基于构网型储能变流器阻尼补偿的弱电网稳定性提升方法与流程

本发明涉及电力电子变流器并网系统的稳定性控制领域，更具体地说，它涉及基于构网型储能变流器阻尼补偿的弱电网稳定性提升方法，适用于新能源高渗透率背景下含冲击性牵引负荷的源网荷储多端口系统。

背景技术：

1、随着新能源发电渗透率的持续攀升以及电气化铁路冲击性负荷的大量接入，电力系统呈现出高比例可再生能源和高比例电力电子设备的“双高”特性，电网结构逐步弱化，其惯性和短路容量显著下降；在弱电网条件下，构网型储能变流器虽然能够为系统提供电压和频率支撑，但由于“源网荷储”多端口系统中多类型变流器拓扑结构差异明显、控制环节各异，各子系统之间阻抗特性复杂交互，极易引发宽频振荡等稳定性问题，严重威胁系统的安全稳定运行。

2、目前，针对多类型变流器接入的源网荷储系统，其公共连接点（point of commoncoupling，pcc）难以准确定位，导致系统统一建模困难，稳定裕度评估缺乏有效手段；同时，现有稳定性提升方法多针对单一类型变流器，缺乏对源网荷储多端口系统参数敏感度的系统分析，难以实现有限储能容量下阻尼补偿的优化配置。

3、因此，亟需一种能够准确建立“源网荷储”多变流器异构系统模型、评估系统宽频稳定裕度、并实现自适应阻尼补偿的稳定性提升方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于构网型储能变流器阻尼补偿的弱电网稳定性提升方法，能够在有限储能容量条件下实现阻尼的优化配置，有效抑制弱电网下源网荷储多端口系统的宽频振荡，显著提升系统在新能源高渗透率及冲击性牵引负荷叠加场景下的运行稳定性。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，本技术提供了基于构网型储能变流器阻尼补偿的弱电网稳定性提升方法，包括以下具体步骤：

4、考虑多个子系统变流器在不同拓扑结构及不同控制环节导致的阻抗矩阵差异，分别建立各子系统的阻抗矩阵模型，多个系统至少包括新能源电源、牵引供电系统与储能系统；

5、基于各子系统的实际接入情况并考虑多节点接入导致的网络阻抗矩阵变化，根据各个阻抗矩阵模型建立源网荷储多变流器异构多端口系统的联合广义短路比模型；

6、基于联合广义短路比模型，对源网荷储多变流器异构多端口系统进行宽频稳定性分析，获得影响系统稳定性的关键参数；

7、根据建立的各个阻抗矩阵模型和联合广义短路比模型，基于各个关键参数分析有源阻尼增益系数对系统稳定性的影响规律，并确定最优阻尼增益系数；

8、基于确定的最优阻尼增益系数并考虑构网型储能直流电压波动幅值，根据波动幅值建立虚拟阻抗增益，并对虚拟阻抗增益进行进一步提升稳定性的自适应调整。

9、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

10、进一步，上述阻抗矩阵模型通过以下方式建立：

11、针对新能源电源变流器、牵引供电系统变流器和储能系统变流器，分别考虑各自的控制结构和主电路参数，控制结构至少包括锁相环、功率外环、电压环、电流环，主电路参数至少包括滤波电感、滤波电容、网侧电感；

12、采用小信号谐波线性化方式建立各变流器在dq旋转坐标系下的阻抗矩阵模型。

13、进一步，上述联合广义短路比模型基于利用广义短路比理论建立，联合广义短路比模型具体为：

14、；

15、式中，为第个变流器端口的广义短路比，为端口的交流系统短路容量，为端口的等效容量，为额定电压，为端口的自阻抗，为端口与端口之间的互阻抗，为端口的额定功率。

16、进一步，上述影响系统稳定性的关键参数通过以下方式获得：

17、对联合广义短路比模型进行特征值分解，计算所有特征值的实部和虚部，定位实部最接近零的主导特征值以确定主导相角裕度；

18、采用链式求导法计算各控制参数和网络参数对系统稳定裕度的敏感度并按敏感度大小排序，将敏感度最大的一个或多个确定为影响系统稳定性的关键参数。

19、进一步，上述最优阻尼增益系数通过以下方式获得：

20、以构网型储能变流器的有源阻尼增益系数为自变量，在预设范围内以固定步长扫描，计算每个取值下系统特征值分布和阻尼比变化，并绘制阻尼比随有源阻尼增益系数变化的曲线，将系统阻尼比最大时所对应的系数确定为最优阻尼增益系数。

21、进一步，上述方法还包括：

22、对最优阻尼增益系数进行自适应阻尼补偿控制，具体为：

23、根据实时检测的系统运行状态通过查表法或在线插值法调整最优阻尼增益系数，系统运行状态包括并网点电压幅值、频率偏差、有功功率波动幅值；包括：

24、当系统发生宽频振荡时增大最优阻尼增益系数以增强阻尼；

25、当系统稳定运行时减小最优阻尼增益系数以降低损耗。

26、进一步，上述对虚拟阻抗增益进行进一步提升稳定性的自适应调整，具体为：

27、；

28、式中，和分别为直流电压波动幅值的第一阈值和第二阈值，且第一阈值小于第二阈值；为直流电压波动幅值。

29、第二方面，本技术提供了基于构网型储能变流器阻尼补偿的弱电网稳定性提升系统，应用于第一方面中任一项的基于构网型储能变流器阻尼补偿的弱电网稳定性提升方法，包括：

30、阻抗模型建立模块，用于考虑多个子系统变流器在不同拓扑结构及不同控制环节导致的阻抗矩阵差异，分别建立各子系统的阻抗矩阵模型，多个系统至少包括新能源电源、牵引供电系统与储能系统；

31、联合广义短路比模型建立模块，用于基于各子系统的实际接入情况并考虑多节点接入导致的网络阻抗矩阵变化，根据各个阻抗矩阵模型建立源网荷储多变流器异构多端口系统的联合广义短路比模型；

32、宽频稳定性分析模块，用于基于联合广义短路比模型，对源网荷储多变流器异构多端口系统进行宽频稳定性分析，获得影响系统稳定性的关键参数；

33、最优系数确定模块，用于根据建立的各个阻抗矩阵模型和联合广义短路比模型，基于各个关键参数分析有源阻尼增益系数对系统稳定性的影响规律，并确定最优阻尼增益系数；

34、阻抗增益调整模块，用于基于确定的最优阻尼增益系数并考虑构网型储能直流电压波动幅值，根据波动幅值建立虚拟阻抗增益，并对虚拟阻抗增益进行进一步提升稳定性的自适应调整。

35、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器和数据总线；

36、其中，处理器与存储器通过数据总线完成相互间的通信；存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令以执行如第一方面中任一项的基于构网型储能变流器阻尼补偿的弱电网稳定性提升方法。

37、第四方面，本技术提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面中任一项的基于构网型储能变流器阻尼补偿的弱电网稳定性提升方法。

38、与现有技术相比，本发明至少具有以下的有益效果：

39、1）本发明提出了“源网荷储”多变流器异构多端口系统的联合广义短路比建模方法，有效解决了多类型变流器接入时pcc难以确定、统一建模困难的技术难题，为系统稳定裕度评估提供了模型基础。

40、2）本发明通过特征值分解和链式求导参数敏感度分析方法，实现了“源网荷储”多端口系统宽频振荡的主导特征值定位和关键参数识别，能够准确评估系统在不同工况下的稳定裕度。

41、3）本发明提出了基于有源阻尼增益系数优化配置的自适应阻尼补偿控制方法，可在有限储能容量条件下实现阻尼的最优分配，有效抑制宽频振荡，提升弱电网条件下系统的稳定性。

42、4）本发明提出了基于直流电压波动幅值的虚拟阻抗自适应调整策略，能够根据储能系统实际运行状态动态调节虚拟阻抗增益，实现稳定性和运行效率的协调优化。