基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法和裝置，其中，方法包括：獲取阻抗模型；根據(jù)阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型；采用串并聯(lián)結(jié)合星三角變換等網(wǎng)絡(luò)等值方法對阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行聚合得到阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的聚合阻抗；根據(jù)聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。該方法提供了次同步振蕩建模與穩(wěn)定分析的新方法，可以簡單高效判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和振蕩特性。
【專利說明】
基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同 步振蕩分析方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)電力電子化程度日益加深的趨勢下，電力電子變流技術(shù)不僅改變 電網(wǎng)一次設(shè)備的形態(tài)，而且其特有的多尺度序貫控制機(jī)制和低慣性寬頻帶響應(yīng)特性，正顯 著改變電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，帶來新的穩(wěn)定性問題。近年來，尤其W風(fēng)電、光伏等變流電源 大規(guī)模接入電網(wǎng)引起的新型次同步振蕩（Subsynchronous 0scillation，SS0)問題尤為突 出。此外，變流器式恒功率負(fù)載在次同步頻率上體現(xiàn)的負(fù)電阻特性，相鄰變流器的鎖相環(huán) (PLL)回路禪合，W及變流器控制參與濾波電路和電網(wǎng)構(gòu)成的串/并聯(lián)諧振回路，都可能激 發(fā)次同步振蕩風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)種海量變流器裝置(風(fēng)電、光伏、逆變器等)-電網(wǎng)相互作用引發(fā)的新 型次同步振蕩嚴(yán)重威脅現(xiàn)代電網(wǎng)的設(shè)備安全、系統(tǒng)穩(wěn)定和用電質(zhì)量，在我國已成為制約風(fēng) 光等新能源大規(guī)模消納的瓶頸因素。
[0003] 針對電力系統(tǒng)電力電子化帶來的穩(wěn)定性問題的分析方法大多沿用傳統(tǒng)的電磁暫 態(tài)仿真、特征值分析或簡化條件下的阻抗分析方法。目前廣泛應(yīng)用的電磁暫態(tài)仿真軟件(如 PSCAD，EMTP)只支持單一步長（固定速率）的建模與分析，難W兼顧精度與效率W實(shí)現(xiàn)多變 流器、復(fù)雜交直流網(wǎng)絡(luò)、海量工況下的時(shí)域仿真;傳統(tǒng)的特征值分析方法面臨維數(shù)災(zāi)問題， 難W適用于包括數(shù)千臺變流器、數(shù)萬個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際大電網(wǎng)。近年來，廣泛應(yīng)用于電力電子設(shè) 備和電力系統(tǒng)相互作用研究的阻抗模型分析法提供了新思路。在實(shí)際應(yīng)用中，阻抗模型具 有W下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1)經(jīng)推導(dǎo)可W得到各子系統(tǒng)的阻抗模型和整體系統(tǒng)阻抗模型，且物理意 義相對明確;2)改變系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，僅影響某個(gè)或幾個(gè)子系統(tǒng)的阻抗模型，對整體阻抗模型影 響小;3)可采用基于阻抗模型的Nyquist穩(wěn)定判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性，形象直觀。簡化條件下 的阻抗分析方法為了推導(dǎo)方便，對系統(tǒng)中控制器的控制策略也做了相應(yīng)的簡化，忽略了部 分控制器的動(dòng)態(tài)特性。雖然運(yùn)些簡化操作有利于系統(tǒng)阻抗模型的建立，卻帶來了不容忽視 的分析誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)問題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方 法，該方法提供了次同步振蕩建模與穩(wěn)定分析的新方法，可W簡單高效判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性 和振蕩特性。
[0006] 本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提出了一種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析裝置。
[0007] 為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例提出的一種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同 步振蕩分析方法，包括W下步驟:獲取阻抗模型;根據(jù)所述阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立 阻抗網(wǎng)絡(luò)模型;采用串并聯(lián)結(jié)合星=角變換等網(wǎng)絡(luò)等值方法對所述阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行化簡 得到所述阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的聚合阻抗;根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。
[000引本發(fā)明實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法，首先獲取阻抗模型， 接著根據(jù)阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型，再采用串并聯(lián)結(jié)合星=角變換等 網(wǎng)絡(luò)等值方法對阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行聚合得到阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的聚合阻抗，最后根據(jù)聚合阻抗 分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。該方法提供了次同步振蕩建模與穩(wěn)定分析的新方法，可W簡 單高效判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和振蕩特性。
[0009] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法還可W 具有如下附加的技術(shù)特征：
[0010] 在一些示例中，所述獲取阻抗模型具體包括:采用小信號模型分析法，首先建立各 組件的小信號狀態(tài)方程模型，W組件i出口處電壓和電流為接口變量，每個(gè)組件線性化的狀 態(tài)方程模型可整理為標(biāo)準(zhǔn)形式
，其中，A表示增量計(jì)算；A Xi表示除 端口電壓、電流外的其他狀態(tài)變重增重列問重；Aiii、A ii分別表示端口電壓、電流增量列向 量;au表示相應(yīng)維度的系數(shù)矩陣;i，j G I = {1，2，3}，下標(biāo)i表示第i個(gè)組件;通過拉普拉斯變 換，所述狀態(tài)方程模型在S域內(nèi)的代數(shù)方程模型表示為
. 其中，S表示拉普拉斯算子;通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到組件i出口處電壓A Ui和電流Aii之間的關(guān) 系，如下式：Aui(S) = Zi(S) . Aii(S),其中，Zi(S)表示組件i的等效阻抗模型。
[0011] 在一些示例中，當(dāng)組件i為單端口網(wǎng)絡(luò)組件，所述Zi(S)為單一傳遞函數(shù)；當(dāng)組件i 為多端口網(wǎng)絡(luò)組件，所述Zi(S)為傳遞函數(shù)矩陣。
[0012] 在一些示例中，根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩的方法包括:頻率特性 分析法、聚合化C串聯(lián)電路分析法、零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法。
[0013] 在一些示例中，根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)次同步振蕩的方法為頻率特性分析法 時(shí)，分析所述聚合阻抗的實(shí)部虛部隨頻率變化曲線，當(dāng)所述聚合阻抗的虛部存在過零點(diǎn)且 過零點(diǎn)位于次同步頻率范圍內(nèi)時(shí)，如果對應(yīng)的實(shí)部為正值，則次同步振蕩具有正阻尼，次同 步振蕩收斂，如果對應(yīng)實(shí)部為零或負(fù)值，則次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持 續(xù)或發(fā)散;根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)次同步振蕩的方法為聚合化C串聯(lián)電路分析法時(shí)，將 聚合阻抗的模型聚合為一個(gè)等效二階化C串聯(lián)電路，當(dāng)R大于0時(shí)，次同步振蕩具有正阻尼， 次同步振蕩穩(wěn)定，當(dāng)R小于等于加寸，次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā) 散;根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩的方法為零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法時(shí)，計(jì)算所述 聚合阻抗的零極點(diǎn)，當(dāng)且僅當(dāng)所述聚合阻抗的零極點(diǎn)實(shí)部全部為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)所述聚 合阻抗的零極點(diǎn)具有正實(shí)部時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。
[0014] 為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二方面實(shí)施例提出的一種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次 同步振蕩分析裝置，包括:獲取模塊，用于獲取阻抗模型;建立模塊，用于根據(jù)所述阻抗模型 通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型；聚合模塊，用于采用串并聯(lián)結(jié)合星=角變換等網(wǎng)絡(luò) 等值方法對所述阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行聚合得到所述阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的聚合阻抗;分析模塊，用 于根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析裝置，首先獲取模塊獲取阻 抗模型，接著建立模塊根據(jù)阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型，再聚合模塊采 用串并聯(lián)結(jié)合星=角變換等網(wǎng)絡(luò)等值方法對阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行聚合得到阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的 聚合阻抗，最后分析模塊根據(jù)聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。該方法提供了次同步 振蕩建模與穩(wěn)定分析的新方法，可W簡單高效判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和振蕩特性。
[0016] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析裝置還可W 具有如下附加的技術(shù)特征：
[0017] 在一些示例中，所述獲取模塊具體用于:采用小信號模型分析法，首先建立各組件 的小信號狀態(tài)方程模型，W組件i出口處電壓和電流為接口變量，每個(gè)組件線性化的狀態(tài)方 程模型可整理為標(biāo)準(zhǔn)形式
.其中，A表示增量計(jì)算；A Xi表示除端口 電壓、電流外的其他狀態(tài)變量增量列向量；Aui、Aii分別表示端口電壓、電流增量列向量； aij表示相應(yīng)維度的系數(shù)矩陣;i，j G I = {1，2，3}，下標(biāo)i表示第i個(gè)組件;通過拉普拉斯變換， 所述狀態(tài)方程模型在S域內(nèi)的代數(shù)方程模型表示為：
，其 中，S表示拉普拉斯算子;通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到組件i出口處電壓A Ui和電流A ii之間的關(guān)系， 如下式：Aui(S) = Zi(S) . Aii(S),其中，Zi(S)表示組件i的等效阻抗模型。
[0018] 在一些示例中，當(dāng)組件i為單端口網(wǎng)絡(luò)組件，所述Zi(S)為單一傳遞函數(shù)；當(dāng)組件i 為多端口網(wǎng)絡(luò)組件，所述Zi(S)為傳遞函數(shù)矩陣。
[0019] 在一些示例中，所述分析模塊的分析方法包括:頻率特性分析法、聚合化C串聯(lián)電 路分析法、零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法。
[0020] 在一些示例中，所述分析模塊的分析方法為頻率特性分析法時(shí)，分析所述聚合阻 抗的實(shí)部虛部隨頻率變化曲線，當(dāng)所述聚合阻抗的虛部存在過零點(diǎn)且過零點(diǎn)位于次同步頻 率范圍內(nèi)時(shí)，如果對應(yīng)的實(shí)部為正值，則次同步振蕩具有正阻尼，次同步振蕩穩(wěn)定，如果對 應(yīng)實(shí)部為零或負(fù)值，則次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā)散;所述分析 模塊的分析方法為聚合化C串聯(lián)電路分析法時(shí)，將聚合阻抗的模型聚合為一個(gè)等效二階化C 串聯(lián)電路，當(dāng)R大于0時(shí)，次同步振蕩具有正阻尼，次同步振蕩收斂，當(dāng)R小于等于0時(shí)，次同步 振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā)散;所述分析模塊的分析方法為零極點(diǎn)穩(wěn) 定性分析法時(shí)，計(jì)算所述聚合阻抗的零極點(diǎn)，當(dāng)且僅當(dāng)所述聚合阻抗的零極點(diǎn)實(shí)部全部為 負(fù)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定;當(dāng)所述聚合阻抗的零極點(diǎn)具有正實(shí)部時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。
[0021] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0022] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0023] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法的流程 圖；
[0024] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電力電子化電力系統(tǒng)的示意圖；
[0025] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的阻抗網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；
[0026] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的等效聚合過程示意圖；
[0027] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電力電子化電力系統(tǒng)聚合阻抗的阻抗（實(shí)部、虛 部)-頻率特性曲線；
[0028] 圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析裝置的結(jié)構(gòu) 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0030] 本發(fā)明提出了電力電子化電力系統(tǒng)的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法 和裝置，即將變流器裝置等效為輸入-輸出阻抗模型，之后與系統(tǒng)聯(lián)立為阻抗網(wǎng)絡(luò)，并將阻 抗網(wǎng)絡(luò)逐步聚合為一個(gè)阻抗，通過分析阻抗的頻率特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)SSO穩(wěn)定特性的判定。
[0031] 下面參考附圖描述本發(fā)明實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法和 裝置。
[0032] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法的流程 圖。
[0033] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法包括W下 步驟：
[0034] 步驟101，獲取阻抗模型。
[0035] 具體地，電力電子裝置及其它電力系統(tǒng)組件暫態(tài)模型和全尺度的控制模型，分析電 力電子化電力系統(tǒng)中各組件的內(nèi)部構(gòu)成和連接關(guān)系，對于電力電子化電力系統(tǒng)中各種組件，S 域下N端口組件的輸入電壓和輸入電流的關(guān)系如下；
轉(zhuǎn)為矩陣向量形式為:V(s)=Z(s)I(s)。
[0036] 其中，Vi(S)、Ii(s)為N端組件的第i個(gè)端口電壓和端口電流;Zu(S)為阻抗矩陣對 應(yīng)端口間的阻抗，具有W下形式：
[0037] 其中，其中：Z(s)為阻抗矩陣，Z(S)取決于組件類型、內(nèi)部元器件的連接關(guān)系及其 控制系統(tǒng)。對于單端口網(wǎng)絡(luò)組件，Z(S)為單一傳遞函數(shù)形式;對于多端口網(wǎng)絡(luò)組件，Z(S)為 傳遞函數(shù)的矩陣。
[0038] 需要說明的是，為了獲取電力電子化電力系統(tǒng)各組件的阻抗模型，可W采用但不 限于小信號模型分析法、模型辨識法。
[0039] 舉例而言，采用小信號模型分析法，首先建立各組件的小信號狀態(tài)方程模型，W組 件i出口處電壓和電流為接口變量，每個(gè)組件線性化的狀態(tài)方程模型可整理為標(biāo)準(zhǔn)形式：
，其中，A表示增量計(jì)算；A Xi表示除端口電壓、電流外的其他狀態(tài)變 量增量列向量；Aui、Aii分別表示端口電壓、電流增量列向量;ai康示相應(yīng)維度的系數(shù)矩 陣；ijGl = {l，2,3}，下標(biāo)i表示第i個(gè)組件。
[0040] 通過拉普拉斯變換，所述狀態(tài)方程模型在S域內(nèi)的代數(shù)方程模型表示為：
，其中，S表示拉普拉斯算子。
[0041 ] 通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到組件i出口處電壓Am和電流Aii之間的關(guān)系，如下式：Am(S) = Zi(S) ? Aii(S),其中，Zi(S)表示組件i的等效阻抗模型。
[0042] 步驟102,根據(jù)阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型。
[0043] 具體地，結(jié)合圖2詳細(xì)說明，如圖2所示，W某含海量變流器裝置的大型交直流電力 系統(tǒng)為例，在特定工況下進(jìn)行潮流計(jì)算，得到各個(gè)組件端口電氣參數(shù)，依據(jù)前述建模方法獲 取各個(gè)組件的阻抗后，采用元件互聯(lián)方法(Component Connection Method,CCM)構(gòu)建系統(tǒng) 整體的阻抗網(wǎng)絡(luò)模型。即在原有電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將各個(gè)組件采用其阻抗模型 來代替，具有電氣連接關(guān)系的組件阻抗之間采用理想線路連接，從而將各阻抗聯(lián)立起來即 可得到如圖3所示的阻抗網(wǎng)絡(luò)模型。
[0044] 在建模過程中，可依據(jù)一定原則進(jìn)行等值，如風(fēng)力發(fā)電廠風(fēng)機(jī)類型且工況一致的 機(jī)組可采用單一大容量等值機(jī)組來等效，W簡化運(yùn)算，但一般不對其風(fēng)機(jī)內(nèi)部控制系統(tǒng)進(jìn) 行簡化。
[0045] 步驟103,采用串并聯(lián)結(jié)合星=角變換等網(wǎng)絡(luò)等值方法對阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行聚合 得到阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的聚合阻抗。
[0046] 具體地，得到電力電子化電力系統(tǒng)阻抗網(wǎng)絡(luò)模型后，對阻抗網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡?；?時(shí)，可W根據(jù)阻抗元件之間的連接關(guān)系，采用串并聯(lián)結(jié)和星=角網(wǎng)絡(luò)變換的方法進(jìn)行化簡； 還可W通過阻抗矩陣間的變換計(jì)算進(jìn)行化簡。最后得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的聚合阻抗，其表達(dá)式一 般為比較復(fù)雜的傳遞函數(shù)形式。
[0047] 舉例說明：圖3所示為圖2含多變流器裝置的大型交直流電力系統(tǒng)阻抗網(wǎng)絡(luò)模型， 經(jīng)過圖4所示化簡過程后得到整個(gè)系統(tǒng)的聚合阻抗Z(s)。首先將大電網(wǎng)1阻抗與HVD邱且抗串 聯(lián)、光伏電廠阻抗與線路1阻抗串聯(lián)、風(fēng)場阻抗與線路2阻抗串聯(lián)、變流器式負(fù)荷阻抗與線路 6阻抗串聯(lián)，即
[004引阻抗社(.、'卿阻抗端"山餅聯(lián)后與線路3阻抗串聯(lián)，即
+ 之。(.、'）。
[0049] 阻抗馬(S)、阻抗而，(,、')與阻抗瑞(S)并聯(lián)，即.
[0050] 線路4阻抗、線路5阻抗與聯(lián)結(jié)線路阻抗進(jìn)行S角-星形變換，即

[00引]阻抗《如)與阻抗Zyi(S)串聯(lián)、阻抗Zy2(s)與大電網(wǎng)2阻抗Zs2(s)串聯(lián)、阻抗Zs2(s) 與大電網(wǎng)3阻抗Zs3(s)串聯(lián)，良
[0化2] 阻抗之^.2(句與阻抗^ 6
[00對阻抗Z Y ( S )與阻抗巧如）串聯(lián)后得到系統(tǒng)聚合阻抗Z ( S )，即
[0054] 步驟104,根據(jù)聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。
[0055] 具體地，在得到電力電子化電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗后，可W采用多種方法進(jìn)行 穩(wěn)定性及振蕩特性分析，典型的如頻率特性分析法、聚合化C串聯(lián)電路分析法、零極點(diǎn)穩(wěn)定 性分析法、（廣義)Nyquist穩(wěn)定性分析法等。
[0056] 例如，零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析方法。獲取系統(tǒng)聚合阻抗Z(S)的傳遞函數(shù)后，可W采取零 極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即計(jì)算系統(tǒng)聚合阻抗Z(S)的零極點(diǎn)，通過判斷聚合 阻抗Z( S)零極點(diǎn)的實(shí)部和虛部特征判斷系統(tǒng)的振蕩特性。
[0057] 當(dāng)且僅當(dāng)聚合阻抗Z(S)的零極點(diǎn)實(shí)部全部為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)聚合阻抗Z(S)的 零極點(diǎn)具有正實(shí)部時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。特別地，當(dāng)聚合阻抗Z(S)某個(gè)或某幾個(gè)零極點(diǎn)的虛部對 應(yīng)諧振頻率位于次同步頻率范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)存在發(fā)生SSO的可能性，若此時(shí)對應(yīng)零極點(diǎn)實(shí)部 為負(fù)，SSO收斂;若對應(yīng)零極點(diǎn)實(shí)部非負(fù)，存在持續(xù)或發(fā)散SSO風(fēng)險(xiǎn)。
[0058] 例如，頻率特性分析法。對電力電子化電力系統(tǒng)頻域聚合阻抗Z(S)進(jìn)行頻率特性 分析，可W采用聚合阻抗Z(S)實(shí)部、虛部隨頻率變化特性分析。
[0059] 分析聚合阻抗Z(S)實(shí)部虛部隨頻率變化曲線，當(dāng)聚合阻抗Z(S)虛部存在過零點(diǎn)且 過零點(diǎn)位于次同步頻率范圍內(nèi)時(shí)，若此時(shí)其對應(yīng)的實(shí)部為正值，表明SSO具有正阻尼，SSO穩(wěn) 定，若對應(yīng)實(shí)部為零或負(fù)值，表明SSO具有零阻尼或負(fù)阻尼，SSO持續(xù)振蕩或發(fā)散。
[0060] 如圖5所示為某電力電子化電力系統(tǒng)某工況下聚合阻抗實(shí)部虛部隨頻率變化曲 線，可W看到，虛部曲線過零點(diǎn)對應(yīng)頻率位于次同步頻率范圍內(nèi)，且對應(yīng)頻率下實(shí)部為負(fù) 值，故此工況下SSO具有負(fù)阻尼，SSO不穩(wěn)定。
[0061] 例如，聚合化C串聯(lián)電路分析法。通過分析系統(tǒng)聚合阻抗Z(S)實(shí)部虛部頻率特性曲 線后，可得到系統(tǒng)諧振頻率在串聯(lián)諧振頻率附近{> |〇《I W-WrKhKh為很小的正常 數(shù)），將等效阻抗模型Z(S)聚合為一個(gè)等效二階化C串聯(lián)電路。其中，等效電阻R取Z(j COr)的 實(shí)部，而等效電感L和等效電容C的參數(shù)值可W通過在諧振頻率點(diǎn)鄰域內(nèi)通過非線性參數(shù)擬 合優(yōu)化方法(如采用最小二乘法)計(jì)算得到，將聚合阻抗模型進(jìn)一步等效為聚合化C電路。
[0062] 基于得到的聚合二階電路參數(shù)，可W計(jì)算二階電路的阻尼和振蕩頻率(即SSO阻尼 和頻率），進(jìn)而開展量化SSO分析，其計(jì)算公式如下：
[0063] 由此，當(dāng)R〉0時(shí)，SSO具有正阻尼，SSO穩(wěn)定;反之，SSO具有零阻尼或負(fù)阻尼，SSO持續(xù) 振蕩或發(fā)散。
[0064] 與上述實(shí)施例提供的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法相對應(yīng)，本發(fā)明的 一種實(shí)施例還提供一種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析裝置，由于本發(fā)明實(shí)施例提供 的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法與上述幾種實(shí)施例提供的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型 的次同步振蕩分析方法具有相同或相似的技術(shù)特征，因此在前述基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同 步振蕩分析方法的實(shí)施方式也適用于本實(shí)施例提供的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分 析裝置，在本實(shí)施例中不再詳細(xì)描述。如圖6所示，該基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析 裝置可包括:獲取模塊10、建立模塊20、聚合模塊30和分析模塊40。
[0065] 其中，獲取模塊10用于獲取阻抗模型。
[0066] 建立模塊20用于根據(jù)阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型。
[0067] 聚合模塊30用于采用串并聯(lián)結(jié)合星=角變換等網(wǎng)絡(luò)等值方法對阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn) 行聚合得到阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的聚合阻抗。
[0068] 分析模塊40用于根據(jù)聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。
[0069] 在一些示例中，獲取模塊10具體用于:采用小信號模型分析法，首先建立各組件的 小信號狀態(tài)方程模型，W組件i出口處電壓和電流為接口變量，每個(gè)組件線性化的狀態(tài)方程 模型可整理為標(biāo)準(zhǔn)形式
，其中，A表示增量計(jì)算；A Xi表示除端口電 壓、電流外的其他狀態(tài)變量增量列向量；A ui、A ii分別表示端口電壓、電流增量列向量;aij 表示相應(yīng)維度的系數(shù)矩陣；i，j G I = {1，2，3}，下標(biāo)i表示第i個(gè)組件。
[0070] 通過拉普拉斯變換，狀態(tài)方程模型在S域內(nèi)的代數(shù)方程模型表示為：
庚中，S表示拉普拉斯算子。
[0071] 通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到組件i出口處電壓Am和電流Aii之間的關(guān)系，如下式：Am(S) = Zi(S) ? Aii(S),其中，Zi(S)表示組件i的等效阻抗模型。
[0072] 在一些示例中，當(dāng)組件i為單端口網(wǎng)絡(luò)組件，所述Zi(S)為單一傳遞函數(shù)。當(dāng)組件i 為多端口網(wǎng)絡(luò)組件，所述Zi(S)為傳遞函數(shù)矩陣。
[0073] 在一些示例中，分析模塊40的分析方法包括:頻率特性分析法、聚合化C串聯(lián)電路 分析法、零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法。
[0074] 在一些示例中，分析模塊40的分析方法為頻率特性分析法時(shí)，分析聚合阻抗的實(shí) 部虛部隨頻率變化曲線，當(dāng)聚合阻抗的虛部存在過零點(diǎn)且過零點(diǎn)位于次同步頻率范圍內(nèi) 時(shí)，如果對應(yīng)的實(shí)部為正值，則次同步振蕩具有正阻尼，次同步振蕩穩(wěn)定，如果對應(yīng)實(shí)部為 零或負(fù)值，則次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā)散。
[0075] 分析模塊40的分析方法為聚合化C串聯(lián)電路分析法時(shí)，將聚合阻抗的模型聚合為 一個(gè)等效二階化C串聯(lián)電路，當(dāng)R大于0時(shí)，次同步振蕩具有正阻尼，次同步振蕩穩(wěn)定，當(dāng)R小 于等于加寸，次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā)散。
[0076] 分析模塊的分析方法為零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法時(shí)，計(jì)算聚合阻抗的零極點(diǎn)，當(dāng)且僅 當(dāng)聚合阻抗的零極點(diǎn)實(shí)部全部為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)聚合阻抗的零極點(diǎn)具有正實(shí)部時(shí)，系統(tǒng) 不穩(wěn)定。
[0077] 本發(fā)明不僅適用于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)次同步振蕩分析，而且適用于包含大量電力電 子裝備的電力系統(tǒng)，尤其是對于風(fēng)、光發(fā)電滲透率高的電力系統(tǒng)，提供了一種次同步振蕩建 模與穩(wěn)定分析的新方法。阻抗模型是一種外特性模型，對于因各種理由（如制造廠家保密需 要)無法提供內(nèi)部控制系統(tǒng)模型和參數(shù)的電力裝備來說，提供了一種精確而不設(shè)及裝備內(nèi) 部私密信息的表述方法，而且可W通過辨識方法來確定模型的階數(shù)和參數(shù)。由于阻抗便于 采用簡單的電路變換(如串并聯(lián)、星形角變換)來實(shí)現(xiàn)化簡和聚合，從而克服了傳統(tǒng)小信 號狀態(tài)方程建模面臨的維數(shù)災(zāi)難題。將阻抗網(wǎng)絡(luò)聚合成單一阻抗后，可采用簡單的阻抗零 極點(diǎn)、阻抗-頻率特性等來量化判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和振蕩特性，具有物理含義明確，簡潔高 效的優(yōu)點(diǎn)。
[0078] 本發(fā)明實(shí)施例的基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析裝置，首先獲取模塊獲取阻 抗模型，接著建立模塊根據(jù)阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型，再聚合模塊采 用串并聯(lián)結(jié)合星=角變換等網(wǎng)絡(luò)等值方法對阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行聚合得到阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的 聚合阻抗，最后分析模塊根據(jù)聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩。該方法提供了次同步振蕩 建模與穩(wěn)定分析的新方法，可W簡單高效判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和振蕩特性。
[0079] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能 理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第 一"、"第二"的特征可W明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個(gè)" 的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，=個(gè)等，除非另有明確具體的限定。
[0080] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不 必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可W在任 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中W合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可W將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例W及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié) 合和組合。
[0081] 流程圖中或在此W其他方式描述的任何過程或方法描述可W被理解為，表示包括 一個(gè)或更多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部 分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可W不按所示出或討論的順 序，包括根據(jù)所設(shè)及的功能按基本同時(shí)的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，運(yùn)應(yīng)被本發(fā)明 的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
[0082] 本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可W理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步 驟是可W通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可W存儲于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介 質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。
[0083] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可W理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可W對上述 實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取阻抗模型； 根據(jù)所述阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型； 采用串并聯(lián)結(jié)合星三角變換等網(wǎng)絡(luò)等值方法對所述阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行聚合得到所述 阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的聚合阻抗； 根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。2. 如權(quán)利要求1所述的次同步振蕩分析方法，其特征在于，所述獲取阻抗模型具體包 括： 采用小信號模型分析法，首先建立各組件的小信號狀態(tài)方程模型，以組件i出口處電壓 和電流為接口變量，每個(gè)組件線性化的狀態(tài)方程模型可整理為標(biāo)準(zhǔn)形式：，其中，△表示增量計(jì)算；△ Xi表示除端口電壓、電流外的其他狀態(tài)變 量增量列向量；△ m、△ ii分別表示端口電壓、電流增量列向量;aij表示相應(yīng)維度的系數(shù)矩 陣；i，jei = {l，2,3}，下標(biāo)i表示第i個(gè)組件；誦忖始輿始fif亦施未狀態(tài)方程模型在s域內(nèi)的代數(shù)方程模型表示為： 其中，s表示拉普拉斯算子； 通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到組件i出口處電壓A U1和電流Ai1之間的關(guān)系，如下式：Au1(S)=Z1 (s) · Aii(S)，其中，Zi(S)表示組件i的等效阻抗模型。3. 如權(quán)利要求2所述的次同步振蕩分析方法，其特征在于，當(dāng)組件i為單端口網(wǎng)絡(luò)組件， 所述Z1(S)為單一傳遞函數(shù)； 當(dāng)組件i為多端口網(wǎng)絡(luò)組件，所述Z1(S)為傳遞函數(shù)矩陣。4. 如權(quán)利要求1所述的次同步振蕩分析方法，其特征在于，根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng) 的次同步振蕩的方法包括:頻率特性分析法、聚合RLC串聯(lián)電路分析法、零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析 法。5. 如權(quán)利要求4所述的次同步振蕩分析方法，其特征在于， 根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)次同步振蕩的方法為頻率特性分析法時(shí)，分析所述聚合阻 抗的實(shí)部虛部隨頻率變化曲線，當(dāng)所述聚合阻抗的虛部存在過零點(diǎn)且過零點(diǎn)位于次同步頻 率范圍內(nèi)時(shí)，如果對應(yīng)的實(shí)部為正值，則次同步振蕩具有正阻尼，次同步振蕩收斂，如果對 應(yīng)實(shí)部為零或負(fù)值，則次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā)散； 根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)次同步振蕩的方法為聚合RLC串聯(lián)電路分析法時(shí)，將聚合 阻抗的模型聚合為一個(gè)等效二階RLC串聯(lián)電路，當(dāng)R大于O時(shí)，次同步振蕩具有正阻尼，次同 步振蕩收斂，當(dāng)R小于等于〇時(shí)，次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā)散； 根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)次同步振蕩的方法為零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法時(shí)，計(jì)算所述聚 合阻抗的零極點(diǎn)，當(dāng)且僅當(dāng)所述聚合阻抗的零極點(diǎn)實(shí)部全部為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)所述聚合 阻抗的零極點(diǎn)具有正實(shí)部時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。6. -種基于阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的次同步振蕩分析裝置，其特征在于，包括： 獲取模塊，用于獲取阻抗模型； 建立模塊，用于根據(jù)所述阻抗模型通過元件互聯(lián)方法建立阻抗網(wǎng)絡(luò)模型； 聚合模塊，用于采用串并聯(lián)結(jié)合星三角變換等網(wǎng)絡(luò)等值方法對所述阻抗網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行 聚合得到所述阻抗網(wǎng)絡(luò)模型的聚合阻抗； 分析模塊，用于根據(jù)所述聚合阻抗分析系統(tǒng)的次同步振蕩特性。7. 如權(quán)利要求6所述的次同步振蕩分析裝置，其特征在于，所述獲取模塊具體用于： 采用小信號模型分析法，首先建立各組件的小信號狀態(tài)方程模型，以組件i出口處電壓 和電流為接口變量，每個(gè)組件線性化的狀態(tài)方程模型可整理為標(biāo)準(zhǔn)形式：_其中，△表示增量計(jì)算；△ Xi表示除端口電壓、電流外的其他狀態(tài)變 量增量列向量；△ m、△ ii分別表示端口電壓、電流增量列向量;aij表示相應(yīng)維度的系數(shù)矩 陣；i，jel = {l，2,3}，下標(biāo)i表示第i個(gè)組件； 通過拉普拉斯變換，所述狀態(tài)方程模型在s域內(nèi)的代數(shù)方程模型表示為：其中，s表示拉普拉斯算子； 通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到組件i出口處電壓A U1和電流Ai1之間的關(guān)系，如下式：Au1(S)=Z1 (s) · Aii(S)，其中，Zi(S)表示組件i的等效阻抗模型。8. 如權(quán)利要求7所述的次同步振蕩分析裝置，其特征在于，當(dāng)組件i為單端口網(wǎng)絡(luò)組件， 所述Z1(S)為單一傳遞函數(shù)； 當(dāng)組件i為多端口網(wǎng)絡(luò)組件，所述Z1(S)為傳遞函數(shù)矩陣。9. 如權(quán)利要求6所述的次同步振蕩分析裝置，其特征在于，所述分析模塊的分析方法包 括:頻率特性分析法、聚合RLC串聯(lián)電路分析法、零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法。10. 如權(quán)利要求9所述的次同步振蕩分析裝置，其特征在于， 所述分析模塊的分析方法為頻率特性分析法時(shí)，分析所述聚合阻抗的實(shí)部虛部隨頻率 變化曲線，當(dāng)所述聚合阻抗的虛部存在過零點(diǎn)且過零點(diǎn)位于次同步頻率范圍內(nèi)時(shí)，如果對 應(yīng)的實(shí)部為正值，則次同步振蕩具有正阻尼，次同步振蕩穩(wěn)定，如果對應(yīng)實(shí)部為零或負(fù)值， 則次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā)散； 所述分析模塊的分析方法為聚合RLC串聯(lián)電路分析法時(shí)，將聚合阻抗的模型聚合為一 個(gè)等效二階RLC串聯(lián)電路，當(dāng)R大于0時(shí)，次同步振蕩具有正阻尼，次同步振蕩穩(wěn)定，當(dāng)R小于 等于0時(shí)，次同步振蕩具有零阻尼或負(fù)阻尼，次同步振蕩持續(xù)或發(fā)散； 所述分析模塊的分析方法為零極點(diǎn)穩(wěn)定性分析法時(shí)，計(jì)算所述聚合阻抗的零極點(diǎn)，當(dāng) 且僅當(dāng)所述聚合阻抗的零極點(diǎn)實(shí)部全部為負(fù)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；當(dāng)所述聚合阻抗的零極點(diǎn)具有 正實(shí)部時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。
【文檔編號】G06F17/50GK106021682SQ201610320261
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】謝小榮, 劉華坤
【申請人】清華大學(xué)