一种构网型和跟网型变流器容量配比估算方法

本发明属于电力系统，具体涉及一种构网型和跟网型变流器容量配比估算方法。

背景技术：

1、目前大多数变流器为基于锁相环的跟网型矢量控制，在短路比较高的强电网中表现出良好的控制性能，而对低短路比弱电网的适应能力较差，易引发锁相环主导的次/超同步振荡等小干扰同步稳定问题。

2、与跟网型变流器不同，构网型变流器通过模拟同步发电机，利用摇摆方程建立频率与功率的反馈来实现并网同步。构网型变流器的直流能量来源于能提供相对平稳功率供给的电池、电容或飞轮等，可以在交流电网发生波动时近似表现为电压源特性，为电网提供电压支撑。因此，构网型变流器技术受到了学界和工业界的广泛关注。

3、然而，针对构网型变流器的容量配置问题，现有研究要么给出构网型变流器的选址定容算法，要么针对特定电网进行仿真，均未能给出具有普适性的构网型变流器容量估算方法和推荐值，导致实际工程应用时需对海量新能源进行选址定容计算，实施较为困难。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中提到的至少一个问题，本发明提出了一种构网型和跟网型变流器容量配比估算方法。

2、一种构网型和跟网型变流器容量配比估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤s1，根据阻抗矩阵的最大奇异值指标，分析出构网型变流器的电压源特性，并建立构网型变流器的电压源-等值内电抗电路模型，其中，阻抗矩阵的最大奇异值为：

4、

5、公式中，zgfm(jω)为构网型变流器的阻抗矩阵，为zgfm(jω)的最大奇异值，ω∈[ω1,ω2]表示关注的频率范围，δixy(jω)为构网型变流器任意方向的输出电流，||·||2表示l2范数；

6、本发明提出根据最大奇异值指标量化构网型变流器的电压源特性，突破了传统方法只能定性分析构网型变流器电压源特性的局限。

7、电压源-等值内电抗电路模型满足下列公式：

8、δvx+jδvy＝-zeq(s)(δix+jδiy)

9、zeq(s)＝sleq+jω0leq

10、公式中，zeq(s)表示构网型变流器等值内电感的动态特性，leq为构网型变流器的等值内电感，zeq＝ω0leq是leq在额定角频率处对应的电抗，ix和iy分别表示变流器输出电流的x轴和y轴分量，vx和vy分别为变流器端电压的x轴和y轴分量，δ表示变量的微增量，s表示拉普拉斯算子，ω0为额定角频率，ωc为系统主导模态附近的振荡频率，j是虚数单位。

11、步骤s2，用广义短路比来量化构网型和跟网型变流器混连电网系统的小干扰稳定性，得到构网型和跟网型变流器混连电网系统小干扰稳定性的指标，其中，

12、广义短路比可用满足下式的λ最小值来计算：

13、

14、公式中，λ为广义短路比，sl为跟网型变流器的容量矩阵，b1＝-b2表示汇流母线到机组端口的导纳矩阵，b′4为汇流母线到交流网络的等效导纳矩阵，δb为构网型变流器的等效导纳矩阵，in是n阶单位矩阵。

15、系统的小干扰稳定性可等价于最弱解耦单馈入系统

16、

17、其中，为跟网型变流器的阻抗矩阵，λ为广义短路比，λ·γ(s)为线路电感的动态模型。

18、步骤s3，根据建立的电压源-等值内电抗电路模型，来修正构网型和跟网型变流器混连电网系统小干扰稳定性的指标，得到构网型和跟网型变流器的容量配比与广义短路比的解析关系，其中，容量配比与广义短路比的解析关系为：

19、

20、公式中，sb为风电机组的容量矩阵，δb为构网型变流器的等值导纳构成的矩阵，k(λ)是与广义短路比λ有关的n阶矩阵，k(λ0)表示广义短路比λ取初始值时的n阶矩阵。

21、步骤s4，根据构网型和跟网型变流器的容量配比与广义短路比的解析关系，得到构网型和跟网型变流器容量配比的估算方法，以及典型场景下构网型和跟网型变流器容量配比的推荐值，其中，根据解析关系得到容量配比估算方法，包括步骤：

22、步骤s401，根据网络和设备容量参数计算广义短路比初始值λ0，根据系统需求确定目标值λ；

23、步骤s402，确定风电场i的构网型变流器配置方案和变压器等值电抗zti；

24、步骤s403，通过解析法或阻抗测量得到构网型变流器阻抗外特性，计算其等值内电抗zeq；

25、步骤s404，计算容量配比γ改造和γ加装，具体公式为：

26、

27、γ加装＝[fi(λ0)-fi(λ)](zeq+zti)。

28、其中，γ改造为考虑将部分跟网型风电机组改造为构网型控制时的改造比例，γ加装为考虑额外加装构网型变流器时的加装比例，zeq是构网型变流器等值内电抗，zti是升压变压器等值电抗，fi(λ)为广义短路比λ的函数。

29、本发明提出根据理论来推导构网型和跟网型的容量配比，突破了传统方法只能通过启发式算法配置构网型变流器容量配比的缺陷，能够根据理论推导数值为实际电网中构网型变流器的容量配比提供参考，相比于传统通过启发式算法配置构网型变流器容量配比，本发明提出的方法更具有经济性，实现上也更加简便。

30、典型场景包括：

31、典型场景一，在220kv母线加装构网型变流器，此时构网型和跟网型变流器通过690v/35kv和35kv/220kv两级变压器并联于220kv母线；

32、典型场景二，在35kv母线加装构网型变流器，此时构网型和跟网型变流器通过690v/35kv变压器并联于35kv母线；

33、典型场景三，将风机改造为构网型控制，此时构网型和跟网型变流器通过690v/35kv变压器并联于35kv母线；

34、具体求解的边界条件如下：

35、当受到静态电压稳定约束，电网广义短路比的初始值满足λ0≥1.0；2)受到机组并网要求和制造水平约束，机组的临界短路比cscr≤1.5。

36、传统方法计算构网型和跟网型容量配比的推荐值时，存在着仅利用启发式算法，或者仅适用于特定电网场景的缺陷，本发明提出利用理论来推导构网型和跟网型容量配比的推荐值，相比于传统方法，更加方便于工程实施，并且对于“沙戈荒”等典型新能源经弱交流电网送出场景更具有普适性。

37、本发明提出了一种构网型和跟网型变流器容量配比估算方法，与现有的技术相比，具有以下有益效果：

38、本发明提出根据最大奇异值指标量化构网型变流器的电压源特性，突破了传统方法只能定性分析构网型变流器电压源特性的局限；

39、本发明提出根据理论来推导构网型和跟网型的容量配比，突破了传统方法只能通过启发式算法配置构网型变流器容量配比的缺陷，能够根据理论推导数值为实际电网中构网型变流器的容量配比提供参考，相比于传统通过启发式算法配置构网型变流器容量配比，本发明提出的方法更具有经济性，实现上也更加简便；

40、本发明提出利用理论来推导构网型和跟网型容量配比的推荐值，相比于传统方法，更加方便于工程实施，并且对于“沙戈荒”等典型新能源经弱交流电网送出场景更具有普适性。