本发明涉及一种新能源并网逆变器暂态稳定裕度评估方法,适用于交流电网对称短路故障下的新能源并网逆变器,该方法可量化评估交流电网对称短路故障下新能源并网逆变器在不同故障阶段的暂态同步稳定性。
背景技术:
随着风能、光伏等新能源发电装机容量的迅速增长,新能源的渗透率水平不断提高,但新能源往往与负荷呈现严重的逆向分布特点,大规模新能源发电基地通常位于偏远地区,短路容量较小。当交流电网发生严重短路故障时,新能源并网逆变器极有可能出现暂态失稳现象,甚至会造成大规模新能源基地脱网,严重影响电网的安全稳定运行。因此,提出一种可量化评估新能源并网逆变器在电网短路故障期间的暂态稳定裕度是目前新能源发电技术发展的关键问题。目前国内外学者已开展了相关一系列研究,如已公开的下列文献:
[1]张琛,蔡旭,李征.全功率变换风电机组的暂态稳定性分析[j].中国电机工程学报,2017,37(14):4018-4026。
[2]jinxinpei,junyao,ruikuoliu,etal.characteristicanalysisandriskassessmentforvoltage-frequencycoupledtransientinstabilityoflarge-scalegrid-connectedrenewableenergyplantsduringlvrt[j].ieeetransactionsonindustrialelectronics,2020,67(07):5515-5530。
文献[1]利用等面积准则分析了电网强度、故障点端口特性以及锁相环带宽等因素对新能源并网逆变器暂态稳定裕度的影响,提出一种通过降低锁相环带宽来提高新能源并网逆变器暂态稳定裕度的方法,但该文献并没有对暂态稳定裕度进行量化。文献[2]利用向量图分析法从电压矢量幅频耦合的角度分析了电网电压跌落程度、风电并网系统的有功无功电流指令以及输电线路阻抗是影响风电并网系统暂态同步稳定的主要原因,提出了一种线路阻抗压降角裕度评估方法,定量评估系统的暂态稳定裕度,但该方法只针对故障持续阶段,难以评估故障全阶段的暂态同步稳定性。实际上,新能源并网逆变器在整个故障过程的暂态响应可以划分为不同的阶段,需要对每个阶段的暂态稳定裕度进行量化评估。
技术实现要素:
针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于提出一种适用于新能源并网逆变器在不同故障阶段的暂态稳定裕度评估方法,本方法能够判断新能源并网逆变器在不同故障阶段是否会发生暂态失稳,并定量计算新能源并网逆变器的暂态稳定裕度值。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种新能源并网逆变器暂态稳定裕度评估方法,用于判断新能源并网逆变器在不同故障阶段的暂态稳定性,其特征在于:具体步骤如下:
a1)新能源并网逆变器采用发电机惯例,利用电网电压d轴定向方式将采集到的并网点三相电压信号ut从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系,得到两相直流量utd、utq;
a2)将utq作为锁相环的输入信号,按照下式计算锁相环输出角频率ωpll:
ωpll=kpputq+kip∫utqdt+ωg
其中,kpp和kip分别为锁相环的比例系数和积分系数,ωg是电网角频率额定值;
a3)在步骤a2)的基础上,按照下式量化新能源并网逆变器从正常运行阶段切换至故障持续阶段的暂态稳定裕度:
其中,sacc1、sdec1和
a4)根据步骤a3),按照下式计算新能源并网逆变器的等效极限切除角
a5)根据步骤a4)得到的
a6)按照下式作为新能源并网逆变器从正常运行阶段切换至故障持续阶段的暂态稳定判据:
其中,tdelay为实际的故障检测延时,若tdelay不满足上述稳定判据时,新能源并网逆变器将发生暂态失稳现象;
a7)新能源并网逆变器在满足步骤a6)所得稳定判据的基础上,则按照下式计算新能源并网逆变器在故障持续阶段的暂态稳定裕度:
其中,sacc2、sdec2和
a8)按照下式作为新能源并网逆变器在故障持续阶段的暂态稳定判据:
当新能源并网逆变器满足上述稳定判据,则可在故障持续阶段顺利达到并稳定运行在低电压穿越控制模式;
a9)故障清除后,可按照下式量化新能源并网逆变器从故障持续阶段切换至故障恢复阶段的暂态稳定裕度:
其中,sacc3_4、sdec4和
a10)按照下式作为新能源并网逆变器从故障持续阶段切换至故障恢复阶段的暂态稳定判据:
当新能源并网逆变器满足上述稳定判据,则可以在故障清除后顺利恢复至稳定运行状态。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明能够根据电网故障程度、新能源并网逆变器的控制特性和运行工况以及输电线路阻抗,量化计算新能源并网逆变器的暂态稳定裕度值,可用于新能源并网逆变器在不同故障阶段的暂态失稳判据及暂态稳定裕度评估,为新能源并网逆变器的规模化发展提供了指导性的建议。
附图说明
图1为新能源并网逆变器的故障阶段划分示意图。
图2为典型锁相环控制结构示意图。
图3的工况1和工况2分别给出了故障检测延时为5ms和10ms时,新能源并网逆变器的时域仿真结果。
图4的工况3和工况4分别给出了电流指令
图5的工况5和工况6分别给出了功率指令
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方案做详细描述。
图1为新能源并网逆变器的故障阶段划分示意图。图2为典型锁相环控制结构示意图。
本发明的具体实施步骤如下:
a1)新能源并网逆变器采用发电机惯例,利用电网电压d轴定向方式将采集到的并网点三相电压信号ut从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系,得到两相直流量utd、utq;
a2)将utq作为锁相环的输入信号,按照下式计算锁相环输出角频率ωpll:
ωpll=kpputq+kip∫utqdt+ωg
其中,kpp和kip分别为锁相环的比例系数和积分系数,ωg是电网角频率额定值;
a3)在步骤a2)的基础上,按照下式量化新能源并网逆变器从正常运行阶段切换至故障持续阶段的暂态稳定裕度:
其中,sacc1、sdec1和
a4)根据步骤a3),按照下式计算新能源并网逆变器的等效极限切除角
a5)根据步骤a4)得到的
a6)按照下式作为新能源并网逆变器从正常运行阶段切换至故障持续阶段的暂态稳定判据:
其中,tdelay为实际的故障检测延时;若tdelay不满足上述稳定判据,新能源并网逆变器将发生暂态失稳现象;
a7)新能源并网逆变器在满足步骤a6)所得稳定判据的基础上,则按照下式计算新能源并网逆变器在故障持续阶段的暂态稳定裕度:
其中,sacc2、sdec2和
a8)按照下式作为新能源并网逆变器在故障持续阶段的暂态稳定判据:
当新能源并网逆变器满足上述稳定判据,则可在故障持续阶段顺利达到并稳定运行在低电压穿越控制模式;
a9)故障清除后,可按照下式量化新能源并网逆变器从故障持续阶段切换至故障恢复阶段的暂态稳定裕度:
其中,sacc3_4、sdec4和
a10)按照下式作为新能源并网逆变器从故障持续阶段切换至故障恢复阶段的暂态稳定判据:
当新能源并网逆变器满足上述稳定判据,则可以在故障清除后顺利恢复至稳定运行状态。
本发明效果说明:
图3的工况1和工况2分别给出了故障检测延时为5ms和10ms时,新能源并网逆变器的时域仿真结果。当电网电压水平跌落至0.3p.u.,计算得到
图4给出了电流指令分别为
图5给出了功率指令分别为
本发明提出的一种适用于新能源并网逆变器在不同故障阶段的暂态稳定裕度评估方法,该方法能够根据电网电压跌落程度、控制器延时、新能源并网逆变器的变流器容量限制、新能源并网逆变器在故障持续阶段的有功和无功电流指令、新能源并网逆变器在故障恢复阶段的功率指令、锁相环参数以及输电线路阻抗,判断新能源并网逆变器在不同故障阶段是否会发生暂态失稳,并定量计算新能源并网逆变器的暂态稳定裕度值,为新能源并网逆变器的暂态同步稳定性提供量化评估依据。
最后需要说明的是,本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。