一种经变流器并网电源的稳定性分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种经变流器并网电源的稳定性分析方法，涉及非线性系统优化技术领域包括：构建经变流器并网电源的非线性模型；基于非线性模型，利用埃尔米特多项式算法构建观测空间基底函数；利用观测空间基底函数，将非线性模型从状态空间映射到观测空间；根据映射到观测空间的非线性模型，确定传递算子；基于传递算子构建李雅普诺夫函数；根据李雅普诺夫函数确定经变流器并网电源的稳定域；利用稳定域对经变流器并网电源进行稳定性分析。本发明专利技术基于传递算子构建李雅普诺夫函数，提高了稳定域的确定精度，进而提高了经变流器并网电源稳定性分析的准确度，为经变流器并网电源的稳定性优化奠定了基础。优化奠定了基础。优化奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种经变流器并网电源的稳定性分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及非线性系统优化
，特别是涉及一种经变流器并网电源的稳定性分析方法及系统。

技术介绍

[0002]随着经变流器并网电源的不断发展，传统的火电机组将会被逐渐取代，风电场与光伏电站将会在电力系统电源侧广泛投建。但风电和光伏发电进行电能变换的主要装置均基于电力电子技术，该技术具有所具有的小惯性、出力随机性和出力波动性等特性都会对系统稳定性产生危害，同时也对系统的谐波抑制、孤岛检测和逆变器可靠性有一定影响。由于新能源并网系统同步动力学模型不仅要考虑锁相环的锁相同步动态，还需要考虑变流器与其他控制回路之间，或多个新能源电源之间，或新能源电源与电网中其他机组之间耦合作用对同步稳定的影响。经变流器并网电源模型具有高维和强非线性的特点，李雅普诺夫直接法是研究非线性系统稳定性的经典方法，但模型驱动的李雅普诺夫函数解析构造方法在研究高维、强非线性模型时确定的稳定域精度低，降低了非线性系统稳定性分析的准确性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种经变流器并网电源的稳定性分析方法及系统，基于传递算子构建李雅普诺夫函数，提高了稳定域的确定精度，进而提高了经变流器并网电源稳定性分析的准确度，为经变流器并网电源的稳定性优化奠定了基础。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种经变流器并网电源的稳定性分析方法，包括：
[0006]构建经变流器并网电源的非线性模型；
[0007]基于所述非线性模型，利用埃尔米特多项式算法构建观测空间基底函数；
[0008]利用所述观测空间基底函数，将所述非线性模型从状态空间映射到观测空间；
[0009]根据映射到观测空间的非线性模型，确定传递算子；
[0010]基于所述传递算子构建李雅普诺夫函数；
[0011]根据所述李雅普诺夫函数确定所述经变流器并网电源的稳定域；
[0012]利用所述稳定域对经变流器并网电源进行稳定性分析。
[0013]可选的，所述构建经变流器并网电源的非线性模型，包括：
[0014]构建经变流器并网电源的中变流器锁相环的锁相同步动态方程组；
[0015]将所述锁相同步动态方程组进行坐标变换，得到经变流器并网电源的非线性模型。
[0016]可选的，所述锁相同步动态方程组为：
[0017][0018]所述非线性模型为：
[0019]其中，为变流器的虚拟功角δ的微分；为变流器虚拟功角的转速ω的微分；k
p
为锁相环PI控制器的比例系数；k
i
为锁相环PI控制器的积分系数；X
g
为变流器连接电网的电抗；R
g
为变流器连接电网的电阻；ω
s
表示交流系统的角频率，为变流器的d轴电流参考值；为变流器的q轴电流参考值；U
g
为无穷大电网电压；δ为变流器的虚拟功角；为第一坐标变换参数x1的微分；x1＝δ；为第二坐标变换参数x2的微分；x2＝ω；为第三坐标变换参数x3的微分；x3＝sinδ；为第四坐标变换参数x4的微分；x4＝cosδ。
[0020]可选的，所述观测空间基底函数为：
[0021][0022]所述传递算子为：
[0023]所述李雅普诺夫函数为：
[0024]其中，G为观测空间基底函数；K为传递算子；X
lift
为非线性模型的第一状态空间轨迹矩阵X映射到观测空间后的第一观测矩阵X
lift
的；为第一观测矩阵X
lift
的伪逆矩阵；Y
lift
为非线性模型的第二状态空间轨迹矩阵Y映射到观测空间后的第二观测矩阵；V(x)为李雅普诺夫函数；为传递算子的特征函数；为传递算子的特征函数；为传递算子K特征根λ
j
对应的左特征向量；G(x)为变量x对应的观测空间基底函数。
[0025]可选的，所述根据所述李雅普诺夫函数确定所述经变流器并网电源的稳定域，包括：
[0026]对所述李雅普诺夫函数求导，得到李雅普诺夫导数函数；
[0027]将所述李雅普诺夫导数函数小于0的轨迹集合确定为待定阈值区域；
[0028]确定所述待定阈值区域内李雅普诺夫函数的最大水平集为稳定域阈值；
[0029]确定李雅普诺夫函数的所有水平集中大于稳定域阈值的水平集对应的轨迹集合为稳定域。
[0030]一种经变流器并网电源的稳定性分析系统，包括：
[0031]非线性模型构建模块，用于构建经变流器并网电源的非线性模型；
[0032]观测空间基底函数构建模块，用于基于所述非线性模型，利用埃尔米特多项式算法构建观测空间基底函数；
[0033]映射模块，用于利用所述观测空间基底函数，将所述非线性模型从状态空间映射到观测空间；
[0034]传递算子确定模块，用于根据映射到观测空间的非线性模型，确定传递算子；
[0035]李雅普诺夫函数构建模块，用于基于所述传递算子构建李雅普诺夫函数；
[0036]稳定域确定模块，用于根据所述李雅普诺夫函数确定所述经变流器并网电源的稳定域；
[0037]稳定性分析模块，用于利用所述稳定域对经变流器并网电源进行稳定性分析。
[0038]可选的，所述非线性模型构建模块包括：
[0039]锁相同步动态方程组构建单元，用于构建经变流器并网电源的中变流器锁相环的锁相同步动态方程组；
[0040]非线性模型构建单元，用于将所述锁相同步动态方程组进行坐标变换，得到经变流器并网电源的非线性模型。
[0041]可选的，所述锁相同步动态方程组为：
[0042][0043]所述非线性模型为：
[0044]其中，为变流器的虚拟功角δ的微分；为变流器虚拟功角的转速ω的微分；k
p
为锁相环PI控制器的比例系数；k
i
为锁相环PI控制器的积分系数；X
g
为变流器连接电网的电抗；R
g
为变流器连接电网的电阻；ω
s
表示交流系统的角频率，为变流器的d轴电流参考值；为变流器的q轴电流参考值；U
g
为无穷大电网电压；δ为变流器的虚拟功角；为第一坐标变换参数x1的微分；x1＝δ；为第二坐标变换参数x2的微分；x2＝ω；为第三坐标变换参数x3的微分；x3＝sinδ；为第四坐标变换参数x4的微分；x4＝cosδ。
[0045]可选的，所述观测空间基底函数为：
[0046][0047]所述传递算子为：
[0048]所述李雅普诺夫函数为：
[0049]其中，G为观测空间基底函数；K为传递算子；X
lift
为非线性模型的第一状态空间轨迹矩阵X映射到观测空间后的第一观测矩阵X
lift
的；为第一观测矩阵X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种经变流器并网电源的稳定性分析方法，其特征在于，包括：构建经变流器并网电源的非线性模型；基于所述非线性模型，利用埃尔米特多项式算法构建观测空间基底函数；利用所述观测空间基底函数，将所述非线性模型从状态空间映射到观测空间；根据映射到观测空间的非线性模型，确定传递算子；基于所述传递算子构建李雅普诺夫函数；根据所述李雅普诺夫函数确定所述经变流器并网电源的稳定域；利用所述稳定域对经变流器并网电源进行稳定性分析。2.根据权利要求1所述的一种经变流器并网电源的稳定性分析方法，其特征在于，所述构建经变流器并网电源的非线性模型，包括：构建经变流器并网电源的中变流器锁相环的锁相同步动态方程组；将所述锁相同步动态方程组进行坐标变换，得到经变流器并网电源的非线性模型。3.根据权利要求2所述的一种经变流器并网电源的稳定性分析方法，其特征在于，所述锁相同步动态方程组为：所述非线性模型为：其中，为变流器的虚拟功角δ的微分；为变流器虚拟功角的转速ω的微分；k
p
为锁相环PI控制器的比例系数；k
i
为锁相环PI控制器的积分系数；X
g
为变流器连接电网的电抗；R
g
为变流器连接电网的电阻；ω
s
表示交流系统的角频率，为变流器的d轴电流参考值；为变流器的q轴电流参考值；U
g
为无穷大电网电压；δ为变流器的虚拟功角；为第一坐标变换参数x1的微分；x1＝δ；为第二坐标变换参数x2的微分；x2＝ω；为第三坐标变换参数x3的微分；x3＝sinδ；为第四坐标变换参数x4的微分；x4＝cosδ。4.根据权利要求3所述的一种经变流器并网电源的稳定性分析方法，其特征在于，所述观测空间基底函数为：
所述传递算子为：所述李雅普诺夫函数为：其中，G为观测空间基底函数；K为传递算子；X
lift
为非线性模型的第一状态空间轨迹矩阵X映射到观测空间后的第一观测矩阵X
lift
的；为第一观测矩阵X
lift
的伪逆矩阵；Y
lift
为非线性模型的第二状态空间轨迹矩阵Y映射到观测空间后的第二观测矩阵；V(x)为李雅普诺夫函数；为传递算子的特征函数；为传递算子的特征函数；为传递算子K特征根λ
j
对应的左特征向量；G(x)为变量x对应的观测空间基底函数。5.根据权利要求1所述的一种经变流器并网电源的稳定性分析方法，其特征在于，所述根据所述李雅普诺夫函数确定所述经变流器并网电源的稳定域，包括：对所述李雅普诺夫函数求导，得到李雅普诺夫导数函数；将所述李雅普诺夫导数函数小于0的轨迹集合确定为待定阈值区域；确定所述待定阈值区域内李雅普诺夫函数的最大水平集为稳定域阈值；确定李雅普诺夫函数的所有水平集中大于稳定域阈值的水平集对应的轨迹集合为稳定域。6.一种经变流器并网电源的稳定性分析系统，其特征在于，包括：非线性模型构建模块，用于构建经变流器并网电源的非线性模型；观测空间基底函数构建模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑乐，徐衍会，李庚银，徐式蕴，李宗翰，孙华东，赵兵，刘鑫，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：