本發(fā)明涉及新能源電力系統(tǒng)，特別涉及一種構(gòu)網(wǎng)型變流器參數(shù)模擬分析方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)光伏、風(fēng)電等新能源場(chǎng)站裝機(jī)容量日益提升，我國(guó)逐漸向高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的“雙高”電力系統(tǒng)過(guò)渡。但是由于新能源并網(wǎng)存在缺乏頻率和慣性支撐的問(wèn)題，新能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的振蕩現(xiàn)象甚至失穩(wěn)。目前采用模擬同步機(jī)運(yùn)行特性的gfm變流器技術(shù)，由于其能夠提升系統(tǒng)阻尼水平，改善系統(tǒng)慣量方面具有巨大的潛力，從而成為業(yè)內(nèi)廣泛研究的對(duì)象。

2、目前針對(duì)新能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析方法主要有數(shù)值仿真法、模態(tài)分析法、阻抗分析法以及阻尼轉(zhuǎn)矩分析法。數(shù)值分析法應(yīng)用范圍廣、普適性強(qiáng)，但對(duì)計(jì)算機(jī)算力要求高，且缺乏分析內(nèi)部動(dòng)態(tài)過(guò)程的能力。模態(tài)分析法也稱特征值分析法，能夠基本判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定情況，但對(duì)于單個(gè)振蕩模式無(wú)法分析其內(nèi)在機(jī)理。阻抗分析法只能歸納穩(wěn)定性變化規(guī)律等現(xiàn)象，難以揭示系統(tǒng)失穩(wěn)的內(nèi)在物理成因。因此，阻尼轉(zhuǎn)矩分析結(jié)合狀態(tài)空間方程以及特征值法分析新能源并網(wǎng)后低頻振蕩的問(wèn)題。目前的研究中對(duì)于變流器控制參數(shù)的研究主要以阻抗分析法和模態(tài)分析法為主。

3、因此，如何提供一種構(gòu)網(wǎng)型變流器參數(shù)模擬分析方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，是目前亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種構(gòu)網(wǎng)型變流器參數(shù)模擬分析方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題。

2、為了對(duì)披露的實(shí)施例的一些方面有一個(gè)基本的理解，下面給出了簡(jiǎn)單的概括。該概括部分不是泛泛評(píng)述，也不是要確定關(guān)鍵/重要組成元素或描繪這些實(shí)施例的保護(hù)范圍。其唯一目的是用簡(jiǎn)單的形式呈現(xiàn)一些概念，以此作為后面的詳細(xì)說(shuō)明的序言。

3、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供了一種構(gòu)網(wǎng)型變流器參數(shù)模擬分析方法。

4、在一個(gè)實(shí)施例中，所述構(gòu)網(wǎng)型變流器參數(shù)模擬分析方法，包括：

5、基于阻尼轉(zhuǎn)矩理論，建立構(gòu)網(wǎng)型變流器的等效傳遞函數(shù)與阻尼轉(zhuǎn)矩模型，并通過(guò)特征方程的生成與轉(zhuǎn)換，定義阻尼轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩；

6、基于構(gòu)網(wǎng)型變流器的動(dòng)態(tài)方程，建立變流器電壓-電流關(guān)系式，并通過(guò)對(duì)關(guān)系式的線性化處理，推導(dǎo)含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器的阻尼轉(zhuǎn)矩；

7、仿真含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器阻尼特性，通過(guò)分析不同外環(huán)帶寬下的阻尼轉(zhuǎn)矩，評(píng)估外環(huán)控制參數(shù)對(duì)阻尼轉(zhuǎn)矩的影響程度。

8、在一個(gè)實(shí)施例中，所述基于阻尼轉(zhuǎn)矩理論，建立構(gòu)網(wǎng)型變流器的等效傳遞函數(shù)與阻尼轉(zhuǎn)矩模型，并通過(guò)特征方程的生成與轉(zhuǎn)換，定義阻尼轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩包括：

9、獲取六階同步機(jī)模型的原始傳遞函數(shù)，保留電磁功率與功角變化量，以轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程傳遞函數(shù)作為前向傳遞函數(shù)，其余部分作為反饋傳遞函數(shù)，轉(zhuǎn)換得到構(gòu)網(wǎng)型變流器的等效傳遞函數(shù)，并生成構(gòu)網(wǎng)型變流器的特征方程；

10、將所述前向傳遞函數(shù)代入特征方程，求解結(jié)果定義為特征根，并通過(guò)選取特定特征根輸入至反饋傳遞函數(shù)中，將特征方程轉(zhuǎn)換為近似特征方程；

11、基于近似特征方程的近似分析，將與速度偏移同相位的結(jié)果定義為阻尼轉(zhuǎn)矩，將與角度偏移同相位的結(jié)果定義為同步轉(zhuǎn)矩。

12、在一個(gè)實(shí)施例中，所述近似特征方程的公式為：

13、

14、式中，h為同步系數(shù)；d為阻尼系數(shù)；s為復(fù)頻域變量；hd(jω0)為反饋傳遞函數(shù)的虛部；j為虛數(shù)單位；ω0為系統(tǒng)額定角頻率。

15、在一個(gè)實(shí)施例中，所述基于構(gòu)網(wǎng)型變流器的動(dòng)態(tài)方程，建立變流器電壓-電流關(guān)系式，并通過(guò)對(duì)關(guān)系式的線性化處理，推導(dǎo)含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器的阻尼轉(zhuǎn)矩包括：

16、基于六階同步機(jī)模型，建立含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器的阻尼轉(zhuǎn)矩方程，并根據(jù)構(gòu)網(wǎng)型變流器的動(dòng)態(tài)方程，生成變流器電壓-電流關(guān)系式；

17、將變流器電壓-電流關(guān)系式在平衡點(diǎn)線性化，得到dq軸電流數(shù)組，并將并網(wǎng)點(diǎn)電壓進(jìn)行線性化處理，得到dq軸電壓數(shù)組；

18、將dq軸電流數(shù)組與dq軸電壓數(shù)組聯(lián)立后代入所述阻尼轉(zhuǎn)矩方程，通過(guò)方程的求解，推導(dǎo)得到構(gòu)網(wǎng)型變流器的dq軸阻抗。

19、在一個(gè)實(shí)施例中，所述變流器電壓-電流關(guān)系式的公式為：

20、

21、式中，ω0為系統(tǒng)額定角頻率；lf為濾波電感；cf為濾波電容；utd為并網(wǎng)點(diǎn)電壓的d軸分量；utq為并網(wǎng)點(diǎn)電壓的q軸分量；id為電流內(nèi)環(huán)d軸控制電流；iq為電流內(nèi)環(huán)q軸控制電流；ed為pwm控制d軸指令值；picc(s)為電流內(nèi)環(huán)pi控制環(huán)節(jié)；pivc(s)為電壓外環(huán)pi控制環(huán)節(jié)；fvf為電壓前饋濾波環(huán)節(jié)。

22、在一個(gè)實(shí)施例中，所述阻尼轉(zhuǎn)矩方程的公式為：

23、

24、式中，δtgfm為構(gòu)網(wǎng)型變流器的阻尼轉(zhuǎn)矩；δp為電磁功率；ut為電網(wǎng)電壓幅值；zgfmd(s)為構(gòu)網(wǎng)型變流器的d軸阻抗；zgfmq(s)為構(gòu)網(wǎng)型變流器的q軸阻抗；δδ為阻尼轉(zhuǎn)矩角度變化量；utd0為并網(wǎng)點(diǎn)電壓d軸的穩(wěn)態(tài)值；δud為電壓d軸分量的變化量；δuq為電壓q軸分量的變化量；δid為電流d軸分量的變化量；δiq為電流q軸分量的變化量。

25、在一個(gè)實(shí)施例中，所述仿真含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器阻尼特性，通過(guò)分析不同外環(huán)帶寬下的阻尼轉(zhuǎn)矩，評(píng)估外環(huán)控制參數(shù)對(duì)阻尼轉(zhuǎn)矩的影響程度包括：

26、利用仿真軟件仿真含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器阻尼特性，生成展示構(gòu)網(wǎng)型變流器阻尼特性的波特圖；

27、設(shè)定初始復(fù)頻域變量，輸入至阻尼轉(zhuǎn)矩模型的特征方程，通過(guò)調(diào)整外環(huán)帶寬，得到相應(yīng)的阻尼轉(zhuǎn)矩向量，并依次調(diào)整外環(huán)帶寬的數(shù)值，測(cè)量得到電網(wǎng)系統(tǒng)的矩陣主導(dǎo)特征值，根據(jù)矩陣主導(dǎo)特征值的數(shù)值變化趨勢(shì)，評(píng)估外環(huán)帶寬的數(shù)值變化對(duì)阻尼轉(zhuǎn)矩的影響程度。

28、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供了一種構(gòu)網(wǎng)型變流器參數(shù)模擬分析系統(tǒng)。

29、在一個(gè)實(shí)施例中，所述構(gòu)網(wǎng)型變流器參數(shù)模擬分析系統(tǒng)，包括：

30、理論建模模塊，用于基于阻尼轉(zhuǎn)矩理論，建立構(gòu)網(wǎng)型變流器的等效傳遞函數(shù)與阻尼轉(zhuǎn)矩模型，并通過(guò)特征方程的生成與轉(zhuǎn)換，定義阻尼轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩；

31、推導(dǎo)變換模塊，用于基于構(gòu)網(wǎng)型變流器的動(dòng)態(tài)方程，建立變流器電壓-電流關(guān)系式，并通過(guò)對(duì)關(guān)系式的線性化處理，推導(dǎo)含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器的阻尼轉(zhuǎn)矩；

32、仿真分析模塊，用于仿真含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器阻尼特性，通過(guò)分析不同外環(huán)帶寬下的阻尼轉(zhuǎn)矩，評(píng)估外環(huán)控制參數(shù)對(duì)阻尼轉(zhuǎn)矩的影響程度。

33、在一個(gè)實(shí)施例中，所述理論建模模塊包括：特征方程模塊、方程轉(zhuǎn)換模塊及轉(zhuǎn)矩定義模塊，其中，

34、所述特征方程模塊，用于獲取六階同步機(jī)模型的原始傳遞函數(shù)，保留電磁功率與功角變化量，以轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程傳遞函數(shù)作為前向傳遞函數(shù)，其余部分作為反饋傳遞函數(shù)，轉(zhuǎn)換得到構(gòu)網(wǎng)型變流器的等效傳遞函數(shù)，并生成構(gòu)網(wǎng)型變流器的特征方程；

35、所述方程轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述前向傳遞函數(shù)代入特征方程，求解結(jié)果定義為特征根，并通過(guò)選取特定特征根輸入至反饋傳遞函數(shù)中，將特征方程轉(zhuǎn)換為近似特征方程；

36、所述轉(zhuǎn)矩定義模塊，用于基于近似特征方程的近似分析，將與速度偏移同相位的結(jié)果定義為阻尼轉(zhuǎn)矩，將與角度偏移同相位的結(jié)果定義為同步轉(zhuǎn)矩。

37、在一個(gè)實(shí)施例中，所述近似特征方程的公式為：

38、

39、式中，h為同步系數(shù)；d為阻尼系數(shù)；s為復(fù)頻域變量；hd(jω0)為反饋傳遞函數(shù)的虛部；j為虛數(shù)單位；ω0為系統(tǒng)額定角頻率。

40、在一個(gè)實(shí)施例中，所述推導(dǎo)變換模塊包括：關(guān)系式模塊、線性化模塊及求解推導(dǎo)模塊，其中，

41、所述關(guān)系式模塊，用于基于六階同步機(jī)模型，建立含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器的阻尼轉(zhuǎn)矩方程，并根據(jù)構(gòu)網(wǎng)型變流器的動(dòng)態(tài)方程，生成變流器電壓-電流關(guān)系式；

42、所述線性化模塊，用于將變流器電壓-電流關(guān)系式在平衡點(diǎn)線性化，得到dq軸電流數(shù)組，并將并網(wǎng)點(diǎn)電壓進(jìn)行線性化處理，得到dq軸電壓數(shù)組；

43、所述求解推導(dǎo)模塊，用于將dq軸電流數(shù)組與dq軸電壓數(shù)組聯(lián)立后代入所述阻尼轉(zhuǎn)矩方程，通過(guò)方程的求解，推導(dǎo)得到構(gòu)網(wǎng)型變流器的dq軸阻抗。

44、在一個(gè)實(shí)施例中，所述變流器電壓-電流關(guān)系式的公式為：

45、

46、式中，ω0為系統(tǒng)額定角頻率；lf為濾波電感；cf為濾波電容；utd為并網(wǎng)點(diǎn)電壓的d軸分量；utq為并網(wǎng)點(diǎn)電壓的q軸分量；id為電流內(nèi)環(huán)d軸控制電流；iq為電流內(nèi)環(huán)q軸控制電流；ed為pwm控制d軸指令值；picc(s)為電流內(nèi)環(huán)pi控制環(huán)節(jié)；pivc(s)為電壓外環(huán)pi控制環(huán)節(jié)；fvf為電壓前饋濾波環(huán)節(jié)。

47、在一個(gè)實(shí)施例中，所述阻尼轉(zhuǎn)矩方程的公式為：

48、

49、式中，δtgfm為構(gòu)網(wǎng)型變流器的阻尼轉(zhuǎn)矩；δp為電磁功率；ut為電網(wǎng)電壓幅值；zgfmd(s)為構(gòu)網(wǎng)型變流器的d軸阻抗；zgfmq(s)為構(gòu)網(wǎng)型變流器的q軸阻抗；δδ為阻尼轉(zhuǎn)矩角度變化量；utd0為并網(wǎng)點(diǎn)電壓d軸的穩(wěn)態(tài)值；δud為電壓d軸分量的變化量；δuq為電壓q軸分量的變化量；δid為電流d軸分量的變化量；δiq為電流q軸分量的變化量。

50、在一個(gè)實(shí)施例中，所述仿真分析模塊包括：軟件仿真模塊與數(shù)值評(píng)估模塊，其中，

51、所述軟件仿真模塊，用于利用仿真軟件仿真含有完整控制環(huán)的構(gòu)網(wǎng)型變流器阻尼特性，生成展示構(gòu)網(wǎng)型變流器阻尼特性的波特圖；

52、所述數(shù)值評(píng)估模塊，用于設(shè)定初始復(fù)頻域變量，輸入至阻尼轉(zhuǎn)矩模型的特征方程，通過(guò)調(diào)整外環(huán)帶寬，得到相應(yīng)的阻尼轉(zhuǎn)矩向量，并依次調(diào)整外環(huán)帶寬的數(shù)值，測(cè)量得到電網(wǎng)系統(tǒng)的矩陣主導(dǎo)特征值，根據(jù)矩陣主導(dǎo)特征值的數(shù)值變化趨勢(shì)，評(píng)估外環(huán)帶寬的數(shù)值變化對(duì)阻尼轉(zhuǎn)矩的影響程度。

53、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第三方面，提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備。

54、在一些實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)設(shè)備包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

55、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第四方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

56、在一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

57、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：通過(guò)利用構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)，利用阻尼轉(zhuǎn)矩法對(duì)外環(huán)控制參數(shù)對(duì)構(gòu)網(wǎng)型變流器阻尼轉(zhuǎn)矩的影響進(jìn)行了建模和分析，基于阻尼轉(zhuǎn)矩理論提出構(gòu)網(wǎng)型外環(huán)控制參數(shù)優(yōu)化的阻尼轉(zhuǎn)矩模型，避免了對(duì)阻尼轉(zhuǎn)矩等值模型中復(fù)雜的反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，且提示了通過(guò)考察阻尼轉(zhuǎn)矩來(lái)判斷外環(huán)控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，為分析外環(huán)控制參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題提供了全新的思路。

58、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。