一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法与流程

本发明涉及新能源电力系统，具体涉及一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法。

背景技术：

1、随着构网型逆变器技术的成熟，在新建新能源场站中，跟网和构网逆变器混合并联成为常态。此系统中，跟网型变流器为受控电流源，构网型变流器为受控电压源，跟网型变流器采用锁相环实现同步，构网型变流器采用功率同步环实现同步，因此当电网电压暂降时，两类逆变器的同步特性交错，可能发生失稳现象，该失稳现象受到同步运行方式和控制模式的影响，是典型的非线性失稳现象，无法采用传统的线性系统理论分析。该现象的发生主要是由于系统内电网电压暂降后，两类逆变器送出功率的失衡，为此，需要明确暂降后，系统的最大功率边界，实现系统运行的优化设计。

技术实现思路

1、基于背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，可在电网电压暂降时，计算构网逆变器传输的功率极限。量化了不同电网电压深度下，功率极限与跟网逆变器输出电流间的对应关系。为新能源基地并网运行时，多逆变器多模式运行的功率给定和电流给定提供参考依据，为新能源基地调度运行和稳定优化提供理论支撑，提升系统稳定性。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明第一方面提供了一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，包括如下步骤：

4、步骤s1、将跟网逆变器与构网逆变器混合并联于主网形成混合并联系统，并定义所述混合并联系统的结构和参数；

5、步骤s2、对主网故障的主要特征进行分析得到暂态故障工况，基于所述暂态故障工况对所述混合并联系统进行暂态稳定极限量化；

6、步骤s3、采用粒子群算法对暂态稳定极限量化的混合并联系统进行迭代优化，得到混合并联系统暂态稳定的功率极限。

7、在上述技术方案中，将跟网逆变器与构网逆变器混合并联于主网形成混合并联系统，对主网故障的主要特征进行分析得到暂态故障工况，并基于暂态故障工况对混合并联系统进行暂态稳定极限量化，可以得到混合并联系统态运行的边界。并引入粒子群算法对混合并联系统进行迭代优化，通过建模和优化的过程，可以得到跟网逆变器与构网逆变器混合并联系统稳定的必要条件，从而明确了由于系统内电网电压暂降后，两类逆变器送出功率的失衡后混合并联系统的最大功率边界，实现系统运行的优化设计，克服了现有技术的缺陷。

8、在一种可选的实施例中，定义所述混合并联系统的结构和参数包括：

9、跟网逆变器的并网点为pcc1，该点经等效电感为l1的集电线路连接于汇流母线，集电线路对应的等效导纳为y1；

10、跟网逆变器的并网点为pcc2，该点经等效电感为l2的集电线路连接于汇流母线，集电线路对应的等效导纳为y2；

11、汇流母线电能经等效电感为l3的输电线路与主网连接，输电线路对应的等效导纳为y3；

12、定义主网电压为e∠0°，汇流母线电压为vc∠θc；

13、跟网逆变器的并网点pcc1的电压为v1∠δ1，输出的电流为输出有功功率和无功功率分别为p1和q1；

14、构网逆变器的并网点pcc2的电压为v2∠δ2，输出的电流为输出有功功率和无功功率分别为p2和q2。

15、在一种可选的实施例中，对主网故障的主要特征进行分析得到暂态故障工况包括：

16、只考虑对称短路故障，且主网故障仅仅影响电压e的幅值；

17、故障后主网电压e的幅值随之改变，但主网电压不存在负序分量。

18、在一种可选的实施例中，基于所述暂态故障工况对所述混合并联系统进行暂态稳定极限量化包括：

19、根据节点导纳矩阵的计算方法，构建节点导纳方程为：

20、

21、式中,ic为汇流母线c节点的注入电流，i3为电网节点注入电流；

22、根据混合并联系统的拓扑中，跟网逆变器输出电流即为汇流母线c节点的注入电流，得到：

23、

24、综合等式(1)和等式(2)得到：

25、

26、

27、在一种可选的实施例中，根据等式(5)计算得到锁相环坐标系下的pcc1电压q轴分量，锁相环坐标系下的pcc1电压q轴分量为：

28、

29、构网逆变器输出功率p2为：

30、

31、在一种可选的实施例中，锁相环坐标系下的pcc1电压q轴分量和构网逆变器输出功率p2在稳态运行工况下的约束为：

32、

33、

34、在一种可选的实施例中，采用粒子群算法对暂态稳定极限量化的混合并联系统进行迭代优化包括：

35、构建优化目标模型，对所述优化目标模型进行标准不等式约束，引入惩罚函数，将带约束的优化目标模型转换为不带约束的优化目标模型；

36、定义粒子群算法的参数，基于粒子群算法的参数确定粒子速度更新公式和粒子位置更新公式；

37、通过所述粒子速度更新公式和所述粒子位置更新公式持续更新粒子群的最优位置，得到最大输出功率以及对应的注入电流。

38、在一种可选的实施例中，构建优化目标模型，对所述优化目标模型进行标准不等式约束包括：

39、

40、其中，以δ1，δ2作为粒子群的自变量，二维粒子x为：

41、x＝[δ1δ2]t (24)

42、将等式(11)，修改为标准不等式约束形式下的最优化问题：

43、

44、式中，ε为一个可以接受的误差值。

45、在一种可选的实施例中，引入惩罚函数，将带约束的优化目标模型转换为不带约束的优化目标模型包括：

46、min  f(x)＝f(x)+σmax[0,g1(x)] (26)

47、在一种可选的实施例中，定义粒子群算法的参数，基于粒子群算法的参数确定粒子速度更新公式和粒子位置更新公式包括：

48、定义粒子群规模为n；迭代总次数为m；当前迭代次数为k；粒子标号为i，i≤n；惯性权重系数为j；个体学习因子为s1；群体学习因子为s2；

49、粒子速度更新公式为：

50、

51、式中，为粒子i在前k次迭代中，使得目标函数最优的粒子位置；为粒子i的当前位置；为所有粒子在前k次迭代中，使得目标函数最优的粒子位置；r1与r2为[0,1]内的随机数。

52、粒子位置更新公式为：

53、

54、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

55、可在电网电压暂降时，计算构网逆变器传输的功率极限，量化了不同电网电压深度下，功率极限与跟网逆变器输出电流间的对应关系。为新能源基地并网运行时，多逆变器多模式运行的功率给定和电流给定提供参考依据，为新能源基地调度运行和稳定优化提供理论支撑，提升系统稳定性。

技术特征：

1.一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，定义所述混合并联系统的结构和参数包括：

3.根据权利要求1所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，对主网故障的主要特征进行分析得到暂态故障工况包括：

4.根据权利要求2所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，基于所述暂态故障工况对所述混合并联系统进行暂态稳定极限量化包括：

5.根据权利要求4所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，根据等式(5)计算得到锁相环坐标系下的pcc1电压q轴分量，锁相环坐标系下的pcc1电压q轴分量为：

6.根据权利要求5所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，锁相环坐标系下的pcc1电压q轴分量和构网逆变器输出功率p2在稳态运行工况下的约束为：

7.根据权利要求1所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，采用粒子群算法对暂态稳定极限量化的混合并联系统进行迭代优化包括：

8.根据权利要求7所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，构建优化目标模型，对所述优化目标模型进行标准不等式约束包括：

9.根据权利要求8所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，引入惩罚函数，将带约束的优化目标模型转换为不带约束的优化目标模型包括：

10.根据权利要求9所述的一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，其特征在于，定义粒子群算法的参数，基于粒子群算法的参数确定粒子速度更新公式和粒子位置更新公式包括：

技术总结
本发明公开了一种混合并联系统暂态稳定功率极限量化方法，可在电网电压暂降时，计算构网逆变器传输的功率极限。量化了不同电网电压深度下，功率极限与跟网逆变器输出电流间的对应关系。为新能源基地并网运行时，多逆变器多模式运行的功率给定和电流给定提供参考依据，为新能源基地调度运行和稳定优化提供理论支撑，提升系统稳定性。

技术研发人员：史华勃,陈刚,王曦,王永灿,潘鹏宇,曾雪洋,石鹏,姜振超
受保护的技术使用者：国网四川省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6