CN114069705A - 一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法及系统，建立含PLL的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型；然后得到系统的稳态方程并根据控制目标求出系统的平衡点；接着对系统数学模型做简化处理；进而推导出VSC控制达到限幅值时研究系统大扰动稳定性的简化模型；最后根据等面积定则推导出并网VSC大扰动稳定的判据。本发明方法清晰地表征了并网VSC大扰动稳定性与系统状态量δ的关系，以及δ的稳定或失稳范围与VSC控制器参数、线路参数、系统运行方式之间的关系。既可用于定性分析影响系统稳定性的关键因素，揭示系统失稳机理，也可用于指导VSC控制器参数设计和系统运行方式制定。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法及系统。
背景技术
不断增加的并网电压源型换流器(voltage source converter,VSC)深刻改变了当今电力系统的动态行为。与同步发电机(synchronous generators，SGs)不同，电压源换流器(VSCs)的正常运行很大程度上依赖于其控制策略。大量研究表明在某些工况或不合理的控制参数下电压源换流器可能会引发系统谐振稳定，此外，在故障下，锁相环(phaselock loop,PLL)可能会导致系统失步，严重威胁高比例新能源电力系统的稳定。
现有研究一般采用数值仿真、相平面法和等面积法则(equal area criterion，EAC)来分析系统大干扰稳定性。数值仿真虽可以给出系统的时域解，进而判别系统大扰动下的稳定性，但该方法需要大量数值计算。相平面法的优点是可以刻画系统的稳定边界，然而该方法依然依赖数值积分来获得系统受扰后的运动轨迹。EAC能直接判断系统稳定性而不依赖数值计算。研究表明，长的电气距离、不当的PLL参数和系统重载均会恶化系统稳定性。另一方面，在实际运行中，电网侧换流器存在一定的限流措施，通过的电流不允许无限增大，这增加了其动态特性的复杂性，然而，现有研究几乎均没有考虑研究电力电子装备限幅环节对系统稳定性的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法及系统，用于VSC的大扰动稳定性分析。
本发明采用以下技术方案：
一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，包括以下步骤：
S1、建立含锁相环的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型；
S2、根据步骤S1得到无穷大系统的数学模型确定无穷大系统的稳态方程，根据稳态方程求出无穷大系统参数的稳态值；
S3、基于VSC的受扰后动态的多时间尺度特性，考虑VSC控制到达限幅值，对步骤S1中的数学模型进行简化处理；
S4、根据步骤S2和步骤S3，推导出含锁相环的VSC并网系统大扰动稳定性的简化模型；
S5、依据步骤S4得到的简化模型确定含锁相环的VSC并网系统的稳定平衡点和不稳定平衡点，采用等面积定则，推导出并网VSC系统大扰动稳定的判据，当故障切除角小于等于极限切除角时，含锁相环的并网VSC系统保持稳定。
具体的，步骤S1中，含锁相环的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型具体为：
其中，ω和ωs分别为锁相环角速度和同步转速，δ为d-q坐标系d轴超前与x-y坐标系x轴的角度，Rc和Lc分别是相电抗器的电阻和电感；Rl和Ll分别是输电线路的电阻和电感；
和
分别为内环电流控制d轴和q轴的比例系数和积分系数，xd(0)、xq(0)为内环电流控制的状态量；
和
分别为流过相电抗器的d轴和q轴电流，
和
分别为对应的参考值；
分别为锁相环的比例系数和积分系数；
为PCC点电压的d轴和q轴分量，Us为无穷大系统的线电压有效值，
为无穷大母线处电压的d轴分量。
具体的，步骤S2中，系统的稳态方程为：
其中，
和
分别为流过相电抗器的d轴和q轴电流，
和
分别为对应的参考值，
为参考值的稳态值，xd(0)、xq(0)为内环电流控制状态量的稳态值，Rc为VSC的等效电阻，ω(0)为锁相环角速度的稳态值，ωs为同步转速，Us为无穷大系统的线电压有效值，Rl和Ll分别是输电线路的电阻和电感，Pref、Qref为VSC外环采用恒定功率控制的参考有功功率和参考无功功率，
为PCC点电压的d轴分量稳态值，
为流过相电抗器的d轴和q轴电流稳态值。
具体的，步骤S3中，简化处理具体为：
其中，
和
分别为流过相电抗器的d轴和q轴电流，
和
分别为对应的参考值，
为参考值的稳态值，
为d轴电流的限幅值，xd、xq为内环电流控制的状态量。
具体的，步骤S4中，大扰动稳定性的简化模型具体为：
其中，
为锁相环角速度和系统同步转速的差值，δ为d-q坐标系d轴超前与x-y坐标系x轴的角度，C3、C4为简化模型参数。
进一步的，C3和C4为：
其中，
分别为锁相环的比例系数和积分系数，Rl和Ll分别是输电线路的电阻和电感，
和
分别为对应的参考值，ωs为同步转速，Us为无穷大系统的线电压有效值。
具体的，步骤S5中，并网VSC大扰动稳定的判据如下：
其中，δ′为故障切除角，δcr为极限切除角的数值解。
进一步的，极限切除角的数值解δcr为：
其中，C3(0)、C4(0)为简化模型参数稳态值，C3(1)、C4(1)为故障时的简化模型参数，δ(0)为系统的稳定平衡点。
具体的，步骤S5中，含锁相环的VSC并网系统的稳定平衡点δ(0)和不稳定平衡点δUEP如下：
其中，C3(0)、C4(0)为简化模型参数稳态值，δ(0)为系统的稳定平衡点，δUEP为系统的不稳定平衡点。
本发明的另一技术方案是，一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的系统，包括：
系统模块，建立含锁相环的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型；
稳态模块，根据系统模块得到无穷大系统的数学模型确定无穷大系统参数的稳态值；
简化模块，基于VSC的受扰后动态的多时间尺度特性，考虑VSC控制到达限幅值，对系统模块中的数学模型进行简化处理；
推导模块，推导出含锁相环的VSC并网系统大扰动稳定性的简化模型；
判断模块，依据简化模型确定含锁相环的VSC并网系统的稳定平衡点和不稳定平衡点，采用等面积定则，推导出并网VSC系统大扰动稳定的判据，当故障切除角小于等于极限切除角时，含锁相环的并网VSC系统保持稳定。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，在依据VSC的内环电流控制和外环功率控制响应速度差异得到的简化二阶非线性模型的基础上，用代数方程表示了新能源发电功率调节的快动态，充分考虑了系统发生大扰动时VSC控制器参数到达限幅环节的影响。依据简化模型与传统同步机组模型的相似性，采用等面积法则得到了含锁相环的VSC并网系统大干扰稳定的判据；能定性地分析VSC控制器参数、线路参数、系统运行方式对稳定性的影响，揭示系统失稳机理；在已知VSC控制器参数、线路参数、系统运行方式的情况下，无需仿真，能通过简单的定量计算得到系统的稳定性边界。
进一步的，无论风能还是光伏发电，都是以换流器为联接的发电设备，可以统一用本发明步骤S1中含锁相环的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型描述。
进一步的，由于内环电流控制的输入量由外环功率控制决定，步骤S2中通过求解系统的稳态方程可以得到系统内环电流和锁相环状态量的稳态值，这是分析大扰动期间系统动态的基础。
进一步的，步骤S3依据不同控制环节响应速度的差异对模型进行了简化降阶，考虑到新能源发电功率调节的响应速度快，采用代数方程体现了大扰动期间VSC控制参数变化的影响。
进一步的，步骤S4中的大扰动稳定性简化模型为二阶非线性模型，清晰地表征了大扰动期间锁相环的动态过程，与同步机组模型具有相似的结构，是采用等面积法则进行分析的基础。
进一步的，以C3和C4表示大扰动简化模型的参数，进一步简化了模型的表达形式，将发生大扰动时VSC控制参数的变化转化为微分方程参数的变化，便于分析并得出稳定性判据。
进一步的，以极限故障切除角作为并网VSC大扰动稳定的判据，形式简洁，便于使用。
进一步的，δcr与VSC控制器参数、线路参数、系统运行方式有关，揭示了系统失稳机理，其求解过程求解只需要通过简单的定量计算，无需仿真。
进一步的，稳定平衡点δ(0)和不稳定平衡点δUEP是分析系统稳定性的基础，大扰动期间系统在δ(0)和δUEP之间振荡，一旦越过δUEP则将发生失稳，以此作为系统大扰动稳定的条件得到稳定性判据。
综上所述，本发明提出的并网VSC大扰动稳定判据理论严谨，简明直观，可用于系统稳定性的定性和定量分析，指导VSC控制器参数设计和系统运行方式制定。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为VSC经输电线路连接到无穷大系统的电路图；
图3为锁相环传递函数框图；
图4为故障下简化模型和详细模型系统的动态行为图，其中，(a)为不同切除角下的简化模型动态过程，(b)为不同切除角下的详细模型动态过程；
图5为大扰动期间系统的运行状态。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，首先建立含PLL的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型；然后得到系统的稳态方程并根据控制目标求出系统的平衡点；接着对系统数学模型做简化处理；将VSC控制参数发生到达限幅值情况下的内环电流控制和外环功率控制简化为代数方程式，保留描述PLL动态的微分方程式，得到忽略阻尼项的二阶非线性模型，最后根据等面积定则推导出并网VSC大扰动稳定的判据；用于VSC的大扰动稳定性分析。
请参阅图1，本发明一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，包括以下步骤：
S1、建立含锁相环(PLL)的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型；
图2中VSC经输电线路接入无穷大系统在d-q坐标系下的网络方程为：
内环电流控制为：
其中
将(3)代入(1)，得：
图3中PLL的模型为：
将(5)代入(2)，得：
VSC输出的有功功率和无功功率为：
无穷大系统的电压在d-q坐标下为：
其中，Us是无穷大系统的线电压有效值，d-q坐标系和x-y坐标系分别以角速度ω和ωs逆时针旋转，d轴领先于x轴δ度；无穷大系统是三相对称的电压源，其线电压有效值为Us；Rc和Lc分别是相电抗器的电阻和电感；Rl和Ll分别是输电线路的电阻和电感；
和
分别为内环电流控制d轴和q轴的比例系数和积分系数；
和
分别为流过相电抗器的d轴和q轴电流，
和
分别为对应的参考值。
微分方程(4)～(6)和代数方程(7)即为所研究系统的数学模型，也就是详细模型。
S2、得到系统的稳态方程，求出系统参数的稳态值；
由(4)～(8)可得：
结合(11)和(12)，得：
S3、基于VSC的受扰后动态的多时间尺度特性，考虑VSC控制到达限幅值，对步骤S1中的数学模型做简化处理；
由于大扰动期间VSC外环功率控制的输出迅速到达限幅值，大扰动稳定性分析时可以将VSC的外环功率输出(电流参考值)视为常数，第一处简化处理可由以下方程描述：
由于内环电流控制的动态远快于PLL，大扰动稳定性分析时可以将内环电流控制的快速状态变量降为稳态值，第二处简化处理可由以下方程描述：
S4、根据步骤S2和步骤S3，推导出研究系统大扰动稳定性的简化模型；
结合(15)，(7)简化为：
对(16)求导可得：
将(16)和(17)代入(6)得：
其中
忽略(18)中的阻尼项：
S5、推导出并网VSC大扰动稳定的判据。
系统正常运行时锁相环运行在以下曲线：
其中：
由此得到系统的稳定平衡点和不稳定平衡点如下：
其中，δ(0)为稳定平衡点，δUEP为不稳定平衡点。
由于新能源机组与电网通过并网换流系统基本实现了隔离，且在常规控制策略下采取最大功率跟踪控制，不对故障响应，此时原动机或光伏阵列的出力不变，因此电机侧换流器输出的有功保持恒定，忽略电源特性将电源视为恒功率源。
为了维持两侧换流器有功的平衡，电网侧换流器的d轴电流也应增大。在实际运行中，电网侧换流器存在一定的限流措施，通过的电流不允许无限增大，因此d轴电流将增大到其允许的最大值。无穷大母线处发生电压跌落，某一时刻母线电压跌落为bUs，其中，0＜b＜1，表示故障严重程度；时系统的线路参数保持不变，
切换至
同时维持原有的无功功率输出，即Qref、
不变。故障期间锁相环运行在：
其中：
大扰动期间系统的运行状态如图5所示，区域S+表示加速面积，区域S-表示减速面积。
根据等面积定则，扰动后系统能够稳定运行的条件是S+不能大于S-，数学上表示为：
可得到极限切除角的数值解δcr。
综上，并网VSC大扰动稳定的判据如下：
本发明再一个实施例中，提供一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的系统，该系统能够用于实现上述判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，具体的，该判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的系统包括系统模块、稳态模块、简化模块、推导模块以及判断模块。
其中，系统模块，建立含锁相环的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型；
稳态模块，根据系统模块得到无穷大系统的数学模型确定无穷大系统参数的稳态值；
简化模块，基于VSC的受扰后动态的多时间尺度特性，考虑VSC控制到达限幅值，对系统模块中的数学模型进行简化处理；
推导模块，推导出含锁相环的VSC并网系统大扰动稳定性的简化模型；
判断模块，依据简化模型确定含锁相环的VSC并网系统的稳定平衡点和不稳定平衡点，采用等面积定则，推导出并网VSC系统大扰动稳定的判据，当故障切除角小于等于极限切除角时，含锁相环的并网VSC系统保持稳定。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
简化模型和全阶模型的极限切除角如下表1所示：
表1
请参阅图4，描述了提出的系统简化模型和详细模型在故障下的动态行为。图4(a)描述了简化模型在故障切除角取1.81、2.33(理论计算下的极限切除角)和2.42时状态量δ在故障下随时间的变化情况，图4(b)描述了详细模型在故障切除角取1.81、2.22和2.32时状态量δ在故障下随时间的变化情况。可以清晰的看出，提出的模型故障极限切除角为2.33，详细模型的极限切除角在2.22和2.33之间，简化模型与详细模型之间误差小。
综上所述，本发明一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法及系统，理论严谨，简明直观，可用于系统稳定性的定性和定量分析，指导VSC控制器参数设计和系统运行方式制定。
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。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立含锁相环的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型；
S2、根据步骤S1得到无穷大系统的数学模型确定无穷大系统的稳态方程，根据稳态方程求出无穷大系统参数的稳态值；
S3、基于VSC的受扰后动态的多时间尺度特性，考虑VSC控制到达限幅值，对步骤S1中的数学模型进行简化处理；
S4、根据步骤S2的稳态值和步骤S3的简化处理推导出含锁相环的VSC并网系统大扰动稳定性的简化模型；
S5、依据步骤S4得到的简化模型确定含锁相环的VSC并网系统的稳定平衡点和不稳定平衡点，采用等面积定则，推导出并网VSC系统大扰动稳定的判据，当故障切除角小于等于极限切除角时，含锁相环的并网VSC系统保持稳定。
2.根据权利要求1所述的判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，步骤S1中，含锁相环的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型具体为：
其中，ω和ωs分别为锁相环角速度和同步转速，δ为d-q坐标系d轴超前与x-y坐标系x轴的角度，Rc和Lc分别是相电抗器的电阻和电感；Rl和Ll分别是输电线路的电阻和电感；
和
分别为内环电流控制d轴和q轴的比例系数和积分系数，xd(0)、xq(0)为内环电流控制的状态量；
和
分别为流过相电抗器的d轴和q轴电流，
和
分别为对应的参考值；
分别为锁相环的比例系数和积分系数；
为PCC点电压的d轴和q轴分量，Us为无穷大系统的线电压有效值，
为无穷大母线处电压的d轴分量。
3.根据权利要求1所述的判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，步骤S2中，系统的稳态方程为：
其中，
和
分别为流过相电抗器的d轴和q轴电流，
和
分别为对应的参考值，
为参考值的稳态值，xd(0)、xq(0)为内环电流控制状态量的稳态值，Rc为VSC的等效电阻，ω(0)为锁相环角速度的稳态值，ωs为同步转速，Us为无穷大系统的线电压有效值，Rl和Ll分别是输电线路的电阻和电感，Pref、Qref为VSC外环采用恒定功率控制的参考有功功率和参考无功功率，
为PCC点电压的d轴分量稳态值，
为流过相电抗器的d轴和q轴电流稳态值。
4.根据权利要求1所述的判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，步骤S3中，简化处理具体为：
其中，
和
分别为流过相电抗器的d轴和q轴电流，
和
分别为对应的参考值，
为参考值的稳态值，
为d轴电流的限幅值，xd、xq为内环电流控制的状态量。
5.根据权利要求1所述的判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，步骤S4中，大扰动稳定性的简化模型具体为：
其中，
为锁相环角速度和系统同步转速的差值，δ为d-q坐标系d轴超前与x-y坐标系x轴的角度，C3、C4为简化模型参数。
6.根据权利要求5所述的判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，C3和C4为：
其中，
分别为锁相环的比例系数和积分系数，Rl和Ll分别是输电线路的电阻和电感，
和
分别为对应的参考值，ωs为同步转速，Us为无穷大系统的线电压有效值。
7.根据权利要求1所述的判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，步骤S5中，并网VSC大扰动稳定的判据如下：
其中，δ′为故障切除角，δcr为极限切除角的数值解。
8.根据权利要求7所述的判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，极限切除角的数值解δcr为：
其中，C3(0)、C4(0)为简化模型参数稳态值，C3(1)、C4(1)为故障时的简化模型参数，δ(0)为系统的稳定平衡点。
9.根据权利要求1所述的判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的方法，其特征在于，步骤S5中，含锁相环的VSC并网系统的稳定平衡点δ(0)和不稳定平衡点δUEP如下：
其中，C3(0)、C4(0)为简化模型参数稳态值，δ(0)为系统的稳定平衡点，δUEP为系统的不稳定平衡点。
10.一种判断并网电压源型换流器大扰动稳定性的系统，其特征在于，包括：
系统模块，建立含锁相环的VSC经输电线路接入无穷大系统的数学模型；
稳态模块，根据系统模块得到无穷大系统的数学模型确定无穷大系统参数的稳态值；
简化模块，基于VSC的受扰后动态的多时间尺度特性，考虑VSC控制到达限幅值，对系统模块中的数学模型进行简化处理；
推导模块，推导出含锁相环的VSC并网系统大扰动稳定性的简化模型；
判断模块，依据简化模型确定含锁相环的VSC并网系统的稳定平衡点和不稳定平衡点，采用等面积定则，推导出并网VSC系统大扰动稳定的判据，当故障切除角小于等于极限切除角时，含锁相环的并网VSC系统保持稳定。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114709873A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-05 | 浙江华云电力工程设计咨询有限公司 | 一种带锁相环并网电压源型换流器小干扰稳定性判别方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108258698A (zh) * | 2016-12-29 | 2018-07-06 | 全球能源互联网研究院 | 一种提高vsc连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统 |
| CN108718094A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-10-30 | 新疆大学 | 一种提高大型光伏系统低电压穿越性能的方法 |
| CN109327043A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-12 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法及系统 |
| CN111082441A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-04-28 | 清华大学 | 一种考虑限幅非线性的变流器大信号阻抗计算方法 |
| US10985558B1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-04-20 | North China Electric Power University | Structural similarity based pilot protection method and system for renewable power transmission line |
| CN112952864A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-06-11 | 华北电力大学 | 一种基于描述函数的vsc单边限幅参与的次同步振荡分析方法 |
| CN113612254A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-05 | 武汉大学 | 并网逆变器暂态稳定性分析方法及相关设备 |
-
2021
- 2021-11-19 CN CN202111402014.2A patent/CN114069705B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108258698A (zh) * | 2016-12-29 | 2018-07-06 | 全球能源互联网研究院 | 一种提高vsc连接交流弱电网稳定性的双闭环阻尼控制系统 |
| CN108718094A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-10-30 | 新疆大学 | 一种提高大型光伏系统低电压穿越性能的方法 |
| CN109327043A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-12 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种电压源型换流器并网系统内环控制解析传递函数建模方法及系统 |
| CN111082441A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-04-28 | 清华大学 | 一种考虑限幅非线性的变流器大信号阻抗计算方法 |
| US10985558B1 (en) * | 2020-08-24 | 2021-04-20 | North China Electric Power University | Structural similarity based pilot protection method and system for renewable power transmission line |
| CN112952864A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-06-11 | 华北电力大学 | 一种基于描述函数的vsc单边限幅参与的次同步振荡分析方法 |
| CN113612254A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-05 | 武汉大学 | 并网逆变器暂态稳定性分析方法及相关设备 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 彭宇;黄萌;查晓明;CHI K.TSE;: "三相电压源型换流器故障耐受能力分析与评估", 电力系统自动化, no. 18, 25 September 2016 (2016-09-25) * |
| 陈迅;郭敬梅;曾德辉;张健;黄辉;: "考虑直流侧响应的VSC-MTDC系统协调控制", 电力自动化设备, no. 12, 7 December 2018 (2018-12-07) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114709873A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-05 | 浙江华云电力工程设计咨询有限公司 | 一种带锁相环并网电压源型换流器小干扰稳定性判别方法 |
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