本发明主要针对光伏和储能设备接入铁路牵引供电系统下的单相变流器的稳定性进行分析，提出一种构网型单相变流器的稳定性提升方法。
背景技术：
1、随着能源、交通行业的快速发展，使得光伏和储能设备构成的新能源发电系统接入铁路牵引供电系统成为未来的主要发展趋势。不同于三相电力系统供电方式，电气化铁路牵引供电系统采用单相ac27.5kv方式，光伏和储能设备基于单相变流器(dc/ac)和变压器接入单相ac27.5kv牵引供电母线较为适配，是未来光伏和储能设备接入铁路牵引供电系统的主要技术路线之一。单相变流器作为光伏和储能设备接入电气化铁路牵引供电系统的核心设备和关键环节，能否稳定运行直接决定系统运行的可靠性和安全性，甚至影响光伏和储能设备接入电气化铁路牵引供电系统的进程。
2、在现有技术中，主要聚焦含高比例新能源三相电力系统下三相变流器稳定性进行研究，而关于单相变流器的稳定性研究较少。现有技术中关于变流器的稳定性研究多聚焦在定性分析上，无法精准判断控制参数和线路参数对系统稳定性的量化影响，也没有给出参数的稳定阈值，对于如何选择合适的参数来提高系统的稳定性带来应用障碍，使得实际指导意义不足。
3、公布号为cn116799861a的发明专利公开了“构网型双面光伏系统控制器参数优化方法、系统及设备”，该专利中虽然给出了控制器参数优化方法以及优化的参数，但仍以三相变流器为研究对象，该专利中在对系统整体的状态空间模型构建时，着重研究光伏并对光伏进行建模，并且是基于vsg控制策略进行系统的建模。在对系统稳定性的影响分析时，只分析了光照强度变化对系统稳定性的影响，忽略了其他影响因素，对于影响稳定性的控制参数的优化并不全面，并且也没有给出明确的参数稳定范围。
技术实现思路
1、本发明针对光伏和储能设备接入铁路牵引供电系统的拓扑结构中的构网型单相变流器的稳定性进行研究，全面分析了系统各环节的参数变化对系统稳定性的影响，通过引入参与因子找出影响稳定性的主导状态变量，并给出了参数运行稳定状态下的范围，基于所获得的参数范围，以系统运行于弱电网下为控制目标，提出一种自适应稳定性提升方法。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
3、一种构网型单相变流器的稳定性提升方法，采用lc滤波方式的单相变流器的构网特性是基于功率下垂控制和电压电流双闭环控制来实现，具体稳定性提升方法如下：
4、步骤1)获得影响系统稳定性的各个主导状态变量在系统运行于稳定状态下的取值范围，主导状态变量包括电流环比例系数kip、电流环积分系数kii、电压环比例系数kvp、电压环积分系数kvi、低通滤波器截止频率ωc、延时时间常数τ、有功下垂系数m、无功下垂系数n、线路电感lg、线路电阻rg；以系统的短路比scr表示电网强弱程度，当0.1＜scr＜1表示极弱电网，当1≤scr≤3表示弱电网，当3＜scr＜8.5表示强电网，以处于弱电网下系统运行稳定为控制目标；
5、步骤2)根据步骤1)中所获得的弱电网下的取值范围，在控制系统中分别输入kip、kii、kvp、kvi、ωc、τ对应于弱电网下的值，而m、n、lg、rg则输入对应的初始值；
6、步骤3)判断系统的电网强弱程度，以电网处于弱电网下为控制目标，对于处于极弱电网下时，通过增加容性阻抗来调整系统的线路阻抗，对于处于强电网下时，通过增加感性阻抗来调整系统的线路阻抗，直至将系统调整到弱电网下；
7、步骤4)根据步骤1)中的取值范围判断系统是否处于稳定运行状态，若各个主导状态变量均在稳定取值范围内，则系统运行稳定，结束控制程序；反之，则系统不稳定，需通过软件补偿方式为m增加δm，为n增加δn，直至系统运行稳定后结束控制程序。
8、进一步，所述步骤3)和步骤4)的具体判断过程如下：
9、(1)首先判断系统是否处于极弱电网下：
10、若处于极弱电网下，则通过硬件补偿方式为线路阻抗增加容性阻抗，然后再判断系统是否已经处于弱电网下，若仍未处于弱电网下，则继续增加容性阻抗，直至系统处于弱电网下为止；若已经处于弱电网下，则根据步骤1)中的取值范围判断系统是否稳定，若处于稳定运行状态，则结束控制程序，若未处于稳定运行状态，则通过软件补偿方式为m增加δm，为n增加δn，然后重新判断系统是否运行于稳定状态，直至系统稳定后结束控制程序；
11、若未处于极弱电网下，再判断是否处于强电网下；
12、(2)若上述(1)中判断处于强电网下，则通过硬件补偿方式为线路阻抗增加感性阻抗，然后再判断系统是否已经处于弱电网下，若仍未处于弱电网下，则继续增加感性阻抗，直至系统处于弱电网下为止；若已经处于弱电网下，则根据步骤1)中的取值范围判断系统是否稳定，若处于稳定运行状态，则结束控制程序，若未处于稳定运行状态，则通过软件补偿方式为m增加δm，为n增加δn，然后重新判断系统是否运行于稳定状态，直至系统稳定后结束控制程序；
13、若上述(1)中判断未处于强电网下，而已经处于弱电网下，则根据步骤1)中的取值范围判断系统是否稳定，若处于稳定运行状态，则结束控制程序，若未处于稳定运行状态，则通过软件补偿方式为m增加δm，为n增加δn，然后重新判断系统是否运行于稳定状态，直至系统稳定后结束控制程序。
14、进一步，所述步骤1)中，各个主导状态变量在弱电网下的取值范围如下：kip：>0.1；kii：<6002；kvp：>0.02；kvi：<34300；ωc：<15rad/s；
15、τ：<1×10-3s；mp：＜2.52×10-6；nq：＜2.43×10-3；
16、lg(h)：(3.03×10-4，1.11×10-3)；
17、rg(ω)：(1×10-5，2×10-2)。
18、进一步，各个主导状态变量在弱电网下的取值范围确定方法具体如下：
19、步骤1)构建构网型单相变流器全阶模型；
20、步骤2)基于全阶模型的状态矩阵a，计算状态矩阵a的特征根；
21、步骤3)根据特征根的根轨迹分布判断系统的稳定性，并基于全阶模型下所计算出的特征根求解出对应的参与因子，参与因子用于反映出系统各个状态变量对各个特征根的参与程度；
22、步骤4)基于参与因子大小，结合单相变流器的实例仿真结果，确定电网不同强弱程度下影响系统稳定性的主导状态变量；
23、步骤5)分别针对功率环、电压环、电流环、lc滤波环节和通讯延时环节各自对应的主导状态变量进行分析，通过改变各个主导状态变量的大小，观察根轨迹的变化，从而获得各个主导状态变量在电网不同强弱程度下的取值范围。
24、进一步，所述全阶模型表达式如下：
25、
26、上式中，为状态向量构成矩阵的导数，a为状态矩阵，b为输入矩阵，δx为状态向量构成的矩阵，δu为输入向量矩阵；
27、其中小扰动状态变量如下：
28、[δx]＝[δθ δild δilq δiod δioq δvod δvoq δvin,d δvin,q δiin,d δiin,q δp δq δxd1 δxd2 δxd3 δxd4]t
29、上式中，δθ为网侧与变流器侧坐标系之间的角度差，δild为滤波电感电流d轴状态变量，δilq为滤波电感电流q轴状态变量，δiod为d轴输出电流状态变量，δioq为q轴输出电流状态变量，δvod为d轴输出电压状态变量，δvoq为q轴输出电压状态变量，δvin,d为d轴输入电压状态变量，δvin,q为q轴输入电压状态变量，δiin,d为d轴输入电流状态变量，δiin,q为q轴输入电流状态变量，δp为经过低通滤波器后的有功功率状态变量，δq为经过低通滤波器后的无功功率状态变量，δxd1、δxd2、δxd3、δxd4分别为延时环节对应的四个状态变量；
30、其中状态矩阵a如下，状态矩阵a中，各个参数含义如下：
31、vod0为d轴电压在稳定工作点处的值，voq0为q轴电压在稳定工作点处的值，lg为线路电感，rf为电阻，kip为电流环的比例系数，lf为滤波电感，cf为滤波电容，f为电流前馈系数，rg为线路电阻，ω为变流器输出角频率，ωc为低通滤波器的截止频率，kvp表示电压环的比例系数，θ为功率环产生的角频率ω积分后的角度，iod0为d轴电流在稳定工作点处的值，ioq0为q轴电流在稳定工作点处的值，kvi表示电压环的积分系数，kii表示电流环的积分系数，mp为有功下垂系数，ild0为滤波电感电流d轴在稳定工作点处的值，ilq0为滤波电感电流q轴在稳定工作点处的值，nq为无功下垂系数，τ为延时时间常数；
32、
33、本发明在对构网型单相变流器的稳定性分析时，充分考虑了功率环、电压环、电流环、线路阻抗等环节的参数变化对系统稳定性的影响，在分析过程中，考虑到构网型单相变流器对弱电网有较好的小信号稳定性，但随着电网强度的增加其小信号稳定性会降低，甚至可能有发生次/超同步振荡的风险从而造成失稳。因此，本发明将弱电网作为运行控制目标，基于各个主导状态变量在弱电网下的取值范围对系统稳定性进行自适应调整，对于系统不在弱电网范围时，则通过柔性硬件补偿和软件补偿的方式，使系统重新运行在弱网下，达到对系统的稳定性控制。本发明提升的稳定性提升方法，适用于各种电网强度，控制技术难度低，应用价值高，具有较高的技术推广价值。
1.一种构网型单相变流器的稳定性提升方法，其特征在于，采用lc滤波方式的单相变流器的构网特性是基于功率下垂控制和电压电流双闭环控制来实现，具体稳定性提升方法如下：
2.根据权利要求1所述的一种构网型单相变流器的稳定性提升方法，其特征在于：所述步骤3)和步骤4)的具体判断过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种构网型单相变流器的稳定性提升方法，其特征在于：所述步骤1)中，各个主导状态变量在弱电网下的取值范围如下：kip：>0.1；kii：<6002；kvp：>0.02；kvi：<34300；ωc：<15rad/s；τ：<1×10-3s；mp：＜2.52×10-6；nq：＜2.43×10-3；lg(h)：(3.03×10-4，1.11×10-3)；
4.根据权利要求3所述的一种构网型单相变流器的稳定性提升方法，其特征在于：各个主导状态变量在弱电网下的取值范围确定方法具体如下：
5.根据权利要求4所述的一种构网型单相变流器的稳定性提升方法，其特征在于：所述全阶模型表达式如下：
