一种高惯量储能型同步调相机并网系统的阻尼特性量化分析方法

本发明涉及新型电力系统领域，具体涉及一种高惯量储能型同步调相机并网系统的阻尼特性量化分析方法，该方法可量化评估高惯量储能型同步调相机并网系统不同阻尼路径提供的阻尼以及系统次同步振荡模式的稳定性。

背景技术：

1、随着新型电力系统中新能源占比的持续提升，电源侧的电压和惯量支撑能力日益下降，同步调相机成为保障新能源可持续发展的关键设备。未来随着非同步电源渗透率的提高，系统惯量不足引起的频率问题将逐步凸显，高惯量储能型同步调相机系统可望成为主要的技术发展方向。高惯量储能型同步调相机(high inertia energy storagesynchronous condenser,hiessc)可以为抑制新能源机组引发的振荡问题提供技术实施基础，为解决高比例电力电子并网装置接入所带来的谐波振荡问题以及抑制难题提供了新的思路。然而，目前缺乏高惯量储能型同步调相机阻尼特性和振荡抑制等方面的研究。因此，亟需进一步开展高惯量储能型同步调相机小扰动稳定特性分析、阻尼增强机理及优化控制方法等研究。目前国内外学者已展开了相关研究，如已公开的下列文献：

2、[1]祁晓笑，程静，王维庆等.基于sc的光伏发电并网系统次同步振荡抑制方法[j].智慧电力，2023，51(05)：88-95。

3、[2]王栋.弱电网下双馈风机直流电压时间尺度小扰动稳定性分析[d].华中科技大学，2017。

4、文献[1]研究了基于新一代调相机的光伏发电并网系统次同步振荡抑制方法，实现了光伏发电并网系统次同步振荡的有效抑制，并通过ieee次同步振荡第一标准型仿真验证该方法的正确性和可行性。但其研究对象是针对常规同步调相机，缺乏高惯量储能型同步调相机阻尼特性的研究。文献[2]基于并网双馈风机二阶锁相环方程定义了同速度微变量成正比的阻尼分量和同相位微变量成正比的同步分量，结果表明端电压外环开环时系统在电网较弱时会出现缺乏同步分量的单调失稳的现象。但其研究对象为新能源发电系统，且分析系统阻尼特性时直接分析总阻尼特性，未考虑系统次同步交互作用阻尼特性以及自身阻尼特性的研究。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种高惯量储能型同步调相机并网系统的阻尼特性量化分析方法，本发明以高惯量储能型同步调相机为研究对象，计算高惯量储能型同步调相机并网系统不同阻尼路径所对应的阻尼系数以及系统总阻尼系数，实现对系统次同步交互作用路径的阻尼贡献以及次同步振荡模式稳定性进行量化评估。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种高惯量储能型同步调相机并网系统的阻尼特性量化分析方法，分别计算反映高惯量储能型同步调相机自阻尼路径和交互作用阻尼路径阻尼特性的阻尼系数；然后根据所得阻尼系数的正负，量化分析高惯量储能型同步调相机自阻尼路径和交互作用阻尼路径相应的阻尼贡献。

4、具体步骤如下，

5、a1)按照下式计算有关hiessc在dq坐标系下线性化数学模型的相关传递函数矩阵：

6、

7、式中：

8、

9、其中：lm为高惯量储能型同步调相机定转子绕组间互感；ls、lr分别为定子绕组自感、转子绕组自感；rs、rr分别为定子绕组电阻、转子绕组电阻；ω1、ωr分别为高惯量储能型同步调相机定、转子角速度；s为拉普拉斯算子；

10、a2)根据步骤a1)所得传递函数矩阵，高惯量储能型同步调相机并网系统进行调相运行时，按照下式计算高惯量储能型同步调相机定子侧端口导纳传递函数矩阵ys：

11、

12、式中：

13、

14、其中：e为二阶单位矩阵；kp_ir和ki_ir分别为转子侧控制系统电流内环控制器比例系数和积分系数；kp_pq和ki_pq分别为转子侧控制系统功率外环控制器比例系数和积分系数；σ为高惯量储能型同步调相机漏磁系数；isd0和isq0分别为定子电流在dq坐标系下的d轴分量和q轴稳态分量；usd0和usq0分别为定子电压在dq坐标系下的d轴分量和q轴稳态分量；

15、a3)高惯量储能型同步调相机并网系统进行调相运行时，按照下式计算高惯量储能型同步调相机网侧变流器端口导纳传递函数矩阵yg：

16、

17、式中：

18、

19、其中：rg和lg分别为网侧滤波器的电阻和电感；kp_ig和ki_ig分别为网侧控制系统电流内环控制器比例系数和积分系数；

20、a4)按照下式计算网侧电压电流在dq坐标系与xy坐标系间的转换传递函数矩阵：

21、

22、式中：

23、

24、其中：k2为变压器变比；ugx0和ugy0分别为xy坐标系下并网点电压的x轴分量和y轴分量；θ0为并网点电压在xy坐标系下的相位；kppll和kipll分别为锁相环比例系数和积分系数；

25、a5)按照下式计算网侧电压xy坐标系下表达式有关传递函数矩阵：

26、

27、式中：

28、

29、其中：igd0和igq0分别为并网点电流在dq坐标系下的d轴分量和q轴分量；c1为线路电容；

30、a6)按照下式计算交流电网传递函数矩阵：

31、

32、式中：

33、

34、其中，req为交流电网等效电阻；leq为交流电网等效电感；

35、a7)根据步骤a2)、a3)、a4)、a5)和a6)所计算的相关传递函数矩阵，按照下式计算得到可以分别反映高惯量储能型同步调相机自阻尼路径和交互作用阻尼路径阻尼特性的阻尼系数kd1和kd2；

36、

37、式中：

38、

39、其中：kd1和kd2分别为反映高惯量储能型同步调相机自阻尼系数和交互作用阻尼系数；j为虚数的单位；ω为角频率；im表示取复数的虚部；

40、a8)根据步骤a7)所得阻尼系数的正负，量化分析高惯量储能型同步调相机自阻尼路径和交互作用阻尼路径相应的阻尼贡献；当kd1>0时，高惯量储能型同步调相机表现为正阻尼特性；当kd1<0时，高惯量储能型同步调相机表现为负阻尼特性；当kd1＝0时，高惯量储能型同步调相机不向锁相环振荡模式提供阻尼；当kd2>0时，高惯量储能型同步调相机与交流系统的动态交互作用表现为正阻尼特性，向锁相环振荡模式提供正阻尼，增强系统稳定性；当kd2<0时，高惯量储能型同步调相机与交流系统的动态交互作用表现为负阻尼特性，向锁相环振荡模式提供负阻尼，降低系统稳定性；当kd2＝0时，高惯量储能型同步调相机与交流系统的动态交互作用不向锁相环振荡模式提供阻尼。

41、进一步地，在步骤a8)后，还包括以下步骤，

42、a9)根据步骤a7)所计算得到的阻尼系数kd1和kd2，按下式计算高惯量储能型同步调相机并网系统总阻尼系数kd：

43、kd＝kd1+kd2

44、式中：kd为计算高惯量储能型同步调相机并网系统总阻尼系数；

45、a10)按照下式作为高惯量储能型同步调相机并网系统调相运行时的小干扰稳定性评估方法：

46、

47、式中：kd越小，表示hiessc并网系统稳定性越差。

48、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

49、本发明以高惯量储能型同步调相机为研究对象，通过计算高惯量储能型同步调相机并网系统不同阻尼路径所对应的阻尼系数以及系统总阻尼系数，实现对系统不同阻尼路径所提供的阻尼以及次同步振荡模式稳定性进行量化评估，且可以通过确定系统振荡模态的负阻尼主导路径，对附加阻尼控制器进行准确的设计。