构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法及产品与流程

本发明涉及电力系统稳定性评估领域，具体涉及构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法及产品。

背景技术：

1、近年来，风能和光能等大量新能源通过电压源变换器(vsc)接入电网，以满足日益增长的电能需求，并应对环境污染问题。为了应对缺乏惯性和电压支持能力带来的挑战，人们提出了具有电网形成(gfm)控制功能的变流器。构网型逆变器通过计算公共耦合点的输出功率，并利用功率差实现自同步。构网型逆变器可以等同于受控电压源，且可主动为电力系统提供电压和频率支持、能够实现并网与离网模式间的平滑切换。

2、目前，构网型逆变器在电网扰动下的稳定性问题受到的关注日益增长，这些工作大都集中在研究构网型逆变器的小信号稳定或单台构网型逆变器受到线路故障、电压跌落等大扰动的暂态稳定性上。现有研究很少涉及多台构网型逆变器组成的多机系统暂态稳定性，而暂态同步失稳发生将引起过流、脱机等问题。

3、随着可再生能源的大量发展，研究在并网模式下多台构网型逆变器并联系统所存在的暂态失稳问题十分必要。建立多台新能源并网逆变器并联系统的大信号模型可定量刻画故障期间逆变器动态行为，揭示暂态同步失稳机理并进一步优化系统的设计和运行，暂态同步稳定判断方法的研究和应用对于系统故障期间保持安全运行具有重要意义。

4、因此，有必要对新能源并网逆变器多台并联系统暂态同步稳定判断方法进行分析。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是多台构网型逆变器并联运行时在电网故障或扰动情况下的暂态同步失稳问题，目的在于提供一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法及产品，实现了在复杂电网环境中对系统同步稳定性的实时评估和故障期间的有效控制，确保系统的安全稳定运行。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，包括：

4、基于逆变器输出端口特性，构建并网模式下构网型逆变器并联系统的简化电路模型；

5、基于控制策略，确定单台构网型逆变器的控制模型；

6、列写并网模式下构网型逆变器并联系统的简化电路模型中各支路电流方程与耦合母线电压方程，并获得各台逆变器输出有功功率模型；

7、结合逆变器输出有功功率模型和单台构网型逆变器的控制模型，建立多台构网型逆变器并联系统在故障中的逆变器虚拟功角动态非线性数学方程；

8、绘制三维功率-虚拟功角曲面，再确定两台构网型逆变器的功率平衡点；

9、通过求解系统暂态同步稳定判断方程，判断系统是否发生暂态同步失稳，并根据判断结果确定各台构网型逆变器的具体失稳情况。

10、具体地，构建的并网模式下构网型逆变器并联系统的简化电路模型为：

11、两台构网型逆变器分别连接滤波电感与滤波电容，其中一台构网型逆变器的输出电流i1经过线路导纳y1连接至耦合母线，另一台构网型逆变器的输出电流i2经过线路导纳y2连接至耦合母线；

12、线路导纳y1与耦合母线的并网点为pcc1，线路导纳y2与耦合母线的并网点为pcc2；

13、耦合母线上的支路电流i3汇聚后经过线路导纳y3输出至主电网。

14、具体地，两台构网型逆变器的有功控制环节均采用功率同步控制策略，单台构网型逆变器的控制模型为：θi＝∫(wg+ki(pref,i-pi))dt，其中，θi为第i台构网型逆变器的输出电压相位角，wg为额定角频率，ki为第i台构网型逆变器的功率同步系数，pref,i为第i台构网型逆变器的参考有功功率，pi为第i台构网型逆变器的输出有功功率，i＝1,2，∫(·)dt为对时间的积分；

15、具体地，基于基尔霍夫定理列写三条支路电流方程其中，vo1为第1台构网型逆变器的输出电压矢量，vo2为第2台构网型逆变器的输出电压矢量，yj为第j个线路导纳，j＝1,2,3，e为电网电压矢量，vbus为耦合母线电压，

16、在纯电感的线路下可以对公式进行简化，获得两台构网型逆变器的输出有功功率模型其中，e0为电网侧电压幅值，δ1为第1台构网型逆变器的虚拟功角，δ2为第2台构网型逆变器的虚拟功角。

17、具体地，基于有功功率模型和控制模型建立虚拟功角动态非线性数学方程：为δ1的一阶导数，为δ2的一阶导数。

18、可选地，三维功率-虚拟功角曲面为基于输出有功功率模型和虚拟功角动态非线性数学方程绘制的p-δ曲面，三维功率-虚拟功角曲面的z轴为有功功率，x轴为虚拟功角δ1，y轴为虚拟功角δ2。

19、具体地，两台构网型逆变器的功率平衡点的确定方法包括：

20、获得第1台构网型逆变器的参考有功功率与三维功率-虚拟功角曲面相交生成的第一等值线；

21、获得第2台构网型逆变器的参考有功功率与三维功率-虚拟功角曲面相交生成的第二等值线；

22、将第一等值线和第二等值线至于同一二维坐标系内，二维坐标系的x轴为虚拟功角δ1，y轴为虚拟功角δ2；

23、识别第一等值线和第二等值线的交点，交点位置为功率平衡点。

24、可选地，系统暂态同步稳定判断方程为：

25、若判断方程存在可行解，则判定为系统暂态同步稳定；若无可行解，则判定为系统发生暂态同步失稳。

26、具体地，若判断构网型逆变器在故障中发生暂态同步失稳，则判断失稳情况：

27、若三维功率-虚拟功角曲面与参考有功功率无交点，判断为该台构网型逆变器与系统失去同步；

28、若在二维坐标系δ1-δ2中，第一等值线与第二等值线无交点，判断为系统发生暂态同步失稳。

29、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如上所述的构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法。

30、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

31、本发明首先构建了多台逆变器并联运行时的简化电路模型，并基于控制策略，确定了单台逆变器的控制模型；然后，通过基尔霍夫定理列写支路电流方程和耦合母线电压方程，得到各台逆变器的输出有功功率模型；接着，建立了逆变器的虚拟功角动态非线性数学方程，并绘制了三维功率-虚拟功角曲面，并通过分析该曲面确定系统的功率平衡点；最后，通过求解暂态同步稳定判断方程，确定系统是否发生暂态同步失稳，并进一步判断各台逆变器的具体失稳情况。

32、本发明针对并网模式下多台构网型逆变器并联系统在故障过程中提出的暂态同步稳定判断方法，填补了多台逆变器并联系统在暂态同步稳定研究领域的空白，基于建立的功角动态数学模型，可以定量分析并网模式下多台构网型逆变器并联系统在故障的暂态过程中所具备的同步稳定特性。

1.一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，构建的并网模式下构网型逆变器并联系统的简化电路模型为：

3.根据权利要求2所述的一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，两台构网型逆变器的有功控制环节均采用功率同步控制策略，单台构网型逆变器的控制模型为：θi＝∫(wg+ki(pref,i-pi))dt，其中，θi为第i台构网型逆变器的输出电压相位角，wg为额定角频率，ki为第i台构网型逆变器的功率同步系数，pref,i为第i台构网型逆变器的参考有功功率，pi为第i台构网型逆变器的输出有功功率，i＝1,2，∫(·)dt为对时间的积分。

4.根据权利要求3所述的一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，基于基尔霍夫定理列写三条支路电流方程其中，vo1为第1台构网型逆变器的输出电压矢量，vo2为第2台构网型逆变器的输出电压矢量，yj为第j个线路导纳，j＝1,2,3，e为电网电压矢量，vbus为耦合母线电压，

5.根据权利要求4所述的一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，基于有功功率模型和控制模型建立虚拟功角动态非线性数学方程：为δ1的一阶导数，为δ2的一阶导数。

6.根据权利要求4所述的一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，三维功率-虚拟功角曲面为基于输出有功功率模型和虚拟功角动态非线性数学方程绘制的p-δ曲面，三维功率-虚拟功角曲面的z轴为有功功率，x轴为虚拟功角δ1，y轴为虚拟功角δ2。

7.根据权利要求6所述的一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，两台构网型逆变器的功率平衡点的确定方法包括：

8.根据权利要求7所述的一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，系统暂态同步稳定判断方程为：

9.根据权利要求8所述的一种构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法，其特征在于，若判断构网型逆变器在故障中发生暂态同步失稳，则判断失稳情况：

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现如权利要求1-9中任意一项所述的构网型逆变器并联系统的暂态同步稳定判断方法。