本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電磁穩(wěn)定分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

發(fā)電機(jī)組之間的低頻振蕩和大型汽輪發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)中的串補(bǔ)線路相互作用引發(fā)的次同步振蕩等是電力系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生的振蕩現(xiàn)象。針對這些現(xiàn)象的研究側(cè)重于發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的相互作用，相應(yīng)的分析與控制方法已臻于成熟。隨著電網(wǎng)中接入換流器的數(shù)量逐漸增多，換流器與電網(wǎng)之間的相互作用日益復(fù)雜，出現(xiàn)了新的振蕩形式，例如多換流器與相鄰網(wǎng)絡(luò)之間出現(xiàn)的高頻諧波振蕩問題以及大型風(fēng)電場與相鄰串補(bǔ)線路之間發(fā)生的新型次同步振蕩問題。導(dǎo)致上述振蕩現(xiàn)象的原因通常來自于兩方面：1)與換流器相鄰的電網(wǎng)強(qiáng)度較弱時(shí)，容易引起換流器控制中的電流環(huán)路不穩(wěn)定，從而引發(fā)振蕩現(xiàn)象；2)換流器的控制策略在特定頻率下表現(xiàn)的弱阻尼或負(fù)阻尼特性。可見，交流電網(wǎng)與換流器的動態(tài)特性均會對換流器與電網(wǎng)之間的振蕩現(xiàn)象產(chǎn)生影響。振蕩涉及的影響因素眾多，相互影響復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法。該電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法根據(jù)次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)，并以行列式判據(jù)判斷整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼，實(shí)現(xiàn)了量化分析電力電子系統(tǒng)振蕩的主要因素。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一方面公開了一種電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法，包括：獲取電力電子系統(tǒng)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣；根據(jù)所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)；根據(jù)所述行列式判據(jù)，檢測所述電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼。

根據(jù)本發(fā)明的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法，根據(jù)次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)，并以行列式判據(jù)判斷整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼，實(shí)現(xiàn)了量化分析電力電子系統(tǒng)振蕩的主要因素。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，根據(jù)正弦激勵信號獲取電力電子系統(tǒng)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣。

進(jìn)一步地，所述正弦激勵信號表示為：

其中，id,id,c分別為次同步和超同步電流的幅值，ωd為次同步頻率，ωd,c＝2ω0-ωd為與次同步頻率對應(yīng)的超同步頻率，分別為次同步和超同步頻率的初相位。

進(jìn)一步地，所述行列式判據(jù)通過行列式曲線作為判據(jù)。

本發(fā)明的另一方面公開了一種電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)，包括：獲取耦合阻抗矩陣模塊，用于獲取電力電子系統(tǒng)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣；獲取行列式判據(jù)模塊，用于根據(jù)所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)；檢測分析模塊，用于根據(jù)所述行列式判據(jù)，檢測所述電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼。

根據(jù)本發(fā)明的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)，根據(jù)次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)，并以行列式判據(jù)判斷整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼，實(shí)現(xiàn)了量化分析電力電子系統(tǒng)振蕩的主要因素。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，根據(jù)正弦激勵信號獲取電力電子系統(tǒng)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣。

進(jìn)一步地，所述正弦激勵信號表示為：

其中，id,id,c分別為次同步和超同步電流的幅值，ωd為次同步頻率，ωd,c＝2ω0-ωd為與次同步頻率對應(yīng)的超同步頻率，分別為次同步和超同步頻率的初相位。

進(jìn)一步地，所述行列式判據(jù)通過行列式曲線作為判據(jù)。

本發(fā)明的附加方面和優(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

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：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

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，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法及系統(tǒng)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法的流程圖。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法，包括：

s10：獲取電力電子系統(tǒng)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣。

其中，電力電子系統(tǒng)包括由各個相關(guān)電力電子系統(tǒng)的設(shè)備，特別是換流器，和電網(wǎng)。

在一些實(shí)施例中，根據(jù)正弦激勵信號獲取電力電子系統(tǒng)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣。

進(jìn)一步地，正弦激勵信號表示為：

其中，id,id,c分別為次同步和超同步電流的幅值，ωd為次同步頻率，ωd<ω0，ωd,c＝2ω0-ωd為與次同步頻率對應(yīng)的超同步頻率，分別為次同步和超同步頻率的初相位。

當(dāng)改變ωd的大小，即，可得到第i個設(shè)備對應(yīng)的次同步和超同步耦合阻抗矩陣，記成：

其中，為各自頻率下的自阻抗。該阻抗反應(yīng)了同一頻率下電壓與電流之間的關(guān)系；為不同頻率下的互阻抗。該阻抗反應(yīng)了不同頻率下電壓與電流之間的耦合關(guān)系。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B接關(guān)系，可以計(jì)算出電力電子系統(tǒng)公共母線(電網(wǎng))的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣，記成：

其中，z∑11,z∑22為各自頻率下的自阻抗。該阻抗反應(yīng)了同一頻率下電壓與電流之間的關(guān)系；z∑12,z∑21為不同頻率下的互阻抗。該阻抗反應(yīng)了不同頻率下電壓與電流之間的耦合關(guān)系。

s20：根據(jù)等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)。

具體的，根據(jù)等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣，得到對應(yīng)的行列式，以電網(wǎng)的次同步和超同步耦合阻抗矩陣為例，記成：

d(ω)＝det{zσ(ω)}＝zσ11zσ22-zσ21zσ12

滿足：

x(ω)＝im{d(ω)},r(ω)＝re{d(ω)}

其中，det{}表示對應(yīng)矩陣的行列式，im{},re{}分別表示實(shí)部和虛部，x(ω),r(ω)分別表示d(ω)的實(shí)部和虛部。

s30：根據(jù)行列式判據(jù)，檢測電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼。

進(jìn)一步地，行列式判據(jù)通過行列式曲線作為判據(jù)。

特別是對換流器和電網(wǎng)之間的振蕩的主要因素進(jìn)行分析。

具體為，對于不同的頻率ωd，得到x(ω)(d(ω)的實(shí)部)與頻率之間的關(guān)系，從而確定x(ω)的過零點(diǎn)次同步ωsub，滿足：x(ωsub)＝0,ωsub<ω0。

在次同步ωsub和超同步頻率ωsup下的穩(wěn)定性通過r(ω),x(ω)穿過零點(diǎn)的斜率來確定。當(dāng)x(ω)過零點(diǎn)具有正斜率(當(dāng)ω增加時(shí)，x(ω)從容性變成感性)，若r(ωsub)>0，則系統(tǒng)穩(wěn)定，電力電子系統(tǒng)不會發(fā)生次同步/超同步頻率下的振蕩；若r(ωsub)<0，則系統(tǒng)不穩(wěn)定，電力電子系統(tǒng)會發(fā)生次同步/超同步頻率下的振蕩，次同步頻率為ωsub，超同步頻率ωsup滿足：ωsup＝2ω0-ωsub。

根據(jù)本發(fā)明的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法，根據(jù)次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)，并以行列式判據(jù)判斷整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼，實(shí)現(xiàn)了量化分析電力電子系統(tǒng)振蕩的主要因素。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)200，包括：獲取耦合阻抗矩陣模塊210、獲取行列式判據(jù)模塊220和檢測分析模塊230。

其中，獲取耦合阻抗矩陣模塊210用于獲取電力電子系統(tǒng)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣。獲取行列式判據(jù)模塊220用于根據(jù)等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)。檢測分析模塊230用于根據(jù)行列式判據(jù)，檢測電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼。

根據(jù)本發(fā)明的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)，根據(jù)次同步和超同步耦合阻抗矩陣獲取行列式判據(jù)，并以行列式判據(jù)判斷整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并分析次同步/超同步振蕩對應(yīng)的頻率和阻尼，實(shí)現(xiàn)了量化分析電力電子系統(tǒng)振蕩的主要因素。

在一些實(shí)施例中，根據(jù)正弦激勵信號獲取電力電子系統(tǒng)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩陣。

在一些實(shí)施例中，正弦激勵信號表示為：

其中，id,id,c分別為次同步和超同步電流的幅值，ωd為次同步頻率，ωd,c＝2ω0-ωd為與次同步頻率對應(yīng)的超同步頻率，分別為次同步和超同步頻率的初相位。

在一些實(shí)施例中，行列式判據(jù)通過行列式曲線作為判據(jù)。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方式與本發(fā)明實(shí)施例的電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法的具體實(shí)現(xiàn)方式類似，具體請參見電力電子系統(tǒng)的次同步/超同步振蕩分析方法部分的描述，為了減少冗余，此處不做贅述。

此外，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”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(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)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，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)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。