本發(fā)明屬于配電網(wǎng)運(yùn)行，具體地，涉及一種面向逆變器配電網(wǎng)小干擾穩(wěn)定與頻率穩(wěn)定的可嵌入式線性約束生成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著越來(lái)越多的分布式可再生能源通過(guò)電力電子轉(zhuǎn)換器連接到配電網(wǎng)系統(tǒng)，配電網(wǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅孀兤靼l(fā)電主導(dǎo)的電力系統(tǒng)，從而導(dǎo)致了較低的慣量和較弱的阻尼，大幅降低了系統(tǒng)抵抗干擾的能力，極易導(dǎo)致系統(tǒng)受干擾后頻率越限。此外，由于逆變器具有電力電子器件快速響應(yīng)的特點(diǎn)，從而增加持續(xù)和嚴(yán)重振蕩的風(fēng)險(xiǎn)，加劇了系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的問(wèn)題，危及配電網(wǎng)系統(tǒng)操作的安全。

2、將系統(tǒng)穩(wěn)定性約束納入系統(tǒng)操作是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，由于逆變器功率控制外環(huán)參數(shù)的可調(diào)性，現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)調(diào)整逆變器功率外環(huán)控制參數(shù)確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。在以同步機(jī)為主導(dǎo)的電力系統(tǒng)中，采用將暫態(tài)穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性約束納入操作和最優(yōu)潮流模型的方法，在確定暫態(tài)傳輸功率或重新調(diào)度發(fā)電機(jī)以保持系統(tǒng)穩(wěn)定極限。隨著以逆變器發(fā)電主導(dǎo)的電力系統(tǒng)的誕生，從頻率穩(wěn)定性的角度來(lái)看，現(xiàn)有技術(shù)采用逆變器提供慣量和快速頻率儲(chǔ)備技術(shù)，以提高暫態(tài)性能，基于跟網(wǎng)型逆變器和構(gòu)網(wǎng)型逆變器之間的慣量的差異，提出采用戰(zhàn)略性的慣量布局，以優(yōu)化逆變器功率外環(huán)參數(shù)，提高關(guān)鍵的系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。

3、此外，在具有高滲透率逆變器的電力系統(tǒng)中，小干擾穩(wěn)定性非常重要，阻尼比慣量發(fā)揮更關(guān)鍵的作用。對(duì)逆變器阻尼的空間配置中，通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)各逆變器阻尼系數(shù)，以提高小干擾穩(wěn)定性能。在規(guī)劃階段，增強(qiáng)特定位置的逆變器阻尼，有效地提高電網(wǎng)的強(qiáng)度，從而提高穩(wěn)定性。在實(shí)時(shí)操作過(guò)程中，直接實(shí)時(shí)調(diào)整逆變器的阻尼系數(shù)以達(dá)到最佳性能?，F(xiàn)有技術(shù)建立非凸模型來(lái)配置振蕩阻尼，例如利用振蕩模態(tài)的靈敏度因子迭代地調(diào)整模態(tài)阻尼比，但其導(dǎo)致迭代的復(fù)雜性，或者通過(guò)分析計(jì)算振蕩模式以及時(shí)域響應(yīng)模擬，但其非凸特征以及復(fù)雜計(jì)算形式依舊限制穩(wěn)定約束的可嵌入性?，F(xiàn)有技術(shù)假定所有逆變器機(jī)組都具有相同的慣量-阻尼比，此外，由于非凸問(wèn)題或均勻慣性阻尼假設(shè)的限制，將這些方法納入系統(tǒng)操作帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)，這阻礙了調(diào)整逆變器振蕩阻尼操作的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定的嵌入式線性約束生成方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)考慮穩(wěn)定性約束的配電網(wǎng)逆變器參數(shù)調(diào)整操作，基于逆變器功率外環(huán)參數(shù)的系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定與頻率穩(wěn)定的可嵌入式線性約束，實(shí)現(xiàn)在逆變器功率外環(huán)參數(shù)調(diào)整操作中考慮逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定與頻率穩(wěn)定約束并降低優(yōu)化計(jì)算復(fù)雜性。

2、本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

3、本發(fā)明提出了一種逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定的嵌入式線性約束生成方法，線性約束是目標(biāo)函數(shù)的約束條件，包括：

4、建立逆變器配電網(wǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的特征值定義逆變器的阻尼比，作為逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)；

5、建立逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，包括：功率測(cè)量濾波的小信號(hào)模型、下垂控制環(huán)節(jié)的小信號(hào)模型、配電網(wǎng)線路的小信號(hào)模型以及配電網(wǎng)負(fù)載的小信號(hào)模型；獲取逆變器配電網(wǎng)的頻率偏差達(dá)到最大的時(shí)間和逆變器的控制參數(shù)，基于逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算逆變器配電網(wǎng)的最大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差，作為系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)；其中，逆變器的控制參數(shù)包括：擾動(dòng)功率、下垂系數(shù)、系統(tǒng)等效阻尼、系統(tǒng)慣量常數(shù)、系統(tǒng)等效阻尼、固有振蕩頻率、等效時(shí)間常數(shù)和等效渦輪系數(shù)；

6、基于雙層的機(jī)器學(xué)習(xí)方法框架，建立逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定約束擬合模型，包括：外層模型和內(nèi)層模型；其中，外層模型中，根據(jù)配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點(diǎn)和逆變器的穩(wěn)定工作點(diǎn)將輸入數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)線性區(qū)域；輸入數(shù)據(jù)包括配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和逆變器的控制參數(shù)；內(nèi)層模型中，采用正則化的嶺回歸法對(duì)各線性區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合，采用正則化的softmax回歸法對(duì)各線性區(qū)域內(nèi)的逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合；利用訓(xùn)練好的逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定約束擬合模型根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，得到系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)和逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)；

7、采用大m法，分別生成系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)和逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)的索引編碼，將索引編碼嵌入式到目標(biāo)函數(shù)中。

8、優(yōu)選地，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的特征值以如下關(guān)系式定義逆變器的阻尼比，作為逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)：

9、

10、式中，為第i個(gè)逆變器的阻尼比，為實(shí)數(shù)集合，σi為系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的第i個(gè)特征值的實(shí)部，ωi為系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的第i個(gè)特征值的虛部。

11、優(yōu)選地，功率測(cè)量濾波的動(dòng)態(tài)模型如下所示：

12、

13、式中，p、q分別為逆變器測(cè)得的節(jié)點(diǎn)有功功率與無(wú)功功率，ωc為低通濾波器截止頻率，vod和voq分別為基于公共參考點(diǎn)電壓的節(jié)點(diǎn)電壓d軸分量和q軸分量，iod和ioq分別為基于公共參考點(diǎn)電流的節(jié)點(diǎn)電流d軸分量和q軸分量，s為拉普拉斯算子；

14、下垂控制環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)模型如下所示：

15、

16、式中，為第i個(gè)逆變器頻率，ωn為參考標(biāo)稱頻率，為第i個(gè)逆變器電壓d軸分量，vn為逆變器參考標(biāo)稱電壓，和為第i個(gè)逆變器的有功控制環(huán)下垂參數(shù)與無(wú)功控制環(huán)下垂參數(shù)；

17、配電網(wǎng)線路的動(dòng)態(tài)模型如下所示：

18、

19、式中，vdi、vqi分別為基于公共參考點(diǎn)電壓的節(jié)點(diǎn)i電壓d軸分量和q軸分量，vdj、vqj為分別為基于公共參考點(diǎn)電壓的節(jié)點(diǎn)j電壓d軸分量和q軸分量，ilinedij和ilineqij分別為基于公共參考點(diǎn)電流的線路ij電流d軸分量和q軸分量，rlineij、llineij分別為線路ij的電阻和電感，ωcom為公共坐標(biāo)系下的頻率；

20、配電網(wǎng)負(fù)載的動(dòng)態(tài)模型如下所示：

21、

22、式中，iloaddi和iloadqi分別為基于公共參考點(diǎn)電流的負(fù)載節(jié)點(diǎn)i電流d軸分量和q軸分量，rloadi、lload分別為負(fù)載節(jié)點(diǎn)i的電阻與電感。

23、優(yōu)選地，對(duì)功率測(cè)量濾波的動(dòng)態(tài)模型、下垂控制環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)模型、配電網(wǎng)線路的動(dòng)態(tài)模型以及配電網(wǎng)負(fù)載的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行一次泰勒展開后，得到對(duì)應(yīng)的小信號(hào)模型；將各小信號(hào)模型進(jìn)行整合得到的逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)的小信號(hào)模型作為逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。

24、優(yōu)選地，基于逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算逆變器配電網(wǎng)的最大頻率偏差δfmax和穩(wěn)態(tài)頻率偏差δfqss構(gòu)成系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，分別滿足如下關(guān)系式：

25、

26、式中，δpl為擾動(dòng)功率；rp為利用第i個(gè)逆變器的下垂系數(shù)rp,i合成的系統(tǒng)等效下垂參數(shù)；d和h分別為系統(tǒng)等效阻尼和系統(tǒng)慣量常數(shù)；ξ、ωn、t和f分別為系統(tǒng)等效阻尼、固有振蕩頻率、等效時(shí)間常數(shù)和等效渦輪系數(shù)；tmax為逆變器配電網(wǎng)的頻率偏差達(dá)到最大的時(shí)間；ndg為逆變器集合；kp,i為第i個(gè)逆變器的參與因子，當(dāng)逆變器運(yùn)行時(shí)參與因子為1，當(dāng)逆變器停運(yùn)時(shí)參與因子為0。

27、優(yōu)選地，外層模型中，根據(jù)配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點(diǎn)和逆變器的穩(wěn)定工作點(diǎn)將輸入數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)線性區(qū)域，包括：

28、將輸入數(shù)據(jù)向量{xk}聚類到w個(gè)線性區(qū)域c1、c2、……、cj、……、cw中，并且同時(shí)滿足以下兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)：

29、1)、在同一個(gè)線性區(qū)域cj中，系數(shù)與截距能夠?qū)崿F(xiàn)所有樣本和指標(biāo)的擬合；

30、2)、w個(gè)線性區(qū)域c1、c2、……、cj、……、cw表示為區(qū)域性質(zhì)的線性分離的多面體形式。

31、優(yōu)選地，采用正則化的嶺回歸法對(duì)各線性區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合，包括：

32、在w個(gè)線性區(qū)域c1、c2、……、cj、……、cw中，對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)采用正則化的嶺回歸法進(jìn)行線性映射擬合，滿足如下關(guān)系式：

33、

34、式中，為系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)的線性映射擬合，分別為采用正則化的嶺回歸法對(duì)第j個(gè)線性區(qū)域cj下第i個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合得到的系數(shù)與截距，jj為第j個(gè)線性區(qū)域cj，α＞0是一個(gè)l2-正則化參數(shù)，yki為第k個(gè)樣本對(duì)應(yīng)的第i個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，xk為第k個(gè)樣本，k∈jj表示樣本xk來(lái)自于第j個(gè)線性區(qū)域cj。

35、優(yōu)選地，采用正則化的softmax回歸法對(duì)各線性區(qū)域內(nèi)的逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合，包括：

36、在w個(gè)線性區(qū)域c1、c2、……、cj、……、cw中，對(duì)于每個(gè)逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)采用正則化的softmax回歸法進(jìn)行線性映射擬合，滿足如下關(guān)系式：

37、

38、式中，為逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)的線性映射擬合，i(i)為第i個(gè)逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)的類別集合，分別為采用正則化的softmax回歸法對(duì)第j個(gè)線性區(qū)域cj下第h類逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合得到的系數(shù)與截距，分別為采用正則化的softmax回歸法對(duì)第j個(gè)線性區(qū)域下第t類逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合得到的系數(shù)與截距，mi為第i個(gè)逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)的類別數(shù)量，[ydk]i為第k個(gè)樣本的第i個(gè)逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)的類別值，為第i個(gè)逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)的第h個(gè)類別，xk為第k個(gè)樣本，k∈jj表示樣本xk來(lái)自于第j個(gè)線性區(qū)域cj，α為正數(shù)。

39、優(yōu)選地，采用塊坐標(biāo)下降方法，對(duì)逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定約束擬合模型進(jìn)行訓(xùn)練，以損失函數(shù)最小為目標(biāo)，以確定逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定約束擬合模型的參數(shù)。

40、優(yōu)選地，采用大m法，將系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系式：

41、

42、式中，pji為第j個(gè)線性區(qū)域下第i個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)對(duì)應(yīng)的輔助變量，δj為系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)屬于第j個(gè)線性區(qū)域的分類標(biāo)志，是二進(jìn)制向量，δj∈{0,1}k，k為線性區(qū)域的數(shù)量，滿足x為輸入數(shù)據(jù)，和分別為采用大m法確定的穩(wěn)定狀態(tài)下第j個(gè)線性區(qū)域內(nèi)第i個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)的下限約束系數(shù)和上限約束系數(shù)；

43、以輔助變量pji為表征第j個(gè)線性區(qū)域下第i個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)對(duì)應(yīng)閾值范圍的索引編碼，將索引編碼嵌入到目標(biāo)函數(shù)中。

44、優(yōu)選地，采用大m法，將逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系式：

45、

46、式中，νih為第h類逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)屬于第i個(gè)逆變器的分類標(biāo)志，是二進(jìn)制向量，vih∈{0,1}，x為輸入數(shù)據(jù)，i(i)為第i個(gè)逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)的類別集合，δj為系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)屬于第j個(gè)線性區(qū)域的分類標(biāo)志，是二進(jìn)制向量，δj∈{0,1}k，k為線性區(qū)域的數(shù)量，滿足為采用大m法確定的第h類逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)與第t類逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)之間的約束系數(shù)，滿足b為輸入數(shù)據(jù)集；

47、二進(jìn)制向量νih是表征第i個(gè)逆變器的第h類逆變器穩(wěn)定性的索引編碼，將索引編碼嵌入到目標(biāo)函數(shù)中。

48、本發(fā)明還提出了一種逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定的嵌入式線性約束生成系統(tǒng)，線性約束是目標(biāo)函數(shù)的約束條件，包括：

49、指標(biāo)建立模塊，用于建立逆變器配電網(wǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的特征值定義逆變器的阻尼比，作為逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)；還用于建立逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，包括：功率測(cè)量濾波的小信號(hào)模型、下垂控制環(huán)節(jié)的小信號(hào)模型、配電網(wǎng)線路的小信號(hào)模型以及配電網(wǎng)負(fù)載的小信號(hào)模型；獲取逆變器配電網(wǎng)的頻率偏差達(dá)到最大的時(shí)間和逆變器的控制參數(shù)，基于逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算逆變器配電網(wǎng)的最大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差，作為系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)；其中，逆變器的控制參數(shù)包括：擾動(dòng)功率、下垂系數(shù)、系統(tǒng)等效阻尼、系統(tǒng)慣量常數(shù)、系統(tǒng)等效阻尼、固有振蕩頻率、等效時(shí)間常數(shù)和等效渦輪系數(shù)；

50、穩(wěn)定性指標(biāo)生成模塊，用于基于雙層的機(jī)器學(xué)習(xí)方法框架，建立逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定約束擬合模型，包括：外層模型和內(nèi)層模型；其中，外層模型中，根據(jù)配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作點(diǎn)和逆變器的穩(wěn)定工作點(diǎn)將輸入數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)線性區(qū)域；輸入數(shù)據(jù)包括配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和逆變器的控制參數(shù)；內(nèi)層模型中，采用正則化的嶺回歸法對(duì)各線性區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合，采用正則化的softmax回歸法對(duì)各線性區(qū)域內(nèi)的逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行線性映射擬合；利用訓(xùn)練好的逆變器配電網(wǎng)穩(wěn)定約束擬合模型根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，得到系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)和逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)；

51、指標(biāo)嵌入模塊，用于采用大m法，分別生成系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)和逆變器穩(wěn)定性指標(biāo)的索引編碼，將索引編碼嵌入式到目標(biāo)函數(shù)中，作為目標(biāo)函數(shù)的嵌入式線性約束。

52、本發(fā)明的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比至少包括，本發(fā)明所提雙層多區(qū)域線性機(jī)器學(xué)習(xí)表征算法及其編碼方法，實(shí)現(xiàn)了在滿足預(yù)測(cè)誤差容忍精度的同時(shí)，保證了約束的可嵌入性，在預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性與嵌入復(fù)雜度上取得了理想的權(quán)衡，有助于逆變器配電網(wǎng)系統(tǒng)操作人員在逆變器下垂參數(shù)調(diào)整中考慮小干擾穩(wěn)定與頻率穩(wěn)定指標(biāo)，降低了穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。