一种电网故障下并网变流器韧性评估方法
专利汇可以提供一种电网故障下并网变流器韧性评估方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种在 电网 故障下对并网变流器韧性指标进行评估的方法，包括如下步骤：A：建立电 力 系统预想事故集，判断故障类型，并设计出满足性能指标要求的变流器模型；B：分析电网故障下变流器的响应，并分别计算出 电流 环的传输曲线及 电压 环 稳定性 判据；C：计算出电网扰动下变流器关于关键参数的韧性边界条件，从而判断此变流器是否耐受该故障类型，对变流器韧性进行评估；D：在变流器对故障不具耐受能力时，可返回初始设计对变流器参数进行反复 修改 ，终可得到满足耐受电网故障的设计方案。本发明在变流器满足性能指标要求的 基础 上，对并网变流器进行故障耐受能力的评估，形成实用化的并网变流器韧性评估方法，并可使其得到优化设计。，下面是一种电网故障下并网变流器韧性评估方法专利的具体信息内容。
1.一种电网故障下并网变流器韧性评估的方法，其特征在于包括如下步骤：
A：建立电力系统预想事故集，判断故障类型，并设计出满足性能指标要求的变流器模型，所述步骤A具体包括以下步骤：
A1：划分出面向电力电子装置安全评估的电网预想事故集：首先按各种典型故障对变流器工作点的影响将电网故障划分为过电流故障、过电压故障、频率波动故障、相位跳变故障及零序或负序电流突变故障，再根据工作点变化规律将其详细划分为瞬变故障和缓变故障，最后根据故障能否自动恢复将故障划分为瞬时故障和永久故障，从而判断出故障的具体类型；面向电力电子装置安全评估的电网预想事故划分如表1所示；
表1面向电力电子装置安全评估的电网预想事故划分
A2：在满足性能指标要求的条件下，确定变流器的关键参数，并初步设计出一个合理的三相电压源型并网变流器模型；
B：分析电网故障下变流器的响应，并分别计算出电流环的传输曲线及电压环稳定性判据，所述步骤B具体为：
B1：表示出系统dq解耦后的状态方程，对系统进行电流内环分析，并计算出电流环传输曲线，从而确定IGBT开关器件的电压和电流等级；
首先根据三相电压源型变流器的拓扑结构图，采用开关平均模型，可以得到三相电压源变流器在abc三相坐标系下数学模型：
根据同步旋转坐标函数，将VSC转化到dq旋转坐标系下，其状态方程如下：
当电感等效电阻Rs较小时，系统会在输出电流io进入饱和前先进入非线性阶段，此时系统调制比m可以视作无穷大，控制电压vd及vq达到其上限：
此时内环电流id达到其临界值：
对于任意id,ref>id,critical，系统处于过调制状态，其功率因数不再为单位功率因数；因而，为求电流环传输曲线，这里需要将内环电流关于参考电流的表达式进行分段考虑；
当变流器进入稳定工作状态时，控制环误差量占控制电压的主导部分，则有：
由公式(6)(8)可推出，在dq同步旋转坐标系下时，当系统调制比m＞1时，控制电压vd,q将达到的饱和值：
又根据系统状态方程的公式(3)(4)，令其微分值为零，可得控制电压vd,q的饱和值同时也满足公式：
vd,saturated＝ωlLiq-Rsid+vd (11)
vq,saturated＝-ωlLid-Rsiq+vq (12)
则联立式(9)-(12)可得过调制状态下的内环电流id、iq关于id,ref的表达式；因其表达式较为复杂，这里将其简写为方程id＝hd(id,ref)及iq＝hq(id,ref)，由此可得内环电流关于对电流参考值的方程：
由功率平衡方程，可以得出稳态下的电流传输方程，为简化方程，系统损失仅考虑电感等效电阻部分：
Pload＝Pinput-Ploss (15)
由公式(13)便可以画出d轴电流id与参考电流id,ref的传递关系曲线，由传递关系曲线可知，随着参考电流id,ref的增大，d轴电流id随之增大并达到最大值，其后与参考电流呈反比；对公式(13)求导即可算出d轴电流id最大值：
id,max＝hd(h'd(id,ref)＝0) (17)
根据d轴电流最大值，可以知道交流电流最大幅值，那么继而可以确定出能承受故障的IGBT开关器件的电压和电流等级；
B2：根据系统的双环控制框图，对系统进行电压外环分析，并得出电压环稳定性判据；
根据并网系统的控制框图，可知电流参考值由以下方程给出：
id,ref＝gv(ev) (18)
ev＝Vdc,ref-vdc (19)
gv(ev)＝kpev+ki∫evdt (20)
结合公式(3)(13)(14)(18)可以得到电压环路的状态方程：
对方程进行线性化处理，得出其小信号模型：
其中vdc可近似为Vdc,ref，根据公式 可以得到：
则外环电压的特征方程为：
对此电压环特征方程求解，可以得出外环电压特征方程的根轨迹，根据根轨迹中是否有特征根处于右半平面，判断系统是否稳定；
C：计算出电网扰动下变流器关于关键参数的韧性边界条件，从而判断此变流器是否耐受该故障类型，对变流器韧性进行评估；
首先根据电容上的能量方程、能量损失表达式及电容上的全响应方程可以得出故障时间内vdc随时间的变换函数，然后推出变流器韧性评估解析方程，接着通过变流器韧性评估解析表达式的正负性，确定出扰动的韧性边界条件，从而判断变流器自身韧性能否承受该类故障；
故障出现后，并网侧电压vsd的降低造成有功功率损失，无法满足负载的功率需求，电容上的能量会被消耗以补充这种损失；可以列出电容上的能量方程为：
其中Vdc0代表故障发生时t0时刻的直流电压幅值，Vdc1代表故障结束时t1时候的直流电压幅值，Eloss为有功功率损失对故障时间的积累；
根据以上故障过程分析，可知并网侧电压vsd会在极短时间内降至接近0V，为了简化计算，可将其视作在t0瞬降至0V，则能量损失可以表示为：
Eloss＝vsdid(t1-t0) (26)
其中并网侧电压vsd及d轴电流均为故障发生时t0时刻的电压、电流，即其值为稳态时的幅值；
根据电容上的全响应方程，有：
联立公式(25)-(27)可以得出故障时间内vdc随时间的变换函数；
则根据公式(18)可以得出参考电流在故障时间段随时间的变换函数：
id,ref(t)＝gv(ev)＝gv(Vdc,ref-vdc(t)) (28)
由此，可以给出变流器韧性评估解析方程：
其中u>0，表明变流器自身韧性能承受该类故障；而u<0，表明变流器自身韧性不能承受该类故障；通过变流器韧性评估解析方程，可以作出在故障深度为60％，故障持续时间为
50ms时，以包括电压环路增益kvp，负载RL，功率损耗等效电阻Rs以及直流母线电压C的变流器韧性关键参数为坐标系的变流器韧性边界曲线；
D：在变流器对故障不具耐受能力时，可返回初始设计对变流器参数进行反复修改，终可得到满足耐受电网故障的设计方案；
为进一步阐释变流器韧性评估方法的正确性，在MATLAB/simulink仿真平台中，变压器、电源及阻抗模块搭建三相交流电网系统，该系统包含公共电网，传输线，断路器，非理想变压器，各级母线，待研究的三相电压源变流器，其中采用通用桥式电路构建三相电压源型变流器，并搭建电压电流双环控制；三相电压源型变流器参数如表2所示；
表2三相电压源型变流器参数
通过逐周期仿真对系统的响应进行仿真验证，通过改变变流器韧性关键参数，可以由仿真波形分析出变流器韧性的变化趋势，其参数改变对变流器韧性影响如表3所示；可以发现当变流器采用不同的设计参数时，对于故障的耐受程度是不同的，表3的结果与变流器韧性评估解析方程绘制出的变流器韧性边界曲线结果一致，这也验证了电网故障下并网变流器韧性评估方法的正确性；
表3参数改变对变流器韧性影响
一种电网故障下并网变流器韧性评估方法
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