一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法与流程

本发明涉及高比例新能源电力系统稳定分，尤其涉及一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法。

背景技术：

1、近年来，以风电、光伏为代表的新能源在电力系统中的占比不断提升。相比于常规发电机组和传统电力装置，新能源经电力电子装置的变流控制后接入系统。电力电子装置具有复杂且灵活的控制结构及参数，在精密控制系统的作用下以不同时间尺度的半导体开关器件快速通断替代了机械开关，通过各类拓扑结构的变换改变着电力系统的运行功能和电气性能。基于同步发电机的传统交流电力系统正在向多类型电源、多电能变换、多电力形态互联系统转变，功率在多层复杂网络间双向流动，具备强非线性、高敏感性、大冲击性和交直流耦合等特征。

2、在大规模电力电子装置接入的电力系统中，电路可能出现电压、电流应力过高而导致器件损坏的情况，降低了系统可靠性；变流器与电网的动态交互作用易诱发不同于传统电网的谐振及宽频谐振现象，危害电能质量及系统稳定运行。进一步地，传统电力系统的稳定性问题可与发电机组同步稳定性问题等效，而新一代电力系统地稳定性评估需综合考虑发电设备、输配电网络和负载特性。在规划设计方面，区别于经典电力系统中的各类可精确定制的装备，电力电子装置的半导体器件难以根据设计要求定制化生产。综上，大规模接入电力电子装置的电力系统在稳态特性分析、稳定性评估、装置设计等多个方面均趋于复杂化，安全可靠运行面临着新的挑战。

3、标幺制是工程计算常用的数值标记方法，成熟应用于经典电力系统的稳态特性、暂态稳定性分析和输配电网络设计。分析稳态特性时将大型电厂视为理想交流电压源，应用标幺化方法构建多电压等级电力系统的等值电路，从而实现潮流计算。分析暂态稳定性时，标幺值可简化同步发电机组的动力学方程。同理，标幺值应用于输配电网络参数设计时可有效减少变压器、电抗器等装置参数设计过程的计算量。然而，所述经典标幺化方法存在一定局限性。首先，参数标幺化时默认频率为工频，不适合应用于交直流等多种电力形态互联系统；其次，不考虑开关器件应力，不涉及控制参数的归算，标幺化结果难以反映电力电子装置运行特性，导致物理意义欠缺。最后，该方法无法适应新一代电力系统中稳定性分析方法的改变，难以应用于稳定性评估。

技术实现思路

1、为适应大规模新能源并网、系统电力电子化趋势，弥补经典标幺化方法的不足，本发明提出一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法。

2、本发明具体采用以下技术方案：

3、一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤1：根据新能源变流器开关器件的最大应力选定电压、电流基准值；

5、步骤2：基于电压、电流基准值获取功率基准值和阻抗基准值；

6、步骤3：计算各级电压、电流、阻抗基准值；

7、步骤4：计算关键节点电压、电流、功率标幺值和关键元件阻抗标幺值；

8、步骤5：根据频域阻抗模型获取变流器控制参数基准值；

9、步骤6：计算各变流器控制参数标幺值。

10、进一步地，在步骤1中，将器件的最大电压应力pmv、最大电流应力pmi分别设为电压基准值ub1和电流基准值ib1，以使得开关器件最大电压应力和最大电流应力标幺值均为1。

11、进一步地，在步骤2中考虑：

12、在三相系统中，功率基准值sb、电压基准值ub1、电流基准值ib1、功率基准值zb1之间关系式为：

13、

14、

15、根据以上关系式获取功率基准值和阻抗基准值。

16、进一步地，在步骤3中，令所要计算各级电压、电流、阻抗基准值所对应的线路为线路1，若存在电压等级不同的线路2与线路1经变压器连接，设变压器变比为n；线路2电压基准值ub2、电流基准值ib2、阻抗基准值zb2表示为：

17、ub2＝ub1/n

18、ib2＝n·ib1

19、

20、进一步引入变流器等效变比的概念，将变流器的输入端等效为电压器原边，同时将变流器的输出端视为变压器副边，变流器输入-输出电压的比值即变流器的等效变比m，将不同电压等级线路段基准值归算方法扩展应用至交直流混联式不同电力形态的线路段，即：

21、ub2＝ub1/m

22、ib2＝m·ib1

23、

24、进一步地，在步骤4中，根据功率基准值和步骤1-步骤3获取的各电压等级下电压、电流、阻抗基准值，将各关键节点电压、电流、功率有名值除以对应电压等级的电压、电流、功率基准值得到关键节点电压/电流/功率标幺值；将各关键元件阻抗有名值除以对应电压等级的阻抗基准值得到关键元件的阻抗标幺值。

25、进一步地，在步骤5中，在给定的变流器电路结构和控制结构下，变流器在s域的阻抗表达式zc取决于稳定工作点的电压u、电流i和各控制器gc1,gc2…gcn

26、zc(s)＝f(u,i,gc1,gc2...gcn)

27、与上式对应的频域表达式为：

28、zc(ω)＝f(ω,u,i,gc1,gc2...gcn)

29、选取角频率w＝1，即s＝jw＝j时的阻抗计算控制参数基准值；设变流器采用pi控制，pi控制器的表达式为：

30、

31、kp与ki的比值t代表控制器的转折频率，决定着控制器的相位特性；当t不变而积分系数ki改变时，控制器的幅频特性曲线在波特图中上下平移且相位特性保持不变；考虑阻抗标幺化的过程中仅归算幅值而不归算相位，在控制参数标幺化过程中默认t不变，使得pi控制参数标幺化过程中仅需标幺化积分系数ki；阻抗、电压、电流基准值和所需的控制参数基准值：kib1,kib2…kibn的关系式为：

32、zb＝|f(ω,ub,ib,kib1,kib2...kibn)ω＝1

33、通过将变流器的阻抗建模所得表达式代入上式求解控制参数基准值。

34、进一步地，在步骤6中，设变流器中有n个待标幺化的pi控制参数，则控制参数标幺化结果为：

35、

36、相比于现有技术，本发明及其优选方案适合应用于多电力形态互联、电力电子化的电力系统，尤其适用于适用于高比例新能源并网稳定性分析，扩展了标幺化方法的应用范围。

技术特征：

1.一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，其特征在于：在步骤1中，将器件的最大电压应力pmv、最大电流应力pmi分别设为电压基准值ub1和电流基准值ib1，以使得开关器件最大电压应力和最大电流应力标幺值均为1。

3.根据权利要求2所述的一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，其特征在于：在步骤4中，根据功率基准值和步骤1-步骤3获取的各电压等级下电压、电流、阻抗基准值，将各关键节点电压、电流、功率有名值除以对应电压等级的电压、电流、功率基准值得到关键节点电压/电流/功率标幺值；将各关键元件阻抗有名值除以对应电压等级的阻抗基准值得到关键元件的阻抗标幺值。

6.根据权利要求5所述的一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，其特征在于：

技术总结
本发明提出一种适用于新能源并网稳定性分析的系统参数标幺化方法，应用于多电力形态互联、电力电子化的电力系统，扩展了标幺化方法的应用范围。包括：步骤1：根据新能源变流器开关器件的最大应力选定电压、电流基准值；步骤2：基于电压、电流基准值获取功率基准值和阻抗基准值；步骤3：计算各级电压、电流、阻抗基准值；步骤4：计算关键节点电压、电流、功率标幺值和关键元件阻抗标幺值；步骤5：根据频域阻抗模型获取变流器控制参数基准值；步骤6：计算各变流器控制参数标幺值。

技术研发人员：曾志杰,黄霆,鲍国俊,弋子渊,张应灵,张慧瑜,汪寅乔,吴璐阳
受保护的技术使用者：国网福建省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21