本發(fā)明涉及一種小干擾穩(wěn)定性評估方法，尤其是涉及電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的評估方法。
背景技術：
：隨著新能源的快速發(fā)展，光伏發(fā)電、風力發(fā)電等新能源在電力結構中比重越來越大，多新能源接入同一受端交流電網(wǎng)不可避免，且新能源大量利用電力電子設備接入電網(wǎng)，這些電氣距離較近的新能源和交流受端電網(wǎng)一起構成電力電子多饋入電力系統(tǒng)。當饋入交流電網(wǎng)的電力電子設備數(shù)量和容量增多后，交流系統(tǒng)相對變?nèi)?、強度降低，導致電力電子設備間的耦合及它們與系統(tǒng)間的強耦加劇，進而可能會引起整個系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩問題。如何準確評估電力電子設備接入后的交流電網(wǎng)的強度，反映多饋入系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，對保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關重要。研究中常用短路比指標來刻畫電壓源型變換器(VSC)、LCC直流、風機等單一電力電子設備饋入交流系統(tǒng)時受端交流電網(wǎng)的強度和系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性：SCR越大，受端交流電網(wǎng)越強，系統(tǒng)越穩(wěn)定；反之系統(tǒng)越不穩(wěn)定。但已有研究均局限于電力電子單饋入電力系統(tǒng)，如何在電力電子多饋入電力系統(tǒng)中定義短路比指標并對小干擾穩(wěn)定性進行刻畫依然是極大的挑戰(zhàn)之一。相比單設備并網(wǎng)的單機系統(tǒng)穩(wěn)定問題，多個設備并網(wǎng)的穩(wěn)定分析是個多機系統(tǒng)穩(wěn)定問題，目前大部分分析還只能依賴仿真。但由于多饋入系統(tǒng)是一類特殊的多機系統(tǒng)，其特點在于并網(wǎng)設備具有高度相似性，因此可以使用解析法對這類系統(tǒng)進行研究。為此，針對多饋入系統(tǒng)，現(xiàn)有研究提出了多饋入短路比的概念，其初衷是多機系統(tǒng)降階為單機系統(tǒng)進行解析分析。如，CIGRE定義的傳統(tǒng)直流多饋入交直流系統(tǒng)的多饋入短路比，其核心思想是將其他饋入的折算到某一條直流，進而利用單饋入短路比思路分析受端系統(tǒng)的電壓支撐強度和電壓靜態(tài)穩(wěn)定特性。2015年提出的多饋入交直流系統(tǒng)的廣義短路比概念進一步解決了多饋入短路比物理意義不明確的缺陷，使得多饋入交直流系統(tǒng)的強弱區(qū)分度和單饋入系統(tǒng)一樣明確然而，現(xiàn)有的廣義短路比概念是基于多饋入傳統(tǒng)直流的靜態(tài)電壓穩(wěn)定問題而導出的，只能處理傳統(tǒng)直流的零頻段的分岔問題。針對常見的電力電子(如風電、光伏以及輕型直流等所采用的VSC型電力電子設備)多饋入交流系統(tǒng)則并不適用，也無法用于分析系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定特性。技術實現(xiàn)要素：為解決上述問題，提出了一種電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性評估方法，可使廣義短路比的物理意義明確，即將廣義短路比與電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定直接聯(lián)系起來，并能準確評估電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術方案采用如下步驟：1)由電力電子多饋入電力系統(tǒng)中的電力電子設備參數(shù)獲得電力電子設備基準容量對角矩陣S，將電力電子設備基準容量對角矩陣S轉換為逆矩陣S-1，由電力電子多饋入電力系統(tǒng)的受端交流電網(wǎng)通過戴維南等效得到等值導納矩陣B，將逆矩陣S-1與等值導納矩陣B相乘得到擴展雅克比矩陣Jeq；2)根據(jù)擴展雅克比矩陣Jeq的特征值將電力電子多饋入電力系統(tǒng)等效為n個電力電子單饋入電力系統(tǒng)，n表示系統(tǒng)中電力電子設備的總數(shù)，并得到電力電子多饋入電力系統(tǒng)的廣義短路比gSCR；3)根據(jù)電力電子多饋入電力系統(tǒng)的廣義短路比gSCR判斷電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。將電力電子多饋入電力系統(tǒng)和電力電子單饋入電力系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程對比，認為可以將電力電子多饋入電力系統(tǒng)能等效為n個電力電子單饋入電力系統(tǒng)，具體原理為：將電力電子n饋入系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程可看作n個單饋入系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的乘積，由電力電子多饋入電力系統(tǒng)計算得到的特征值可以由n個等效的電力電子單饋入電力系統(tǒng)計算得到的特征值近似代替，且誤差很小。因此可以使用最弱的等效的電力電子單饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性來評估電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。所述步驟2)中的根據(jù)擴展雅克比矩陣Jeq的特征值將電力電子多饋入電力系統(tǒng)等效為n個電力電子單饋入電力系統(tǒng)，具體為：2.1)通過對擴展雅克比矩陣Jeq特征值分解，得到擴展雅克比陣Jeq的特征矩陣diag{λ1,λ2,…,λn}；2.2)根據(jù)擴展雅克比陣Jeq的特征值矩陣diag{λ1,λ2,…,λn}將電力電子多饋入電力系統(tǒng)等效為n個電力電子單饋入電力系統(tǒng)，以特征值矩陣diag{λ1,λ2,…,λn}中的各個特征值λ1,λ2,…,λn作為n個電力電子單饋入電力系統(tǒng)各自的交流電網(wǎng)傳輸線的導納，電力電子單饋入電力系統(tǒng)中的各個電力電子設備除導納以外的其余參數(shù)與原電力電子多饋入電力系統(tǒng)中相同。取所述擴展雅克比陣Jeq的特征矩陣diag{λ1,λ2,…,λn}的最小特征值作為電力電子多饋入電力系統(tǒng)的廣義短路比gSCR。所述的步驟3)具體為：以電力電子多饋入電力系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的廣義短路比gSCR作為電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR，并將電力電子單饋入電力系統(tǒng)的臨界短路比CSCR與獲得的電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR相等，采用以下方式判斷：當電力電子多饋入電力系統(tǒng)實際運行時的廣義短路比gSCR小于電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR時，電力電子多饋入電力系統(tǒng)的最弱特征值阻尼比小于0，是小干擾不穩(wěn)定；當電力電子多饋入電力系統(tǒng)實際運行時的廣義短路比gSCR大于電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR時，電力電子多饋入電力系統(tǒng)的最弱特征值阻尼比大于0，是小干擾穩(wěn)定系統(tǒng)；當電力電子多饋入電力系統(tǒng)實際運行時的廣義短路比gSCR等于電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR時，電力電子多饋入電力系統(tǒng)的最弱特征值阻尼比等于0，是小干擾臨界穩(wěn)定系統(tǒng)。并通過實際運行的廣義短路比gSCR與臨界廣義短路CgSCR的差值反映電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定裕度，差值越大，小干擾穩(wěn)定裕度越大。所述的電力電子多饋入電力系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時的廣義短路比gSCR取為電力電子多饋入電力系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程實部為0時對應特征值下的廣義短路比gSCR。所述電力電子多饋入電力系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程是通過小干擾穩(wěn)定分析方法中雅可比傳遞函數(shù)矩陣的頻域建模方法建立得到，具體表示為以下公式：其中，GPθ(s)、GPU(s)、GQθ(s)、GQU(s)表示電力電子設備雅可比傳遞函數(shù)矩陣的元素，s表示拉普拉斯算子，符號表示Kronecker積，S表示電力電子設備基準容量對角矩陣，ω0表示同步旋轉速度，表示電力電子設備饋入點電壓對角矩陣，B表示節(jié)點導納矩陣，diag(Pi)表示電力電子設備輸出有功功率對角矩陣，diag(Qi)表示電力電子設備輸出的無功功率對角矩陣,det表示矩陣的行列式。假設電力電子設備是相似的，即各電力電子設備的控制方式和運行點相同，控制參數(shù)在各自基準容量下的標么值相同，因此本發(fā)明通過特征值分解進行解耦。所述步驟2.1)中對擴展雅克比矩陣Jeq特征值分解具體采用以下公式表示：W-1JeqW＝diag{λ1,λ2,…,λn}其中，W為擴展雅克比矩陣的右特征向量矩陣，diag{λ1,λ2,…,λn}為擴展雅克比矩陣的特征值矩陣。本發(fā)明上述步驟涉及的計算表示如下：A、電力電子設備基準容量對角矩陣S采用以下公式表示：S＝diag(S1,S2,...,Sn)其中，S1,S2,...,Sn分別為第一臺電力電子設備到第n臺電力電子設備的額定容量。B、電力電子設備饋入點電壓對角矩陣采用以下公式表示：其中，U1,U2,...,Un分別為第一臺電力電子設備到第n臺電力電子設備饋入點的電壓。C、等值導納矩陣B采用以下公式表示：其中，Bij為等效導納矩陣元素。D、電力電子設備輸出有功功率對角矩陣diag(Pi)采用以下公式表示：diag(Pi)＝diag(P1,P2,...,Pn)其中，P1,P2,...,Pn分別為第一臺電力電子設備到第n臺電力電子設備有功功率輸出。E、電力電子設備輸出無功功率對角矩陣diag(Qi)采用以下公式表示：diag(Qi)＝diag(Q1,Q2,...,Qn)其中，Q1,Q2,...,Qn分別為第一臺電力電子設備到第n臺電力電子設備無功功率輸出、F、擴展雅克比矩陣Jeq采用以下公式表示：Jeq＝-S-1B其中，B為等值導納矩陣，S-1為電力電子設備基準容量對角矩陣S的逆矩陣。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠與電力電子單饋入電力系統(tǒng)統(tǒng)一起來，提出新定義了一種廣義短路比，使廣義短路比的物理意義明確，即與電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定直接聯(lián)系起來，并能準確判斷電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，可應用于電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性評估。本發(fā)明方法簡便有效，能準確地反應電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性，保證電力電子多饋入電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，也能為電力電子多饋入電力系統(tǒng)設計提供小干擾穩(wěn)定性判據(jù)。附圖說明圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。圖2為本發(fā)明方法中廣義短路比與單饋入短路比的關系圖3為本發(fā)明實施例仿真驗證中中電力電子單饋入電力系統(tǒng)戴維南等效圖。圖4為本發(fā)明實施例仿真驗證中典型逆變器使用的PQ控制框圖。圖5為本發(fā)明實施例仿真驗證中電力電子多饋入電力系統(tǒng)與等效電力電子單饋入電力系統(tǒng)特征值對比圖。圖6為本發(fā)明實施例仿真驗證中廣義短路比與系統(tǒng)最弱特征值阻尼比的關系曲線。具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1所示，采用本發(fā)明方法進行處理，當電力電子多饋入電力系統(tǒng)運行到穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)電壓為額定電壓，且各電力電子設備的控制方式、控制參數(shù)和運行點相同。因此，各電力電子設備的雅可比傳遞函數(shù)矩陣相同，進而電力電子多饋入電力系統(tǒng)的系統(tǒng)閉環(huán)特征方程能通過特征值分解解耦。本發(fā)明的具體實施例如下：在Matlab/Simulink軟件中建立電力電子六饋入系統(tǒng)，如圖3所示.系統(tǒng)中的電力電子設備是一種典型的電壓源型逆變器。逆變器采用PQ控制，如圖4所示。圖中各變量意義如下表1所示：表1PQ控制逆變器變量對應表PQ控制逆變器變量的參數(shù)值如下表2所示：表2實施例仿真驗證中系統(tǒng)變量的參數(shù)值圖5為由電力電子多饋入電力系統(tǒng)計算得到的特征值與由6個等效電力電子單饋入電力系統(tǒng)計算得到特征值的對比圖。圖中給出了所有低頻段和次同步頻段的振蕩模式，圖中λ1,λ2,…,λ6是擴展雅克比矩陣Jeq的特征值，具體數(shù)值如下表2所示。可以看出由原始六饋入系統(tǒng)和6個等效單饋入系統(tǒng)系統(tǒng)計算得到的特征值基本相同，振蕩頻率和阻尼比的誤差很小，因此可以使用6個等效電力電子單饋入電力系統(tǒng)計算得到特征值近似替代電力電子多饋入電力系統(tǒng)的特征值。此外，由于系統(tǒng)所有特征值均具有負的實部，那么系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定。且系統(tǒng)最特征特征值的阻尼比為0.0319，滿足實際電力系統(tǒng)中系統(tǒng)最弱征特征值的阻尼比需要大于0.03的穩(wěn)定裕度要求。表2實施例仿真驗證中拓展雅可比矩陣的特征值等效單饋入系統(tǒng)123456拓展雅可比矩陣的特征值7.19934.54841.45958.47074.40292.257由表2知拓展雅可比矩陣的最小特征值為7.199，則系統(tǒng)的廣義短路比gSCR為7.199。圖6為廣義短路比gSCR與系統(tǒng)最弱特征值阻尼比的關系曲線，圖中標出了系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR為6.58。由于系統(tǒng)gSCR為7.199，大于臨界廣義短路比6.58，那么系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定。此結論與直接計算特征值得到的結論相同。此外，如果要求系統(tǒng)滿足最弱征特征值的阻尼比需要大于0.03的穩(wěn)定裕度要求，從圖6可以看出，系統(tǒng)的gSCR需要大于7.17。而系統(tǒng)的實際gSCR為7.199，那么系統(tǒng)滿足最弱征特征值的阻尼比需要大于0.03的穩(wěn)定裕度要求，結論也與直接計算特征值得到的結論相同。因此，本發(fā)明方法能夠將廣義短路比與電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定直接聯(lián)系起來，使得廣義短路比的物理意義明確，并能準確判斷電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，本發(fā)明方法具有突出顯著的技術效果。本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3