基于李雅普諾夫函數的帶鎖相環的VSC大擾動穩定性判據

李宇駿，華鳳林，陸藝源，張 謙，杜正春

基于李雅普諾夫函數的帶鎖相環的VSC大擾動穩定性判據

李宇駿1，華鳳林1，陸藝源1，張 謙2，杜正春1

(1.西安交通大學電力工程系，陜西 西安 710049；2.國網山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001)

對于帶鎖相環的并網VSC大擾動穩定性問題，首先依據VSC的內環電流控制和外環功率控制響應速度差異得到簡化二階非線性模型，然后分別定義了兩個李雅普諾夫函數。第一個李雅普諾夫函數具有清晰的動能和勢能概念，但推導的穩定域較小，第二個李雅普諾夫函數推導的穩定域較大但缺乏清晰的物理概念。最后結合這兩個李雅普諾夫函數，得到實用的穩定性判據，兼具明確的物理意義和較寬的穩定域。如果在系統最后一次動作時已知鎖相環狀態量，則可以預測系統穩定性。仿真結果驗證了該判據的正確性。

并網VSC；鎖相環；大擾動穩定性；Lyapunov函數

0 引言

以太陽能和風能為代表的可再生能源在電力系統中的占比不斷增大。可再生能源通常是換流器接入的發電設備(converter interfaced generation, CIG)，與同步發電機不同，CIG運行狀態與其控制模式密切相關，這可能導致系統在遭受干擾時的運動軌跡與傳統的運動軌跡有很大的不同[1]。VSC的控制主要包括內環電流控制、外環功率控制和鎖相環(phase-locked loop, PLL)控制三部分，已有研究發現，在小擾動或因故障等原因引起的大擾動下，PLL可能會導致系統振蕩，嚴重威脅高比例可再生能源電力系統的穩定性[2-3]。文獻[4]發現當PLL無法跟蹤電網相位時，風電場可能在嚴重短路故障下跳閘。……