CN116169668A - 同步型变流器并联系统稳定性的分析方法、装置及设备 - Google Patents

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CN116169668A CN202211697904.5A CN202211697904A CN116169668A CN 116169668 A CN116169668 A CN 116169668A CN 202211697904 A CN202211697904 A CN 202211697904A CN 116169668 A CN116169668 A CN 116169668A
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胡平
赵辉
侯若松
董昕
贺春光
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State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明提供同步型变流器并联系统稳定性的分析方法、装置及设备，并联系统包括在同一并网点弱连接有多组并网单元，每个并网单元包括相连的等值电网与电压源变流器，该方法包括：获取所有并网单元受到扰动干扰时的电量参数，其中，电量参数包括受干扰点的电压、并网点至受干扰点处的等效电阻及电抗、电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量以及q轴分量；将电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点；若存在平衡点，则对平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零时，则系统保持稳定。本发明可以直接根据静态稳定判断模型及平衡点处的雅可比矩阵即可判断系统是否稳定。

Description

同步型变流器并联系统稳定性的分析方法、装置及设备
技术领域
本发明涉及电力系统监控技术领域，尤其涉及一种同步型变流器并联系统稳定性的分析方法、装置及设备。
背景技术
随着可再生能源入网比例的增加，及传统能源对环境的影响，电网中已不适合大量使用采用同步发电机的传统能源如煤炭、石油、天然气等的发电装置，而以风、光为代表的分布式能源通过电压变流器接入电网已逐渐占据重要的地位。
与同步发电机通过旋转质量与电网进行同步的方式不同，电压源变流器(VoltageSource Converter，VSC)并网控制常采用双闭环矢量控制技术，依靠锁相环进行同步。当系统发生故障时，锁相环(Phase-Locked loop，PLL)出现失稳的现象屡见不鲜，从而不能正常发挥作用甚至脱网，进而威胁到电网安全稳定运行。
当多台锁相环同步型弱连接电压源变流器接入电网时，如何分析与判断锁相环同步型变流器接入电网时的同步稳定状态，成为目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种同步型变流器并联系统稳定性的分析方法、装置及设备，以解决当多台锁相环同步型弱连接电压源变流器接入电网时，无法判断系统是否稳定的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种同步型变流器并联系统稳定性的分析方法，并网系统包括在同一并网点弱连接有多组并网单元，每个并网单元包括相连的等值电网与电压源变流器，电压源变流器包括电路主回路模块和控制模块，控制模块包括锁相环、电流内环及变流器脉宽调制模块；分析方法包括：
获取所有并网单元受到扰动干扰时的电量参数，其中，电量参数包括受干扰点的电压、并网点至受干扰点处的等效电阻及电抗、电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量以及q轴分量；
将电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点；若存在平衡点，则对平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零时，则系统小扰动稳定。
在一种可能的实现方式中，静态稳定判断模型为：
Figure BDA0004022906190000021
其中，VF为受干扰点的电压，RF为并网点至受干扰点处的等效电阻，XF为并网点至受干扰点处的等效电抗，Iqi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的q轴分量，Idi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量。
在一种可能的实现方式中，若存在平衡点，则对平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，包括：
若存在平衡点，基于预先构建的并网系统的状态方程，对并网系统的状态方程进行求解，得到并网系统在平衡点的状态变量；
对并网系统的状态方程在平衡点处进行线性化处理，得到平衡点对应的雅可比矩阵。
在一种可能的实现方式中，并网系统的状态方程为：
Figure BDA0004022906190000022
其中，ai＝RFIqi-XFIdi，aj＝RFIqj-XFIdj，bj＝RFIqj+XFIdj，xi1为第i台电压源变流器的锁相环的相角θplli，xj1为第j台电压源变流器的锁相环的相角θpllj，xi2为并网点处电压的q轴分量的积分，VF为受干扰点的电压，RF为并网点至受干扰点处的等效电阻，XF为并网点至受干扰点处的等效电抗，Iqi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的q轴分量，Idi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量，kpi、kii分别为第i台锁相环的比例系数以及积分系数，n为电压源变流器的总数。
在一种可能的实现方式中，并网系统在平衡点的状态变量xe,1和xe,2分别为：
xe,1＝[π-A,0,π-A,0……π-A,0,π-A,0]；
xe,2＝[A,0,A,0……A,0,A,0]；
Figure BDA0004022906190000031
其中，-π≤A≤π。
在一种可能的实现方式中，平衡点对应的雅可比矩阵J(xe,i)为：
Figure BDA0004022906190000032
第二方面，本发明实施例提供了一种同步型变流器并联系统稳定性的分析装置，并网系统包括在同一并网点弱连接有多组并网单元，每个并网单元包括相连的等值电网与电压源变流器，电压源变流器包括电路主回路模块和控制模块，控制模块包括锁相环、电流内环及变流器脉宽调制模块；分析装置包括：
获取参数模块，用于获取所有并网单元受到扰动干扰时的电量参数，其中，电量参数包括受干扰点的电压、并网点至受干扰点处的等效电阻及电抗、电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量以及q轴分量；
分析状态模块，用于将电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点；若存在平衡点，则对平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零，则系统小扰动稳定。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
本发明实施例提供一种同步型变流器并联系统稳定性的分析方法、装置及设备，在对系统的稳定性进行分析之前，首先构建了一个并网系统，该并网系统包括在同一并网点弱连接的多组并网单元。首先，获取所有并网单元受到扰动干扰时的电量参数。然后，将电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点。若存在平衡点，则对平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零时，则该平衡点为小扰动稳定平衡点，系统小扰动稳定。从而对于多电压源变流器接入弱网时受到扰动干扰时，无需获取很多的电气及控制参数，也无需较复杂的计算过程，即可直接通过判断是否存在平衡点，及判断平衡点是否为小扰动稳定平衡点，即可确定系统是否稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的多锁相环同步型VSC弱连接(WG-MVSC)系统的结构模型示意图；
图2是本发明实施例提供的多锁相环同步型VSC弱连接(WG-MVSC)系统的电路结构示意图；
图3是本发明实施例提供的同步型变流器并联系统稳定性的分析方法的实现流程图；
图4是本发明实施例提供的稳态与暂态坐标系与Vt,VF的关系示意图；
图5是本发明实施例提供的WG-MVSC的数学模型示意图；
图6是本发明实施例提供的Case A工况下PLL相角θpll仿真变化图；
图7是本发明实施例提供的Case B工况下PLL相角θpll仿真变化图；
图8是本发明实施例提供的Case C工况下PLL相角θpll仿真变化图；
图9是本发明实施例提供的Case D工况下PLL相角θpll仿真变化图；
图10是本发明实施例提供的Case E工况下PLL相角θpll仿真变化图；
图11是本发明实施例提供的Case F工况下PLL相角θpll仿真变化图；
图12是本发明实施例提供的同步型变流器并联系统稳定性的分析装置的结构示意图；
图13是本发明实施例提供的电子设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
目前，虽然也有考虑平衡点是否存在的问题，分析得出在仅涉及锁相环动态框架下系统静态稳定时，电流注入的极限值，考虑了通过改变有功/无功电流注入比以提高系统静态稳定性的措施。但此方法无法适用于多锁相环同步型VSC弱连接(weak gridconnected Multi-VSC,WG-MVSC)系统以分析不同PLL间存在的动态交互作用。也有部分是忽略了PLL自身的动态对系统稳定性的影响。
在对平衡点是否小扰动稳定的问题，也有基于阻抗分析法，构建源侧输入阻抗与负载侧输出阻抗之比对应的传递函数，利用奈奎斯特稳定性判据分析考虑系统的小扰动稳定性，提出了提高稳定性的控制措施。但是，此分析过程需要的电气及控制参数多，计算过程复杂繁琐。
对于多台锁相环同步型弱连接电压源变流器接入电网时，由于不同PLL之间存在动态交互，难以判断故障后WG-MVSC系统的小扰动稳定状态，故在此基础上继续分析的PLL同步暂态稳定性分析将更为困难。因此，亟需一种简单有效的系统稳定性的分析方法。
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种同步型变流器并联系统稳定性的分析方法、装置及设备。下面首先对本发明实施例所提供的同步型变流器并联系统稳定性的分析方法进行介绍。
其中，并网系统包括在同一并网点弱连接有多组并网单元，每个并网单元包括相连的等值电网与电压源变流器，电压源变流器包括电路主回路模块和控制模块，控制模块包括锁相环、电流内环及变流器脉宽调制模块。
具体的，如图1所示，n台VSC经同一并网点接入无穷大电网，在线路上发生低压故障。以Vt、Vs、VF分别表示并网点电压、无穷大电网电压和故障点电压。每台VSC均经滤波接入交流电网，以Lf1、Lf2、…、Lfn和Cf1、Cf2、…、Cfn分别表示交流侧LC滤波电感和电容。It、Zs、ZF分别表示无穷大交流电源输入电流、无穷大交流电源等效内阻和并网点与故障点之间的等效阻抗。
以第i台VSC为例，如图1所示，接在同一并网点的电压Vt经由不同的PLL控制后，相角θplli与频率ωplli均会有所不同。“不同”指PLL控制参数(kp、ki)不同、给定电流参考值不同。传递变换流程中采用了两种参考轴：相角θplli与频率ωplli均处在无穷大电网电压频率对应的角频率ωs参考轴下。电流环的电流参考值Itdqrefi与注入电网电流Itdqi均处在dqi参考轴下。两种参考轴之间存在夹角θi。
在此需要说明的是，本发明中都是基于以下假设进行的：首先，忽略LC滤波器和交流网络的电磁暂态。然后，由于PLL带宽一般为数十赫兹，而电流内环带宽一般为数百赫兹，因此在暂态同步稳定性分析时间尺度下，常认为注入电网电流值Itdq等于其参考值Itdqref，即忽略电流内环控制。最后，在考虑系统发生大扰动后的同步暂态问题时，由于VSC无法承受过电流，一般会进入限流控制模式，因此可忽略功率外环控制。
基于上述假设，VSC的外特性表现为电流源，因此，可将图1中的系统结构等效为图2所示的电路结构，相对应的，建模时采用了n+1个参考坐标系。
第一、弱电网公共基准坐标系—DQ同步旋转坐标系，电网电压VF矢量方向定向D轴。第二、PLL1～n的参考坐标系—dq1～n旋转坐标系，Vt的锁相电压Vtplli定向di轴。
在DQ电网公共旋转坐标系下，并网点电压可表示为：
Figure BDA0004022906190000071
其中，VtD、VtQ和
Figure BDA0004022906190000081
分别是并网点电压和n台VSC注入的电流总和的D轴分量和Q轴分量。
参见图3，其示出了本发明实施例提供的同步型变流器并联系统稳定性的分析方法的实现流程图，详述如下：
步骤S310、获取所有并网单元受到扰动干扰时的电量参数。
其中，电量参数包括受干扰点的电压、并网点至受干扰点处的等效电阻及电抗、电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量以及q轴分量。
步骤S320、将电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点；若存在平衡点，则对平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅克比矩阵，当该雅克比矩阵的特征值的实部全都小于零时，则系统小扰动稳定。
在一些实施例中，需要首先判断系统是否静态稳定，即WG-MVSC系统中是否存在平衡点。
在此实施例中，静态稳定判断模型为：
Figure BDA0004022906190000082
其中，VF为受干扰点的电压，RF为并网点至受干扰点处的等效电阻，XF为并网点至受干扰点处的等效电抗，Iqi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的q轴分量，Idi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量。
以下，给出静态稳定判断模型的推导过程：
由PLL的工作原理可知，Vtq驱动PLL进行转速和相位的调节。从图4中可以直观看到处于稳态和暂态时，电网公共基准坐标系、n台PLL对应参考坐标系与Vt，VF的坐标关系。
两台不同的PLL之间由于控制参数不同存在动态，因此考虑相互之间存在交互。以第i台VSC为例，通过坐标旋转将并网点电压变换到dqi坐标系下得到Vtqi如下：
Figure BDA0004022906190000091
其中，i≠j,ai＝RsIqi-XsIdi，aj＝RsIqj-XsIdj，bj＝RsIqj+XsIdj。
θpll＝-∫(kpVtq+ki∫Vtqdt+ω0-ωs)dt；
对于无穷大系统而言，一般认为频率恒定，即ωs＝ω0，ω0为额定角频率，则将上式可以转化为
θpll＝-∫(kpVtq+ki∫Vtqdt)dt；
从而基于上述推导过程，可以得到考虑PLL相互之间动态的WG-MVSC系统的状态方程为：
Figure BDA0004022906190000092
其中，状态变量xi1、xi2指代θplli、∫Vtqidt。进而可以得到WG-MVSC系统的状态方程的数学模型示意图，如图5所示。
由图5可知，对于每一个PLL的输入，都由自分量与互分量组成。其中自分量包括电网同步项与自同步项，前者是随PLL输出而产生正弦变化的负反馈量，后者是随参考电流变化的正反馈量；互分量是由于n个PLL之间存在相角差而产生交互作用而引起的反馈量，又称耦合项。
其中，RF、XF在耦合项中起决定性作用。当无穷大电网为强网时，耦合项几乎不存在。而当无穷大电网为弱网时，耦合项则会随着RF、XF的增大而增大。
当PLL之间的动态不一致时，θplli与θpllj大小不同，耦合项不为0，此时WG-MVSC系统与WG-SVSC的稳定性问题分析就有所区别。而当所有PLL的PI控制参数一致时，各个θpll大小相同，耦合项将为零，PLL间相互独立，WG-MVSC系统与WG-SVSC系统的稳定性问题分析相同。
当系统存在平衡点时，则动态的WG-MVSC系统的状态方程的等式为0，即可得到该系统的平衡点的状态变量，xe,i＝[xe,i,1,xe,,i,2,…,xe,ii,n]。
若变压器阻抗Zti＝0，则n台VSC具有相同的同步点与并网点，因而系统最终稳定时必有xe,i,1＝θpll1＝xe,i,3＝θpll2＝…＝xe,i,2n-1＝θplln。
并网系统在平衡点的状态变量xe,1和xe,2分别为：
xe,1＝[π-A,0,π-A,0……π-A,0,π-A,0]；
xe,2＝[A,0,A,0……A,0,A,0]；
Figure BDA0004022906190000101
其中，-π≤A≤π。
状态变量xe,i,1指代θpll1、xe,i,,2指代∫Vtq1dt，xe,i,3指代θpll2、xe,i,4指代∫Vtq2dt，以此类推。
若变压器阻抗Zti≠0，则多台并联的VSC具有不同的同步点。由于假定Rti→0，在故障期间若存在Idi→0，则不同同步点的情况对本文分析的A几乎没有影响。以另一角度来阐述，在故障期间仅进行无功的传输支撑，并不依靠相角的变化以实现。因此，WG-SVSC系统PLL之间的相互作用并不会影响系统的静态稳定性。
在一些实施例中，若系统存在平衡点，则需要判断平衡点是否为小扰动稳定平衡点，若是小扰动稳定平衡点，则系统处于小扰动稳定。若不是小扰动稳定平衡点，则系统小扰动失稳。
在此实施例中，首先，基于预先构建的并网系统的状态方程，对并网系统的状态方程进行求解，得到并网系统在平衡点的状态变量。然后，对并网系统的状态方程在平衡点处进行线性化处理，得到平衡点对应的雅可比矩阵。
在此实施例中，需要说明的是假定n台VSC注入电流均为正值。
首先，对WG-MVSC系统的状态方程在平衡点处进行线性化处理，得到平衡点xe,1和xe,2对应的雅可比矩阵如下：
Figure BDA0004022906190000111
Figure BDA0004022906190000112
J(xe,2)的雅可比矩阵就不在写出。
由于J(xe,i)的雅可比矩阵较大，该雅可比矩阵中的第一行第一列的数据为：
Figure BDA0004022906190000121
其他就不一一列举。
然后，就可以根据J(xe,1)和J(xe,2)特征根的性质来判断相应特征根实部的正负性，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零时，则平衡点即为该系统的小扰动平衡点，系统保持稳定。
以下，将采用李亚普诺夫稳定性第一定理，证明本发明中的该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零时，则系统保持稳定。
求J(xe,1)的行列式和迹：
Figure BDA0004022906190000122
Figure BDA0004022906190000123
当n为奇数时：根据xe,1的特性可知，cos(xe,1,1)≤0，因而|J(xe,1)|≤0。由J(xe,1)特征值的性质可知，|J(xe,1)|等于J(xe,1)的2n个特征值的乘积，因而|J(xe,1)|≤0意味着J(xe,1)的2n个特征值必不满足实部尽皆小于零的条件，因而xe,1不是系统的小扰动平衡点。
当n为偶数时：假设
Figure BDA0004022906190000124
则|J(xe,1)|≤0。由J(xe,1)特征值的性质可知xe,1不是系统的小扰动平衡点。
若B≤0，由于b1、b2、bn>0，故而此时有
Figure BDA0004022906190000125
成立，有Tr(J(xe,1))≥0成立。由J(xe,1)特征值的性质可知，Tr(J(xe,1))等于J(xe,1)的四个特征值的和，因而Tr(J(xe,1))≥0意味着J(xe,1)的四个特征值必不满足实部尽皆小于零的条件，因而当B≤0时，xe,1也不是系统的小扰动平衡点。
综上所述，xe,1是系统的小扰动不稳定平衡点。
对于J(xe,1)，其各阶顺序主子式为：
Figure BDA0004022906190000131
根据xe,2的特性可知，当静态稳定判断模型不取等号时，-π/2<A<π/2，即cos(xe,2,1)>0，因而静态稳定判断模型中的Δ2k-1<0，Δ2k>0成立，即J(xe,2)的偶数阶顺序主子式大于零，奇数阶顺序主子式小于零。因此J(xe,2)是负定矩阵，其特征值的实部尽皆小于零，xe,2是系统的小扰动稳定平衡点。
当静态稳定判断模型取等号时，|J(xe,2)|＝0，即J(xe,2)的特征值中至少有一个等于零，此时xe,2是系统的临界小扰动稳定平衡点。
通过上述分析可知，只要系统存在平衡点，即静态稳定，即静态稳定判断模型成立，则xe,1不是WG-MVSC系统的SEP，xe,2是WG-MVSC系统的SEP。除此之外，WG-MVSC系统PLL之间的相互影响并不会影响故障后系统平衡点的性质。
从而即可验证本发明提供的同步型变流器并联系统稳定性的分析方法的有效性。
本发明提供的分析方法，在对系统的稳定性进行分析之前，首先构建了一个并网系统，该并网系统包括在同一并网点弱连接的多组并网单元。首先，获取所有并网单元受到扰动干扰时的电量参数。然后，将电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点。若存在平衡点，则对平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零时，则该平衡点为小扰动稳定平衡点，系统小扰动稳定。从而对于多电压源变流器接入弱网时受到扰动干扰时，无需获取很多的电气及控制参数，也无需较复杂的计算过程，即可直接通过判断是否存在平衡点，及判断平衡点是否为小扰动稳定平衡点，即可确定系统是否稳定。
本发明通过建立静态稳定判据与小扰动稳定分析判据之间的联系，构建了判断系统小稳定与否的判断方法。
为了进一步验证本发明提供的同步型变流器并联系统稳定性的分析方法的可靠性，以下通过基于PSCAD/EMTDC搭建了2台/4台VSC接入电网后发生扰动的详细开关模型进行了理论分析的验证(Case A～Case B)，并构建具体算例(Case C～Case F)研究系统各参数对系统稳定性的影响，仿真结果均以其中一台VSC的PLL相角变化为例。
其中，假定系统在故障前运行电压为0.3pu，为保证正常运行，2台VSC注入电流的d轴分量均为0.2pu，4台VSC注入电流的d轴分量均为0.1pu。除具体算例中用以验证而更改的参数外，其余参数与表1一致。4台VSC的具体电流与PLL控制参数如表2所示。
表1系统参数
参数 数值
系统的功率基准值 500MW
交流电压基准值 271.86kV
开关频率 10kHz
VSC1的滤波电感/电容 0.11728pu/0.04417pu
VSC2的滤波电感/电容 0.11728pu/0.04417pu
(故障前)VSC1注入电流Idref1/Iqref1 0.2pu/0pu
(故障前)VSC2注入电流Idref2/Iqref2 0.2pu/0pu
(故障后)VSC1注入电流Idref1/Iqref1 0pu/1pu
(故障后)VSC2注入电流Idref2/Iqref2 0pu/1pu
VSC1的锁相环比例积分系数kp1/ki1 10/50
VSC2的锁相环比例积分系数kp2/ki2 25/100
RF/XF 0.05pu/0.5pu
Zti(本文假定为Xti) 0.075pu
表2系统参数
Figure BDA0004022906190000141
/>
Figure BDA0004022906190000151
Case A:2台VSC接入的系统于4s时受到低压扰动故障，电压由0.3pu跌落至0.13pu。
Case B:4台VSC接入的系统于4s、15s时分别受到低压扰动故障，电压由0.3pu跌落至0.2pu、0.04pu。
Case C:4台VSC接入的系统于4s、10s时受到低压扰动故障，电压由0.3pu跌落至0.2pu、0.05pu，并网点至故障点的等效电阻RF于15s时从0.05pu升至0.07pu。
Case D:4台VSC接入的系统于4s、15s时受到低压扰动故障，电压由0.3pu跌落至0.2pu、0.1pu，VSC1、VSC2、VSC3、VSC4注入电流的q轴分量Iqref1、Iqref2、Iqref3、Iqref4于15s时由0pu、0pu、0pu、0pu升至0.15pu、0.5pu、0.2pu、0.15pu，d轴分量于4s正常注入表1中数据。
Case E:4台VSC接入的系统于4s、15s时受到低压扰动故障，电压由0.3pu跌落至0.2pu、0.1pu，VSC1、VSC2、VSC3、VSC4注入电流的d轴分量Idref1、Idref2、Idref3、Idref4于4s时由0.1pu、0.1pu、0.1pu、0.1pu变化至0.1pu、0.1pu、0pu、0pu，q轴分量于4s正常注入表1中数据。
Case F:在Case E的基础上，并网点至故障点的等效阻抗XF于30s时从0.5pu升至0.8pu。
如图6-11所示，分别为Case A～Case F的仿真结果图，以下对Case A～Case F的仿真结果图进行具体分析。
在Case A中，VF＝0.13pu满足静态稳定判断模型的静态稳定条件，系统稳定，图6的仿真结果与采用本发明提供的分析方法进行判断的结果一致。
在Case B中，VF由0.3pu跌至0.2pu时，满足静态稳定判断模型，系统处于稳定状态。待稳定后，再一次跌落至0.04pu即静态稳定条件成立极限值。但从仿真结果可以看出，此工况下系统失稳。由于仿真时会考虑静态稳定理论分析忽略的动态交互作用所带来的影响。满足静态稳定条件的临界值会保守地较0.04pu大。因此，图7仿真结果失稳，与本发明提供的分析方法进行判断的结果也不矛盾。
在Case C中，VF由0.3pu跌至0.2pu、0.05pu时，均满足静态稳定判断模型，系统处于稳定状态。待稳定后，RF于15s时从0.05pu升至0.13pu，不满足静态稳定条件，因此系统失稳，理论分析与图8仿真结果一致，进一步说明耦合项与RF有关，电网越弱，交互作用更强，稳定性更弱。
在Case D中，VF由0.3pu跌至0.2pu时，满足静态稳定判断模型的，系统处于稳定状态。待稳定后，15s时跌至0.1pu，Iqref1、Iqref2、Iqref3、Iqref4于15s时亦发生变化，但电压与电流的变化仍满足静态稳定条件，因此系统保持稳定，与图9仿真结果一致。
在Case E中，VF由0.3pu跌至0.2pu时，满足静态稳定判断模型，系统处于稳定状态。待稳定后，15s时跌至0.1pu，Idref1、Idref2、Idref3、Idref4亦发生变化，但电压与电流的变化仍满足静态稳定条件，因此系统保持稳定，与图10仿真结果一致。
在Case F中，在Case E的基础上，XF于30s时从0.5pu升至0.8pu，此时无法满足静态稳定判断模型，因此系统失稳，与图11仿真结果一致，进一步说明耦合项与XF有关，电网越弱，交互作用更强，稳定性更弱。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
基于上述实施例提供的同步型变流器并联系统稳定性的分析方法，相应地，本发明还提供了应用于该同步型变流器并联系统稳定性的分析方法的同步型变流器并联系统稳定性的分析装置的具体实现方式。请参见以下实施例。
如图12所示，提供了一种同步型变流器并联系统稳定性的分析装置1200，并网系统包括在同一并网点弱连接有多组并网单元，每个并网单元包括相连的等值电网与电压源变流器，电压源变流器包括电路主回路模块和控制模块，控制模块包括锁相环、电流内环及变流器脉宽调制模块；该装置包括：
获取参数模块，用于获取所有并网单元受到扰动干扰时的电量参数，其中，电量参数包括受干扰点的电压、并网点至受干扰点处的等效电阻及电抗、电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量以及q轴分量；
分析状态模块，用于将电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点；若存在平衡点，则对平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零，则系统保持稳定。
在一种可能的实现方式中，静态稳定判断模型为：
Figure BDA0004022906190000171
其中，VF为受干扰点的电压，RF为并网点至受干扰点处的等效电阻，XF为并网点至受干扰点处的等效电抗，Iqi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的q轴分量，Idi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量。
在一种可能的实现方式中，分析状态模块，用于若存在平衡点，基于预先构建的并网系统的状态方程，对并网系统的状态方程进行求解，得到并网系统在平衡点的状态变量；
对并网系统的状态方程在平衡点处进行线性化处理，得到平衡点对应的雅可比矩阵。
在一种可能的实现方式中，并网系统的状态方程为：
Figure BDA0004022906190000181
/>
其中，ai＝RFIqi-XFIdi，aj＝RFIqj-XFIdj，bj＝RFIqj+XFIdj，xi1为第i台电压源变流器的锁相环的相角θplli，xj1为第j台电压源变流器的锁相环的相角θpllj，xi2为并网点处电压的q轴分量的积分，VF为受干扰点的电压，RF为并网点至受干扰点处的等效电阻，XF为并网点至受干扰点处的等效电抗，Iqi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的q轴分量，Idi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量，kpi、kii分别为第i台锁相环的比例系数以及积分系数，n为电压源变流器的总数。
在一种可能的实现方式中，并网系统在平衡点的状态变量xe,1和xe,2分别为：
xe,1＝[π-A,0,π-A,0……π-A,0,π-A,0]；
xe,2＝[A,0,A,0……A,0,A,0]；
Figure BDA0004022906190000182
其中，-π≤A≤π。
在一种可能的实现方式中，平衡点对应的雅可比矩阵J(xe,i)为：
Figure BDA0004022906190000191
图13是本发明实施例提供的电子设备的示意图。如图13所示，该实施例的电子设备13包括：处理器130、存储器131以及存储在所述存储器131中并可在所述处理器130上运行的计算机程序132。所述处理器130执行所述计算机程序132时实现上述各个同步型变流器并联系统稳定性的分析方法实施例中的步骤，例如图3所示的步骤310至步骤320。或者，所述处理器130执行所述计算机程序132时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如图12所示模块1210至1220的功能。
示例性的，所述计算机程序132可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器131中，并由所述处理器130执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序132在所述电子设备13中的执行过程。例如，所述计算机程序132可以被分割成图12所示的模块1210至1220。
所述电子设备13可包括，但不仅限于，处理器130、存储器131。本领域技术人员可以理解，图13仅仅是电子设备13的示例，并不构成对电子设备13的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器130可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器131可以是所述电子设备13的内部存储单元，例如电子设备13的硬盘或内存。所述存储器131也可以是所述电子设备13的外部存储设备，例如所述电子设备13上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器131还可以既包括所述电子设备13的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器131用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器131还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个同步型变流器并联系统稳定性的分析方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同步型变流器并联系统稳定性的分析方法，其特征在于，所述并联系统包括在同一并网点弱连接有多组并网单元，每个并网单元包括相连的等值电网与电压源变流器，所述电压源变流器包括电路主回路模块和控制模块，所述控制模块包括锁相环、电流内环及变流器脉宽调制模块；所述分析方法包括：
获取所有所述并网单元受到扰动干扰时的电量参数，其中，所述电量参数包括受干扰点的电压、并网点至受干扰点处的等效电阻及电抗、所述电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量以及q轴分量；
将所述电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点；若存在平衡点，则对所述平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零时，则系统小扰动稳定。
2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述静态稳定判断模型为：
Figure FDA0004022906180000011
其中，VF为受干扰点的电压，RF为并网点至受干扰点处的等效电阻，XF为并网点至受干扰点处的等效电抗，Iqi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的q轴分量，Idi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量。
3.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述若存在平衡点，则对所述平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，包括：
若存在平衡点，基于预先构建的并网系统的状态方程，对所述并网系统的状态方程进行求解，得到所述并网系统在平衡点的状态变量；
对所述并网系统的状态方程在所述平衡点处进行线性化处理，得到所述平衡点对应的雅可比矩阵。
4.如权利要求3所述的分析方法，其特征在于，所述并网系统的状态方程为：
Figure FDA0004022906180000021
其中，ai＝RFIqi-XFIdi，aj＝RFIqj-XFIdj，bj＝RFIqj+XFIdj，xi1为第i台电压源变流器的锁相环的相角θplli，xj1为第j台电压源变流器的锁相环的相角θpllj，xi2为并网点处电压的q轴分量的积分，VF为受干扰点的电压，RF为并网点至受干扰点处的等效电阻，XF为并网点至受干扰点处的等效电抗，Iqi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的q轴分量，Idi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量，kpi、kii分别为第i台锁相环的比例系数以及积分系数，n为电压源变流器的总数。
5.如权利要求4所述的分析方法，其特征在于，所述并网系统在平衡点的状态变量xe,1和xe,2分别为：
xe,1＝[π-A,0,π-A,0……π-A,0,π-A,0]；
xe,2＝[A,0,A,0……A,0,A,0]；
Figure FDA0004022906180000022
其中，-π≤A≤π。
6.如权利要求5所述的分析方法，其特征在于，所述平衡点对应的雅可比矩阵J(xe,i)为：
Figure FDA0004022906180000031
7.一种同步型变流器并联系统稳定性的分析装置，其特征在于，所述并联系统包括在同一并网点弱连接有多组并网单元，每个并网单元包括相连的等值电网与电压源变流器，所述电压源变流器包括电路主回路模块和控制模块，所述控制模块包括锁相环、电流内环及变流器脉宽调制模块；所述分析装置包括：
获取参数模块，用于获取所有所述并网单元受到扰动干扰时的电量参数，其中，所述电量参数包括受干扰点的电压、并网点至受干扰点处的等效电阻及电抗、所述电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量以及q轴分量；
分析状态模块，用于将所述电量参数输入至预先构建的静态稳定判断模型中，确定是否存在平衡点；若存在平衡点，则对所述平衡点进行线性化处理得到该平衡点对应的雅可比矩阵，当该雅可比矩阵的特征值的实部全都小于零，则系统小扰动稳定。
8.如权利要求7所述的分析装置，其特征在于，所述静态稳定判断模型为：
Figure FDA0004022906180000032
其中，VF为受干扰点的电压，RF为并网点至受干扰点处的等效电阻，XF为并网点至受干扰点处的等效电抗，Iqi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的q轴分量，Idi为第i个电压源变流器注入到电网的电流的d轴分量。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用并运行所述存储器中存储的计算机程序，执行如权利要求1至6任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。
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