CN115276377A - 换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法 - Google Patents

换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法 Download PDF

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CN115276377A CN202211145647.4A CN202211145647A CN115276377A CN 115276377 A CN115276377 A CN 115276377A CN 202211145647 A CN202211145647 A CN 202211145647A CN 115276377 A CN115276377 A CN 115276377A
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Abstract

本申请涉及换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法，包括：获取储能换流器输出的电流有功分量及无功分量表达式、储能***电流下垂控制方程；根据分量表达式建立电流线性化模型方程；根据所述下垂控制方程建立电流下垂线性化模型方程；将所述电流线性化模型方程与所述下垂线性化模型方程代入空间状态表达式中，得到小信号模型方程；基于所述小信号模型方程确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹，并基于所述根轨迹验证换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性。本申请提出的技术方案，基于储能***电流下垂小信号模型方程对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行验证，提高了验证精度。

Description

换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法
技术领域
本申请涉及稳定性验证领域，尤其涉及换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法。
背景技术
作为能源变革关键技术之一的储能技术，因为其可以为电网提供调峰、调频、应急响应等多种辅助服务，近年来受到了业内的广泛关注。为了实现储能***友好型并网，为电网提供稳定电压、频率支撑，需要开展储能换流器控制策略研究。
目前在储能换流器控制领域，大多采用双闭环控制、无差拍控制来实现电压、频率动态响应。但常规控制策略无法维持分布式电源高渗透率下非同步储能换流器控制***稳定。现有的储能换流器控制***稳定性验证的方法精确度不高，因此亟需提出一种可以精确验证储能换流器控制***稳定性的方法。
发明内容
本申请提供换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法，以至少解决储能换流器控制***稳定性验证的方法精确度不高的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法，所述方法包括：
获取储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式、储能***电流下垂控制方程；
根据所述储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式建立电流线性化模型方程；
根据所述储能***电流下垂控制方程建立储能***电流下垂线性化模型方程；
将所述电流线性化模型方程与所述储能***电流下垂线性化模型方程代入空间状态表达式中，得到储能***电流下垂小信号模型方程；
基于所述储能***电流下垂小信号模型方程确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹，并基于所述根轨迹验证换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性。
优选的，所述储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式如下：
Figure 611782DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 531197DEST_PATH_IMAGE002
为储能换流器输出电流有功分量，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为储能换流器输出电流无功分量，
Figure 38532DEST_PATH_IMAGE004
为输电线路母线电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为储能换流器输出电压与输电电路母线电压之间的功角，
Figure 752411DEST_PATH_IMAGE006
为输电线路阻抗模，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为储能换流器输出电压，
Figure 607847DEST_PATH_IMAGE008
为阻抗角。
优选的，所述储能***电流下垂控制方程的计算式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
式中，
Figure 65373DEST_PATH_IMAGE010
为储能换流器输出的频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为储能换流器对应的额定角频率，
Figure 427215DEST_PATH_IMAGE012
为储能换流器对应的额定有功电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为有功下垂系数，
Figure 577574DEST_PATH_IMAGE014
为储能换流器输出的额定电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为无功下垂系数，
Figure 657656DEST_PATH_IMAGE016
为储能换流器对应的额定无功电流。
优选的，所述电流线性化模型方程的计算式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 653294DEST_PATH_IMAGE018
为储能换流器输出电流有功分量的微分变化量，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为低通滤波截止频率，S为微分算子，
Figure 135222DEST_PATH_IMAGE020
为功角变化量，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为储能换流器输出电流无功分量的微分变化量，
Figure 456482DEST_PATH_IMAGE022
为储能换流器输出电压调节量。
进一步的，所述储能***电流下垂线性化模型方程的计算式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
式中，
Figure 761211DEST_PATH_IMAGE024
为角频率调节量，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为有功下垂系数，
Figure 826119DEST_PATH_IMAGE026
为有功电流调节量，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为无功下垂系数，
Figure 162554DEST_PATH_IMAGE028
为无功电流调节量。
进一步的，所述储能***电流下垂小信号模型方程的计算式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
式中，
Figure 326819DEST_PATH_IMAGE030
为功角微分变化量，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为有功电流微分调节量，
Figure 630761DEST_PATH_IMAGE032
为无功电流微分调节量。
优选的，所述基于所述储能***电流下垂小信号模型方程确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹，并基于所述根轨迹验证换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性，包括：
利用Matlab软件确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹图；
基于所述根轨迹图对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行分析验证。
进一步的，所述基于所述根轨迹图对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行分析验证，包括：
随着自适应惯性无功电流下垂系数的增大，离虚轴较远的特征根逐渐远离虚轴，离虚轴较近的特征根作为主导特征根在一定范围内波动，且不会超过虚轴右半平面，故采用自适应惯性无功电流下垂控制时所述换流器自适应无功电流下垂控制***在稳定范围内。
本申请第二方面实施例提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如第一方面实施例所述的方法。
本申请第三方面实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如第一方面实施例所述的方法。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请提出了换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法，所述方法包括：获取储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式、储能***电流下垂控制方程；根据所述储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式建立电流线性化模型方程；根据所述储能***电流下垂控制方程建立储能***电流下垂线性化模型方程；将所述电流线性化模型方程与所述储能***电流下垂线性化模型方程代入空间状态表达式中，得到储能***电流下垂小信号模型方程；基于所述储能***电流下垂小信号模型方程确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹，并基于所述根轨迹验证换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性。本申请提出的技术方案，基于储能***电流下垂小信号模型方程对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行验证，提高了验证精度。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的一种储能电压型换流器的下垂控制方法的流程图；
图2为根据本申请一个实施例提供的自适应惯性无功电流下垂系数变化根轨迹图
图3为根据本申请一个实施例提供的换流器的储能***运行等效电路图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请提出的换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法，所述方法包括：获取储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式、储能***电流下垂控制方程；根据所述储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式建立电流线性化模型方程；根据所述储能***电流下垂控制方程建立储能***电流下垂线性化模型方程；将所述电流线性化模型方程与所述储能***电流下垂线性化模型方程代入空间状态表达式中，得到储能***电流下垂小信号模型方程；基于所述储能***电流下垂小信号模型方程确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹，并基于所述根轨迹验证换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性。本申请提出的技术方案，基于储能***电流下垂小信号模型方程对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行验证，提高了验证精度。
下面参考附图描述本申请实施例的换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法。
实施例一
图1为根据本申请一个实施例提供的一种换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
步骤1：获取储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式、储能***电流下垂控制方程；
在本公开实施例中，所述储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE033
式中，
Figure 984513DEST_PATH_IMAGE002
为储能换流器输出电流有功分量，
Figure 424722DEST_PATH_IMAGE003
为储能换流器输出电流无功分量，
Figure 25468DEST_PATH_IMAGE004
为输电线路母线电压，
Figure 488810DEST_PATH_IMAGE005
为储能换流器输出电压与输电电路母线电压之间的功角，
Figure 646253DEST_PATH_IMAGE006
为输电线路阻抗模，
Figure 144230DEST_PATH_IMAGE007
为储能换流器输出电压，
Figure 712615DEST_PATH_IMAGE008
为阻抗角。
所述储能***电流下垂控制方程的计算式如下：
Figure 928833DEST_PATH_IMAGE009
式中，
Figure 621458DEST_PATH_IMAGE010
为储能换流器输出的频率，
Figure 973942DEST_PATH_IMAGE011
为储能换流器对应的额定角频率，
Figure 650910DEST_PATH_IMAGE012
为储能换流器对应的额定有功电流，
Figure 151162DEST_PATH_IMAGE013
为有功下垂系数，
Figure 837358DEST_PATH_IMAGE014
为储能换流器输出的额定电压，
Figure 857398DEST_PATH_IMAGE015
为无功下垂系数，
Figure 970847DEST_PATH_IMAGE016
为储能换流器对应的额定无功电流。
步骤2：根据所述储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式建立电流线性化模型方程；
其中，所述电流线性化模型方程的计算式如下：
Figure 896078DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure 182703DEST_PATH_IMAGE018
为储能换流器输出电流有功分量的微分变化量，
Figure 509779DEST_PATH_IMAGE019
为低通滤波截止频率，S为微分算子，
Figure 794130DEST_PATH_IMAGE020
为功角变化量，
Figure 754127DEST_PATH_IMAGE021
为储能换流器输出电流无功分量的微分变化量，
Figure 782126DEST_PATH_IMAGE022
为储能换流器输出电压调节量。
步骤3：根据所述储能***电流下垂控制方程建立储能***电流下垂线性化模型方程；
其中，所述储能***电流下垂线性化模型方程的计算式如下：
Figure 26025DEST_PATH_IMAGE023
式中，
Figure 481277DEST_PATH_IMAGE035
,
Figure 381100DEST_PATH_IMAGE024
为角频率调节量，
Figure 760260DEST_PATH_IMAGE025
为有功下垂系数，
Figure 796349DEST_PATH_IMAGE036
,
Figure 484820DEST_PATH_IMAGE026
为有功电流调节量，
Figure 606359DEST_PATH_IMAGE027
为无功下垂系数，
Figure 976161DEST_PATH_IMAGE037
,
Figure 936596DEST_PATH_IMAGE028
为无功电流调节量。
步骤4：将所述电流线性化模型方程与所述储能***电流下垂线性化模型方程代入空间状态表达式中，得到储能***电流下垂小信号模型方程；
在本公开实施例中，基于电流线性化模型方程、储能***电流下垂线性化模型方程将代入Δi d 、Δi q 、Δδ代入空间状态表达式
Figure 733651DEST_PATH_IMAGE038
中，可以得到储能***电流下垂小信号模型方程；
其中，所述储能***电流下垂小信号模型方程的计算式如下：
Figure 404803DEST_PATH_IMAGE039
式中，
Figure 312716DEST_PATH_IMAGE030
为功角微分变化量，
Figure 323398DEST_PATH_IMAGE031
为有功电流微分调节量，
Figure 104403DEST_PATH_IMAGE032
为无功电流微分调节量。
步骤5：基于所述储能***电流下垂小信号模型方程确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹，并基于所述根轨迹验证换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性。
在本公开实施例中，所述步骤5具体包括：
步骤5-1：利用Matlab软件确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹图；
步骤5-2：基于所述根轨迹图对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行分析验证。
需要说明的是，如图2所示为自适应惯性无功电流下垂系数变化根轨迹图，随着自适应惯性无功电流下垂系数的增大，离虚轴较远的特征根逐渐远离虚轴，离虚轴较近的特征根作为主导特征根在一定范围内波动，且不会超过虚轴右半平面，故采用自适应惯性无功电流下垂控制时所述换流器自适应无功电流下垂控制***在稳定范围内，所以采用自适应惯性无功电流下垂控制方法不会对***稳定性造成影响。
在本公开实施例中，所述步骤1之前还包括：
1）构建储能***线路阻抗表达式
Figure 200535DEST_PATH_IMAGE040
，式中，
Figure 974456DEST_PATH_IMAGE041
为储能***线路阻抗，
Figure 105223DEST_PATH_IMAGE042
为输电线路等效电阻，
Figure 244080DEST_PATH_IMAGE043
为输电线路等效电抗，
Figure 374979DEST_PATH_IMAGE044
为矢量，
Figure 890274DEST_PATH_IMAGE045
为输电线路阻抗模，
Figure 937864DEST_PATH_IMAGE046
为阻抗角，其中，
Figure 247623DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 52768DEST_PATH_IMAGE048
；其中，如图3所示为换流器的储能***运行等效电路，基于所述等效电路图，建立储能***线路阻抗表达式；
2）根据步骤1）储能换流器输出电流矢量与输出电压矢量关系式
Figure 919224DEST_PATH_IMAGE049
，式中，
Figure 759004DEST_PATH_IMAGE050
为储能换流器输出电流矢量，
Figure 239663DEST_PATH_IMAGE051
为储能换流器输出电压，
Figure 860001DEST_PATH_IMAGE052
为储能换流器输出电压与输电电路母线电压之间的功角，
Figure 451519DEST_PATH_IMAGE053
为储能换流器输出电流有功分量，
Figure 221504DEST_PATH_IMAGE054
为储能换流器输出电流无功分量，
Figure 873066DEST_PATH_IMAGE055
为输电线路母线电压；
3）根据步骤2）得到储能换流器输出电流有功、无功分量表达式
Figure 715120DEST_PATH_IMAGE056
；
4）当输电线路线路阻抗为感性，将步骤3）储能换流器输出电流有功、无功分量表达式进行简化得到
Figure 110329DEST_PATH_IMAGE057
；
5）根据步骤4）储能换流器输出电流有功、无功分量简化表达式，并且根据储能换流器电压调节偏差得到储能***电流下垂控制方程
Figure 924701DEST_PATH_IMAGE058
，式中，
Figure 560213DEST_PATH_IMAGE059
为储能换流器输出的频率，
Figure 827246DEST_PATH_IMAGE060
为储能换流器对应的额定角频率，
Figure 26146DEST_PATH_IMAGE061
为储能换流器对应的额定有功电流，
Figure 757342DEST_PATH_IMAGE013
为有功下垂系数，
Figure 750706DEST_PATH_IMAGE062
为储能换流器输出的额定电压，
Figure 318085DEST_PATH_IMAGE015
为无功下垂系数，
Figure 320676DEST_PATH_IMAGE063
为储能换流器对应的额定无功电流。
综上所述，本实施例提出的换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法，基于储能***电流下垂小信号模型方程对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行验证，提高了验证精度。
实施例二
为了实现上述实施例，本公开还提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如实施例一所述的方法。
实施例三
为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一所述的方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性验证方法，其特征在于，所述方法包括：
获取储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式、储能***电流下垂控制方程；
根据所述储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式建立电流线性化模型方程；
根据所述储能***电流下垂控制方程建立储能***电流下垂线性化模型方程；
将所述电流线性化模型方程与所述储能***电流下垂线性化模型方程代入空间状态表达式中，得到储能***电流下垂小信号模型方程；
基于所述储能***电流下垂小信号模型方程确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹，并基于所述根轨迹验证换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能换流器输出的电流有功分量表达式及无功分量表达式如下：
Figure 776644DEST_PATH_IMAGE001
式中，
Figure 952DEST_PATH_IMAGE002
为储能换流器输出电流有功分量，
Figure 141077DEST_PATH_IMAGE003
为储能换流器输出电流无功分量，
Figure 425428DEST_PATH_IMAGE004
为输电线路母线电压，
Figure 900272DEST_PATH_IMAGE005
为储能换流器输出电压与输电电路母线电压之间的功角，
Figure 662691DEST_PATH_IMAGE006
为输电线路阻抗模，
Figure 654394DEST_PATH_IMAGE007
为储能换流器输出电压，
Figure 109646DEST_PATH_IMAGE008
为阻抗角。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储能***电流下垂控制方程的计算式如下：
Figure 9469DEST_PATH_IMAGE009
式中，
Figure 637896DEST_PATH_IMAGE010
为储能换流器输出的频率，
Figure 673985DEST_PATH_IMAGE011
为储能换流器对应的额定角频率，
Figure 113188DEST_PATH_IMAGE012
为储能换流器对应的额定有功电流，
Figure 500307DEST_PATH_IMAGE013
为有功下垂系数，
Figure 604529DEST_PATH_IMAGE014
为储能换流器输出的额定电压，
Figure 823021DEST_PATH_IMAGE015
为无功下垂系数，
Figure 620076DEST_PATH_IMAGE016
为储能换流器对应的额定无功电流。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流线性化模型方程的计算式如下：
Figure 41961DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 215453DEST_PATH_IMAGE018
为储能换流器输出电流有功分量的微分变化量，
Figure 288451DEST_PATH_IMAGE019
为低通滤波截止频率，S为微分算子，
Figure 256407DEST_PATH_IMAGE020
为功角变化量，
Figure 352539DEST_PATH_IMAGE021
为储能换流器输出电流无功分量的微分变化量，
Figure 611614DEST_PATH_IMAGE022
为储能换流器输出电压调节量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述储能***电流下垂线性化模型方程的计算式如下：
Figure 742381DEST_PATH_IMAGE023
式中，
Figure 943555DEST_PATH_IMAGE024
为角频率调节量，
Figure 526983DEST_PATH_IMAGE025
为有功下垂系数，
Figure 776699DEST_PATH_IMAGE026
为有功电流调节量，
Figure 566232DEST_PATH_IMAGE027
为无功下垂系数，
Figure 875991DEST_PATH_IMAGE028
为无功电流调节量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述储能***电流下垂小信号模型方程的计算式如下：
Figure 9032DEST_PATH_IMAGE029
式中，
Figure 62439DEST_PATH_IMAGE030
为功角微分变化量，
Figure 715268DEST_PATH_IMAGE031
为有功电流微分调节量，
Figure 195928DEST_PATH_IMAGE032
为无功电流微分调节量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述储能***电流下垂小信号模型方程确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹，并基于所述根轨迹验证换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性，包括：
利用Matlab软件确定自适应惯性无功电流下垂系数的根轨迹图；
基于所述根轨迹图对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行分析验证。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述根轨迹图对所述换流器自适应无功电流下垂控制***的稳定性进行分析验证，包括：
随着自适应惯性无功电流下垂系数的增大，离虚轴较远的特征根逐渐远离虚轴，离虚轴较近的特征根作为主导特征根在一定范围内波动，且不会超过虚轴右半平面，故采用自适应惯性无功电流下垂控制时所述换流器自适应无功电流下垂控制***在稳定范围内。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。
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