确定所述线性化模型；
临界短路比确定单元，用于根据预设的短路比上限值和短路比下限值利用二分法确定当前的临界短路比；
稳态运行点和特征根确定单元，用于计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，并确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根；
短路比限值更新单元，用于判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值；
电网的临界短路比确定单元，用于若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值，则确定当前的短路比上限值即为所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
优选地，其中所述外环控制方式包括：定有功功率定交流电压控制方式、定有功功率定无功功率控制方式、定直流电压定交流电压控制方式和定直流电压定无功功率控制方式；所述控制参数包括：锁相环、外环和内环的PI控制器比例系数、积分时间常数。
优选地，其中所述稳态运行点和特征根确定单元，计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，包括：
Figure BDA0002328563410000051
Figure BDA0002328563410000052
Figure BDA0002328563410000053
Figure BDA0002328563410000054
对于有功类控制，若采用定有功功率控制，则：
Figure BDA0002328563410000055
若采用定直流电压控制，则：
Figure BDA0002328563410000056
对于无功类控制，若采用定无功功率控制，则：
Figure BDA0002328563410000057
Figure BDA0002328563410000058
Figure BDA0002328563410000059
Figure BDA00023285634100000510
若采用定交流电压控制，则
Figure BDA00023285634100000511
θg0的计算公式不变，θs0的计算公式为：
Figure BDA00023285634100000512
其中，Us为PCC母线电压幅值；Ug为交流等值电源母线电压幅值；Uc为换流器阀侧电压幅值；Ic为换流器流入交流系统的电流；下标d、q分别为相应变量在dq旋转坐标系中对应的d、q轴分量，下标0表示稳态工作点数值，上标*表示该变量为参考值；Ps0、Qs0、Usm和θg0分别为PCC点的有功、无功、相电压峰值及相角；n为非定直流电压控制换流站的个数，i为非定直流电压控制换流站的序号；Zg为交流系统等值阻抗，数值等于当前的临界短路比的倒数；Req和Leq分别为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻和等效电感；Rg、Lg、Rt、Lt为交流电网和变压器等效电阻、等效电感，Rac＝Rg+Req，Lac＝Lg+Leq。
优选地，其中所述稳态运行点和特征根确定单元，确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根，包括：
利用MATLAB仿真获取当前运行点下的特征矩阵A，并求解特征方程|A-λI|＝0，以确定当前稳态运行点下所述线性化模型的所有的特征根λi；其中，i＝1,2,3…n，n为系统的阶数；I为单位矩阵。
优选地，其中所述短路比限值更新单元，判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值，包括：
若所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000061
则更新短路比上限值为当前的临界短路比；
若不是所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000062
则更新短路比下限值为当前的临界短路比。
优选地，其中所述系统还包括：
临界短路比更新单元，用于若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值大于等于预设差值阈值，则根据当前的短路比上限值和短路比下限值利用二分法重新确定当前的临界短路比，并进入稳态运行点和特征根确定单元重新进行计算，直至当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值时，确定所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
本发明提供了一种柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法及系统，包括：对柔性直流弱接入交流电网的主电路及控制系统进行线性化处理，确定所述线性化模型；确定当前的临界短路比；计算述线性化模型的多个特征根；判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值；若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值，则确定当前的短路比上限值即为所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。本发明的方法只需按照计算流程即可实现，简单易行，在柔性直流接入弱交流电网的场景中应用可明显提高计算效率，节省人力物力，创造明显的经济效益，能够应用于柔性直流接入弱交流电网场景的规划、可行性评估和运行风险评估等。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的柔性直流接入弱交流电网时的主电路及控制系统的示意图；
图3为根据本发明实施方式的柔性直流接入弱交流电网时的主电路及控制系统线性化模型的示意图；以及
图4为根据本发明实施方式的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算系统400的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法，只需按照计算流程即可实现，简单易行，在柔性直流接入弱交流电网的场景中应用可明显提高计算效率，节省人力物力，创造明显的经济效益，能够应用于柔性直流接入弱交流电网场景的规划、可行性评估和运行风险评估等。本发明实施方式提供的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法100，从步骤101处开始，在步骤101对柔性直流弱接入交流电网的主电路及控制系统进行线性化处理，确定外环控制方式和控制参数，以确定所述线性化模型。
优选地，其中所述外环控制方式包括：定有功功率定交流电压控制方式、定有功功率定无功功率控制方式、定直流电压定交流电压控制方式和定直流电压定无功功率控制方式；所述控制参数包括：锁相环、外环和内环的PI控制器比例系数、积分时间常数。
在本发明的实施方式中，首先对附图2所示柔性直流接入弱交流电网时的主电路及控制系统进行线性化，得到附图3所示柔性直流接入弱交流电网时主电路及控制系统线性化模型。其中，本发明实施方式的柔性直流接入弱交流电网时的主电路及控制系统中VSC并网系统变量如表1所示。
表1VSC并网系统变量
Figure BDA0002328563410000081
Figure BDA0002328563410000091
线性化的过程具体包括：(1)主电路的线性化和(2)控制系统的线性化，包括：外环控制的线性化、内环控制的线性化、锁相环(PLL)的线性化，以及滤波器延时环节的线性化。
(1)主电路线性化
将主电路模型中各变量f以考虑小扰动后f＝f0+△f的形式代入，并消去稳态量后即可得到一次系统线性化数学模型如式(1)-(4)所示。
Figure BDA0002328563410000092
Figure BDA0002328563410000093
Figure BDA0002328563410000094
Figure BDA0002328563410000095
其中，
Figure BDA0002328563410000101
由于本发明假设不考虑交流电网等效转动惯量引入的动态，因此一次系统dq坐标系总是以恒定的角频率ω1旋转，交流电网无穷大电源相量Ug也以恒定角频率ω1旋转且幅值相位不变，一旦一次系统dq坐标系d轴位置确定，相量Ug和一次系统坐标系间相对位置确定，不受扰动影响，有
Figure BDA0002328563410000102
考虑式(6)后，式(1)和(3)可得到简化，使后续推导过程更加简洁。
(2)控制系统数学模型线性化
柔性直流并网系统的控制系统数学模型线性化与一次系统数学模型线性化相比稍显复杂，尤其是PLL和外环控制的线性化，下面进行推导。
1)PLL的线性化
在对PLL进行线性化前需要先得到相量F的小扰动△F在一次系统和控制系统dq坐标系中的投影分量之间的关系。
相量F的小扰动△F在主电路和控制系统两个坐标系中投影分量之间的关系为：
Figure BDA0002328563410000103
Figure BDA0002328563410000104
将θpll0＝θs＝0代入式(7)和(8)可得：
Figure BDA0002328563410000105
Figure BDA0002328563410000111
其中，f表示变量uc、us、ug、ic。对PLL数学模型进行线性化可得：
Figure BDA0002328563410000112
由式(8)可得：
Figure BDA0002328563410000113
将式(12)代入式(11)整理可得：
Figure BDA0002328563410000114
其中，
Figure BDA0002328563410000119
式中，kp_pll、Ti_pll分别为PLL的PI控制器比例系数、积分时间常数。将θpll0＝θs＝0，以及上式代入式(13)整理可得：
Figure BDA0002328563410000115
其中，
Figure BDA0002328563410000116
式(15)可用于设计PLL控制器参数，例如，若希望PLL具有二阶系统响应形式，令式(15)分母与典型二阶系统传递函数特征方程式
Figure BDA0002328563410000117
相等，根据对应系数相等可得：
Figure BDA0002328563410000118
其中，Usd0表示稳态运行点的PCC电压d轴分量，Usd0在不同的运行点会取不同值，但在参数设计时一般取额定值。将式(17)代入式(15)可得：
Δθpll＝GPLL(s)Δusq (18)
其中，
Figure BDA0002328563410000121
2)内环控制线性化
将附图1内环控制模型中各变量f以小扰动△f形式代入即可完成内环控制的线性化，如式(20)所示。
Figure BDA0002328563410000122
3)外环控制线性化
将附图2外环控制数学模型中各变量f以小扰动△f形式代入可得：
Figure BDA0002328563410000123
Figure BDA0002328563410000124
其中，有功、无功的小扰动在主电路和控制系统dq坐标系下具有如式(23)所示的相等关系，其证明过程不不赘述。
Figure BDA0002328563410000125
PCC点电压幅值的小扰动在主电路和控制系统dq坐标系下也具有式(24)所示的相等关系，其证明过程不赘述。
Figure BDA0002328563410000126
将式(23)和(24)代入式(21)和(22)可得外环控制线性化模型如式(25)-(26)所示。
Figure BDA0002328563410000127
Figure BDA0002328563410000128
4)阀控调制过程线性化
对阀控调制过程进行线性化，并将θpll0＝0代入，可得阀控调制过程线性化数学模型如式(27)-(29)所示。
Figure BDA0002328563410000131
Figure BDA0002328563410000132
Figure BDA0002328563410000133
式(1)-(4)、(18)、(20)、(25)、(26)和式(27)-(29)共同构成了柔性直流并网系统的线性化数学模型，以PVac控制为例，其线性化模型的框图表示形式如附图3所示。
在步骤102，根据预设的短路比上限值和短路比下限值利用二分法确定当前的临界短路比。
在步骤103，计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，并确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根。
优选地，其中所述计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，包括：
Figure BDA0002328563410000134
Figure BDA0002328563410000135
Figure BDA0002328563410000136
Figure BDA0002328563410000137
对于有功类控制，若采用定有功功率控制，则：
Figure BDA0002328563410000138
若采用定直流电压控制，则：
Figure BDA0002328563410000141
对于无功类控制，若采用定无功功率控制，则：
Figure BDA0002328563410000142
Figure BDA0002328563410000143
Figure BDA0002328563410000144
Figure BDA0002328563410000145
若采用定交流电压控制，则
Figure BDA0002328563410000146
θg0的计算公式不变，θs0的计算公式为：
Figure BDA0002328563410000147
其中，Us为PCC母线电压幅值；Ug为交流等值电源母线电压幅值；Uc为换流器阀侧电压幅值；Ic为换流器流入交流系统的电流；下标d、q分别为相应变量在dq旋转坐标系中对应的d、q轴分量，下标0表示稳态工作点数值，上标*表示该变量为参考值；Ps0、Qs0、Usm和θg0分别为PCC点的有功、无功、相电压峰值及相角；n为非定直流电压控制换流站的个数，i为非定直流电压控制换流站的序号；Zg为交流系统等值阻抗，数值等于当前的临界短路比的倒数；Req和Leq分别为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻和等效电感；Rg、Lg、Rt、Lt为交流电网和变压器等效电阻、等效电感，Rac＝Rg+Req，Lac＝Lg+Leq。
优选地，其中所述确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根，包括：
利用MATLAB仿真获取当前运行点下的特征矩阵A，并求解特征方程|A-λI|＝0，以确定当前稳态运行点下所述线性化模型的所有的特征根λi；其中，i＝1,2,3…n，n为系统的阶数；I为单位矩阵。
因非线性系统的线性化需在其稳态运行点上进行，所以需要建立柔性直流并网系统的稳态运行点(Operating Point,OP)，如式(30)所示。
OP＝(Ugd0,Ugq0,Usd0,Usq0,Ucd0,Ucq0,Icd0,Icq0) (30)
具体地，计算稳态运行点的求解可分为以下两步：
1)根据已知条件计算PCC点的有功、无功、相电压峰值及相角，即Ps0、Qs0、Usm和θg0。
首先计算Ps0。
其中，若有功类控制采用定有功控制，则：Ps0＝P*s；若有功类控制采用定直流电压控制，则：
Figure BDA0002328563410000151
其中，n表示非定直流电压控制换流站的个数，i表示非定直流电压控制换流站的序号。
其次，计算Qs0、Usm和θg0。若无功类控制采用定无功功率控制，则：
Qs0＝Q*s，Usm、θg0的计算公式如式(32)-(33)所示。
Figure BDA0002328563410000152
Figure BDA0002328563410000153
其中，
Figure BDA0002328563410000154
若无功类控制采用定交流电压控制，则Usm＝U*s，θg0和Qs0的计算公式如式(33)和(35)所示，
Figure BDA0002328563410000155
2)根据Ps0、Qs0、Usm和Qs0计算稳态运行点OP，包括：
根据电压相量在一次系统dq坐标系中的投影关系可得：
Figure BDA0002328563410000161
Figure BDA0002328563410000162
令主电路模型中的电流微分项等于0可得：
Figure BDA0002328563410000163
电流Icd0、Icq0的计算公式如式(39)所示：
Figure BDA0002328563410000164
其中，Us为PCC母线电压幅值；Ug为交流等值电源母线电压幅值；Uc为换流器阀侧电压幅值；Ic为换流器流入交流系统的电流；下标d、q分别为相应变量在dq旋转坐标系中对应的d、q轴分量，下标0表示稳态工作点数值，上标*表示该变量为参考值；Ps0、Qs0、Usm和θg0分别为PCC点的有功、无功、相电压峰值及相角；n为非定直流电压控制换流站的个数，i为非定直流电压控制换流站的序号；Zg为交流系统等值阻抗，数值等于当前的临界短路比的倒数；Req和Leq分别为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻和等效电感；Rg、Lg、Rt、Lt为交流电网和变压器等效电阻、等效电感，Rac＝Rg+Req，Lac＝Lg+Leq。
通过公式(36)-(39)可以共同确定柔性直流并网系统的稳态运行点。
在步骤104，判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值。
优选地，其中所述判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值，包括：
若所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000165
则更新短路比上限值为当前的临界短路比；
若不是所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000171
则更新短路比下限值为当前的临界短路比。
例如，若当前的临界短路比SCRtemp＝(a+b)/2，其a和b分别为当前的短路上限值和下限值，则当所有特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000172
时，将当前的临界短路比SCRtemp赋值给临界短路比上限a，即a＝SCRtemp，否则将赋值给临界短路比下限，即b＝SCRtemp。
在步骤105，若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值，则确定当前的短路比上限值即为所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
优选地，其中所述方法还包括：
若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值大于等于预设差值阈值，则根据当前的短路比上限值和短路比下限值利用二分法重新确定当前的临界短路比，并重新计算，直至当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值时，确定所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
在本发明的实施方式中，若不满足|a-b|<ε，则根据的短路比上限值和短路比下限值利用二分法重新确定当前的临界短路比，并进入步骤103进行迭代计算，其中ε为预设差值阈值，为一个数值较小的值。若满足|a-b|<ε，则计算结束，确定所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比为SCRcir＝a。
由于短路比上限a、下限b此时是数值相近的两个值，但是短路比为a时柔性直流接入弱交流电网为小信号稳定的，短路比为b时柔性直流接入弱交流电网为小信号不稳定的，故取a为最终的临界短路比，计算过程结束。
图4为根据本发明实施方式的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算系统400的结构示意图。如图4所示，本发明实施方式提供的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算系统400，包括：线性化处理单元401、临界短路比确定单元402、稳态运行点和特征根确定单元403、短路比限值更新单元404和电网的临界短路比确定单元405。
优选地，所述线性化处理单元401，用于对柔性直流弱接入交流电网的主电路及控制系统进行线性化处理，确定外环控制方式和控制参数，以确定所述线性化模型。
优选地，其中所述外环控制方式包括：定有功功率定交流电压控制方式、定有功功率定无功功率控制方式、定直流电压定交流电压控制方式和定直流电压定无功功率控制方式；所述控制参数包括：锁相环、外环和内环的PI控制器比例系数、积分时间常数。
优选地，所述临界短路比确定单元402，用于根据预设的短路比上限值和短路比下限值利用二分法确定当前的临界短路比。
优选地，所述稳态运行点和特征根确定单元403，用于计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，并确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根。
优选地，其中所述稳态运行点和特征根确定单元403，计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，包括：
Figure BDA0002328563410000181
Figure BDA0002328563410000182
Figure BDA0002328563410000183
Figure BDA0002328563410000184
对于有功类控制，若采用定有功功率控制，则：
Figure BDA0002328563410000185
若采用定直流电压控制，则：
Figure BDA0002328563410000186
对于无功类控制，若采用定无功功率控制，则：
Figure BDA0002328563410000191
Figure BDA0002328563410000192
Figure BDA0002328563410000193
Figure BDA0002328563410000194
若采用定交流电压控制，则
Figure BDA0002328563410000195
θg0的计算公式不变，θs0的计算公式为：
Figure BDA0002328563410000196
其中，Us为PCC母线电压幅值；Ug为交流等值电源母线电压幅值；Uc为换流器阀侧电压幅值；Ic为换流器流入交流系统的电流；下标d、q分别为相应变量在dq旋转坐标系中对应的d、q轴分量，下标0表示稳态工作点数值，上标*表示该变量为参考值；Ps0、Qs0、Usm和θg0分别为PCC点的有功、无功、相电压峰值及相角；n为非定直流电压控制换流站的个数，i为非定直流电压控制换流站的序号；Zg为交流系统等值阻抗，数值等于当前的临界短路比的倒数；Req和Leq分别为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻和等效电感；Rg、Lg、Rt、Lt为交流电网和变压器等效电阻、等效电感，Rac＝Rg+Req，Lac＝Lg+Leq。
优选地，其中所述稳态运行点和特征根确定单元403，确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根，包括：
利用MATLAB仿真获取当前运行点下的特征矩阵A，并求解特征方程|A-λI|＝0，以确定当前稳态运行点下所述线性化模型的所有的特征根λi；其中，i＝1,2,3…n，n为系统的阶数；I为单位矩阵。
优选地，所述短路比限值更新单元404，用于判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值。
优选地，其中所述短路比限值更新单元404，判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值，包括：
若所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000201
则更新短路比上限值为当前的临界短路比；
若不是所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure BDA0002328563410000202
则更新短路比下限值为当前的临界短路比。
优选地，所述电网的临界短路比确定单元405，用于若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值，则确定当前的短路比上限值即为所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
优选地，其中所述系统还包括：
临界短路比更新单元，用于若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值大于等于预设差值阈值，则根据当前的短路比上限值和短路比下限值利用二分法重新确定当前的临界短路比，并进入稳态运行点和特征根确定单元重新进行计算，直至当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值时，确定所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
本发明的实施例的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算系统400与本发明的另一个实施例的柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算方法，其特征在于，所述方法包括：
对柔性直流接入弱交流电网的主电路及控制系统进行线性化处理，确定外环控制方式和控制参数，以确定线性化模型；
根据预设的短路比上限值和短路比下限值利用二分法确定当前的临界短路比；
计算当前的临界短路比对应的柔性直流接入弱交流电网的稳态运行点，并确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根；
判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值；
若当前的短路比上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值，则确定当前的短路比上限值即为所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外环控制方式包括：定有功功率定交流电压控制方式、定有功功率定无功功率控制方式、定直流电压定交流电压控制方式和定直流电压定无功功率控制方式；所述控制参数包括：锁相环、外环、内环的PI控制器比例系数、积分时间常数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，包括：
Figure FDA0003586016050000011
Figure FDA0003586016050000012
Figure FDA0003586016050000013
Figure FDA0003586016050000021
对于有功类控制，若采用定有功功率控制，则：
Figure FDA0003586016050000022
若采用定直流电压控制，则：
Figure FDA0003586016050000023
对于无功类控制，若采用定无功功率控制，则：
Figure FDA0003586016050000024
Figure FDA0003586016050000025
Figure FDA0003586016050000026
Figure FDA0003586016050000027
若采用定交流电压控制，则
Figure FDA0003586016050000029
θg0的计算公式不变，Qs0的计算公式为：
Figure FDA0003586016050000028
其中，Us为PCC母线电压幅值；Ug为交流等值电源母线电压幅值；Uc为换流器阀侧电压幅值；Ic为换流器流入交流系统的电流；下标d、q分别为相应变量在dq旋转坐标系中对应的d、q轴分量，下标0表示稳态工作点数值，上标*表示该变量为参考值；Ps0、Qs0、Usm和θg0分别为PCC点的有功、无功、相电压峰值及相角；n为非定直流电压控制换流站的个数，i为非定直流电压控制换流站的序号；Zg为交流系统等值阻抗，数值等于当前的临界短路比的倒数；Req和Leq分别为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻和等效电感；Rg、Lg、Rt、Lt为交流电网和变压器等效电阻、等效电感，Rac＝Rg+Req，Lac＝Lg+Leq。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根，包括：
利用MATLAB仿真获取当前运行点下的特征矩阵A，并求解特征方程|A-λI|＝0，以确定当前稳态运行点下所述线性化模型的所有的特征根λi；其中，i＝1,2,3…n，n为系统的阶数；I为单位矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值，包括：
若所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure FDA0003586016050000031
则更新短路比上限值为当前的临界短路比；
若不是所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure FDA0003586016050000032
则更新短路比下限值为当前的临界短路比。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值大于等于预设差值阈值，则根据当前的短路比上限值和短路比下限值利用二分法重新确定当前的临界短路比，并重新计算，直至当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值时，确定所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
7.一种柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比计算系统，其特征在于，所述系统包括：
线性化处理单元，用于对柔性直流接入弱交流电网的主电路及控制系统进行线性化处理，确定外环控制方式和控制参数，以确定线性化模型；
临界短路比确定单元，用于根据预设的短路比上限值和短路比下限值利用二分法确定当前的临界短路比；
稳态运行点和特征根确定单元，用于计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，并确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根；
短路比限值更新单元，用于判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值；
电网的临界短路比确定单元，用于若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值，则确定当前的短路比上限值即为所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述外环控制方式包括：定有功功率定交流电压控制方式、定有功功率定无功功率控制方式、定直流电压定交流电压控制方式和定直流电压定无功功率控制方式；所述控制参数包括：锁相环、外环和内环的PI控制器比例系数、积分时间常数。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述稳态运行点和特征根确定单元，计算当前的临界短路比对应的柔性直流弱接入交流电网的稳态运行点，包括：
Figure FDA0003586016050000041
Figure FDA0003586016050000042
Figure FDA0003586016050000043
Figure FDA0003586016050000044
对于有功类控制，若采用定有功功率控制，则：
Figure FDA0003586016050000045
若采用定直流电压控制，则：
Figure FDA0003586016050000051
对于无功类控制，若采用定无功功率控制，则：
Figure FDA0003586016050000052
Figure FDA0003586016050000053
Figure FDA0003586016050000054
Figure FDA0003586016050000055
若采用定交流电压控制，则
Figure FDA0003586016050000056
θg0的计算公式不变，Qs0的计算公式为：
Figure FDA0003586016050000057
其中，Us为PCC母线电压幅值；Ug为交流等值电源母线电压幅值；Uc为换流器阀侧电压幅值；Ic为换流器流入交流系统的电流；下标d、q分别为相应变量在dq旋转坐标系中对应的d、q轴分量，下标0表示稳态工作点数值，上标*表示该变量为参考值；Ps0、Qs0、Usm和θg0分别为PCC点的有功、无功、相电压峰值及相角；n为非定直流电压控制换流站的个数，i为非定直流电压控制换流站的序号；Zg为交流系统等值阻抗，数值等于当前的临界短路比的倒数；Req和Leq分别为PCC母线与换流器阀侧之间的等效电阻和等效电感；Rg、Lg、Rt、Lt为交流电网和变压器等效电阻、等效电感，Rac＝Rg+Req，Lac＝Lg+Leq。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述稳态运行点和特征根确定单元，确定当前稳态运行点下所述线性化模型的多个特征根，包括：
利用MATLAB仿真获取当前运行点下的特征矩阵A，并求解特征方程|A-λI|＝0，以确定当前稳态运行点下所述线性化模型的所有的特征根λi；其中，i＝1,2,3…n，n为系统的阶数；I为单位矩阵。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述短路比限值更新单元，判断所述多个特征根是否均满足稳定判据，并根据所述判断结果更新当前的短路比上限值或短路比下限值，包括：
若所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure FDA0003586016050000061
则更新短路比上限值为当前的临界短路比；
若不是所有的特征根λi均满足稳定判据
Figure FDA0003586016050000062
则更新短路比下限值为当前的临界短路比。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
临界短路比更新单元，用于若当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值大于等于预设差值阈值，则根据当前的短路比上限值和短路比下限值利用二分法重新确定当前的临界短路比，并进入稳态运行点和特征根确定单元重新进行计算，直至当前的短路上限值和短路比下限值的差值的绝对值小于预设差值阈值时，确定所述柔性直流接入弱交流电网时的临界短路比。
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Du et al. A virtual synchronous generator adopting dynamic damping without frequency detection

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