计及下垂特性的换流器静态传输功率极限计算方法及系统与流程

本发明属于电力计算，具体涉及一种计及下垂特性的换流器静态传输功率极限计算方法及系统。

背景技术：

1、近年来，化石能源短缺以及因化石能源消耗所引发的一系列环境问题正受到普遍关注。目前正加速推进能源电力转型，构建以新能源为主体的新型电力系统。换流器作为新能源并网系统中重要的电力电子器件，换流器所能传输有功功率的能力将直接影响到电网运行的经济性与稳定性。下垂控制是换流器的一种基本控制策略，使其可以为电网提供一定的频率和电压支撑。

2、然而，现有的对换流器传输功率极限计算的方法，大都假定换流器采用定有功和无功控制策略。实际工程中，为了使换流器能够为系统提供一定的频率和电压支撑，常常采用有功-频率和无功-电压下垂控制。此外，定有功和无功控制也可以视为下垂系数等于0的特例。因此，有必要考虑下垂环节的影响，推导一般换流器的静态传输功率极限的计算方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种计及下垂特性的换流器静态传输功率极限计算方法及系统，用于解决当新能源并网换流器采用下垂控制时，其静态传输功率极限无法计算的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、计及下垂特性的换流器静态传输功率极限计算方法，包括以下步骤：

4、s1、建立计及下垂控制的换流器稳态分析模型；

5、s2、基于步骤s1得到的计及下垂控制的换流器稳态分析模型推导计及下垂特性的换流器静态传输功率极限的计算方法；

6、s3、将步骤s2得到的计及下垂特性的换流器静态传输功率极限的计算方法使用的下垂系数置0，得出换流器采用定功率控制时静态传输功率极限的计算方法，根据计算方法推导出解析表达式，得到换流器静态传输功率极限律。

7、优选地，步骤s1中，在换流器并网点处配备有无功补偿装置，计及下垂控制后，新能源经换流器向系统输送的有功功率pc和无功功率qc为：

8、

9、

10、其中，k为系统的无功补偿系数，vp为公共连接点处的电压，vs为交流主系统的电压，xl为输电线路的等值电抗，qcref为下垂控制环节所设定的无功功率的参考值，vpref为下垂控制环节所设定电压幅值的参考值，kv为逆变器的无功下垂系数，θ为公共连接点处电压的相角。

11、更优选地，经换流器向系统输送的有功功率与无功功率的约束条件如下：

12、pc2+qc2≤scmax2

13、scmax＝vpicmax

14、其中，scmax为换流器的容量，icmax为换流器的最大工作电流。

15、更优选地，换流器的控制方程为：

16、

17、其中，pc，qc为逆变器输出的有功功率和无功功率；pcref，qcref为所设定的有功功率和无功功率的参考值；kω，kv为逆变器的有功下垂系数和无功下垂系数；ω，vp为逆变器并网点电压的角频率和幅值；ωref，vpref为所设定的电压角频率和幅值的参考值。

18、优选地，步骤s2中，计及下垂特性的换流器静态传输功率极限pcmax2为：

19、

20、其中，vp为公共连接点处的电压，vs为交流主系统的电压，xl为输电线路的等值电抗，qcref为下垂控制环节所设定的无功功率的参考值，vpref为下垂控制环节所设定电压幅值的参考值，kv为逆变器的无功下垂系数。

21、优选地，步骤s3中，令逆变器的下垂系数kv＝0时，并网换流器转为定功率控制，得到定功率控制下并网换流器的静态传输功率极限pcmax。

22、更优选地，并网换流器静态传输功率极限pcmax2为：

23、pcmax2＝pcmax02+f(kv)。

24、更优选地，定功率控制下并网换流器的静态传输功率极限为：

25、pcmax＝pcmax0。

26、更优选地，kv＝0时换流器采用定功率控制时静态传输功率极限pcmax0为：

27、

28、

29、其中，vs为交流主系统的电压，xl为输电线路的等值电抗，qcref为下垂控制环节所设定的无功功率的参考值，vpref为下垂控制环节所设定电压幅值的参考值，kv为逆变器的无功下垂系数，k为系统的无功补偿系数。

30、第二方面，本发明实施例提供了一种计及下垂特性的换流器静态传输功率极限计算系统，包括：

31、构建模块，建立计及下垂控制的换流器稳态分析模型；

32、推导模块，基于构建模块得到的计及下垂控制的换流器稳态分析模型推导计及下垂特性的换流器静态传输功率极限的计算方法；

33、计算模块，将推导模块得到的计及下垂特性的换流器静态传输功率极限的计算方法使用的下垂系数置0，得出换流器采用定功率控制时静态传输功率极限的计算方法，根据计算方法推导出解析表达式，得到换流器静态传输功率极限律。

34、第三方面，一种芯片，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述计及下垂特性的换流器静态传输功率极限计算方法的步骤。

35、第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括计算机程序，所述计算机程序被电子设备执行时实现上述计及下垂特性的换流器静态传输功率极限计算方法的步骤。

36、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

37、计及下垂特性的换流器静态传输功率极限计算方法，首先建立计及下垂控制的换流器稳态分析模型，然后基于计及下垂控制的换流器稳态分析模型推导计及下垂特性的换流器静态传输功率极限的计算方法，发现其解析表达式呈现为换流器采用定功率控制时的静态传输功率极限加上一含下垂系数的补偿项。由此，将前述推导所得的计及下垂特性的换流器静态传输功率极限的计算方法使用的下垂系数置0，可以得出换流器采用定功率控制时静态传输功率极限的计算方法，扩大了计算方法的适用范围。

38、进一步的，建立计及下垂控制的换流器稳态分析模型，列写电路方程并经过数学推导，得到便于进行分析的换流器向系统所输送有功功率的解析表达式。

39、进一步的，实际工程中，为了使换流器能够为系统提供一定的频率和电压支撑，常常采用有功-频率和无功-电压下垂控制。为此，设置换流器的下垂控制方程，以提高新能源并网系统的稳定性

40、进一步的，得到采用下垂控制时，换流器静态传输功率极限的解析表达式，可以算出计及下垂特性的换流器静态传输功率极限的具体数值，并分析研究换流器静态传输功率极限的影响因素。

41、进一步的，当逆变器的下垂系数kv＝0时，并网换流器转为定功率控制，解析表达式中的f(kv)＝0，由此可得定功率控制下并网换流器的静态传输功率极限pcmax0，扩大了计算方法的适用范围。

42、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

43、综上所述，本发明方法能够计算得到当新能源并网换流器采用下垂控制时，向电力系统输送的静态传输功率极限；与传统的对采用定功率控制的换流器进行静态传输功率极限计算的方法相比，适用范围更广。

44、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。