本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，尤其涉及一種計(jì)及區(qū)內(nèi)元件分布參數(shù)的電網(wǎng)阻抗等值計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、阻抗分析法從關(guān)鍵斷面向源側(cè)與網(wǎng)側(cè)看去，將系統(tǒng)分解為電源子系統(tǒng)與電網(wǎng)子系統(tǒng)，電網(wǎng)側(cè)一般等效為電壓源與阻抗串聯(lián)拓?fù)?，變流器?cè)一般等效為電流源與阻抗并聯(lián)拓?fù)?。?yīng)用奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)可實(shí)現(xiàn)變流器并網(wǎng)系統(tǒng)的振蕩穩(wěn)定性分析，學(xué)術(shù)界與工業(yè)界已從源側(cè)、網(wǎng)側(cè)阻抗匹配的角度提出多種穩(wěn)定性判據(jù)，其中最常用的是相位裕度判據(jù)，通過比較源側(cè)阻抗與網(wǎng)側(cè)阻抗的幅相圖，通過幅值曲線交點(diǎn)頻率對(duì)應(yīng)的相位差來評(píng)價(jià)變流器并網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2、然而，現(xiàn)有技術(shù)在盡顯電網(wǎng)側(cè)阻抗等值時(shí)存在兩個(gè)主要問題：一是電網(wǎng)阻抗等值計(jì)算方法尚不明確，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的分析計(jì)算流程，難以實(shí)現(xiàn)相關(guān)計(jì)算的自動(dòng)化；二是當(dāng)目標(biāo)變流器并網(wǎng)附近電網(wǎng)存在其他電力電子設(shè)備時(shí)，已有技術(shù)通常忽略其影響，難以實(shí)現(xiàn)柔直、新能源、svg（static?var?generator，靜止無功發(fā)生器）、儲(chǔ)能等多類型變流器接入系統(tǒng)看向電網(wǎng)的阻抗等值計(jì)算。

3、公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種計(jì)及區(qū)內(nèi)元件分布參數(shù)的電網(wǎng)阻抗等值計(jì)算方法及系統(tǒng)，從而有效解決背景技術(shù)中的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種計(jì)及區(qū)內(nèi)元件分布參數(shù)的電網(wǎng)阻抗等值計(jì)算方法，包括如下步驟：

3、獲取變流器接入局部電網(wǎng)的類型和電網(wǎng)運(yùn)行條件，確定電網(wǎng)分區(qū)與外部電網(wǎng)的聯(lián)系，并得到外部斷面與邊界節(jié)點(diǎn)；

4、根據(jù)負(fù)荷水平、發(fā)電機(jī)組狀態(tài)及設(shè)備運(yùn)行情況，選擇電網(wǎng)的具體運(yùn)行方式；

5、在設(shè)定的電網(wǎng)運(yùn)行方式下，根據(jù)選定的邊界節(jié)點(diǎn)計(jì)算區(qū)外電網(wǎng)的等值參數(shù)，構(gòu)建包含各斷面之間互聯(lián)關(guān)系的等值模型；

6、根據(jù)區(qū)內(nèi)電網(wǎng)中元件的分布參數(shù)特性，建立區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納模型，并基于設(shè)定頻率范圍生成區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣；

7、選定區(qū)內(nèi)電網(wǎng)的目標(biāo)斷面，并根據(jù)其他非目標(biāo)斷面處變流器的阻抗特性，將相關(guān)變流器端口特性等值到所述區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣中；

8、在等值修正后的所述區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣基礎(chǔ)上，求解目標(biāo)斷面看向電網(wǎng)的端口等值阻抗，得到最終計(jì)算結(jié)果。

9、進(jìn)一步地，所述確定電網(wǎng)分區(qū)與外部電網(wǎng)的聯(lián)系，并得到外部斷面與邊界節(jié)點(diǎn)，包括：

10、根據(jù)分析精度與計(jì)算規(guī)模選擇變流器接入節(jié)點(diǎn)的多級(jí)拓?fù)溥B接節(jié)點(diǎn)對(duì)外輸電通道為分區(qū)外部斷面，相關(guān)節(jié)點(diǎn)為邊界節(jié)點(diǎn)。

11、進(jìn)一步地，所述選擇變流器接入節(jié)點(diǎn)時(shí)，包括如下約束：

12、分區(qū)外部斷面電壓等級(jí)不低于區(qū)內(nèi)變流器接入斷面；

13、分區(qū)外部斷面與變流器接入節(jié)點(diǎn)之間至少間隔一個(gè)非變壓器節(jié)點(diǎn)；

14、獨(dú)立電源節(jié)點(diǎn)或獨(dú)立外送通道不應(yīng)作為邊界節(jié)點(diǎn)或邊界斷面；

15、獨(dú)立負(fù)荷節(jié)點(diǎn)或獨(dú)立供電通道不應(yīng)作為邊界節(jié)點(diǎn)或邊界斷面；

16、直接接入邊界節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷與電源單獨(dú)建模，不計(jì)入外部等值。

17、進(jìn)一步地，所述電網(wǎng)的具體運(yùn)行方式包括：

18、負(fù)荷水平至少包含高、中、低三種水平，新能源出力水平至少包含高、中、低三種水平，區(qū)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)間多回輸電線路處于檢修/運(yùn)行狀態(tài)，母線處于合母/分母運(yùn)行狀態(tài)，變壓器處于檢修/運(yùn)行狀態(tài)，無功補(bǔ)償設(shè)備處于運(yùn)行/退出狀態(tài)。

19、進(jìn)一步地，所述根據(jù)選定的邊界節(jié)點(diǎn)計(jì)算區(qū)外電網(wǎng)的等值參數(shù)，構(gòu)建包含各斷面之間互聯(lián)關(guān)系的等值模型，包括如下步驟：

20、使用靜態(tài)等值拓?fù)浞▽?duì)完整電網(wǎng)進(jìn)行等值，使等值電網(wǎng)與原始電網(wǎng)潮流結(jié)果一致；

21、得到工頻下區(qū)外電網(wǎng)等值模型，包括邊界節(jié)點(diǎn)戴維南等效電路、以及邊界節(jié)點(diǎn)之間互聯(lián)阻抗；

22、對(duì)等值參數(shù)進(jìn)行頻率擴(kuò)展，f為待分析的任意頻率點(diǎn)，fb為工頻，通常為50hz，i為復(fù)數(shù)算子：

23、；

24、；

25、式中，表示邊界節(jié)點(diǎn)在頻率下的戴維南等效電路阻抗，為邊界節(jié)點(diǎn)在頻率下等效阻抗的實(shí)部，表示電阻成分，為邊界節(jié)點(diǎn)在頻率下等效阻抗的虛部，表示電抗或電容成分，表示兩個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)和在頻率下的互聯(lián)阻抗，為邊界節(jié)點(diǎn)和在頻率下互聯(lián)阻抗的實(shí)部，表示電阻成分，為邊界節(jié)點(diǎn)和在頻率下互聯(lián)阻抗的虛部，表示電抗或電容成分。

26、進(jìn)一步地，所述根據(jù)區(qū)內(nèi)電網(wǎng)中元件的分布參數(shù)特性，建立區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納模型，包括：

27、對(duì)于輸電線路：

28、令角頻率，設(shè)長(zhǎng)度為l的輸電線路單位長(zhǎng)度阻抗為，導(dǎo)納為，其中為單位長(zhǎng)度線路電阻，為單位長(zhǎng)度線路電感，為單位長(zhǎng)度線路電導(dǎo)，c0為單位長(zhǎng)度線路電納對(duì)應(yīng)的電容，記，為兩個(gè)與參數(shù)、頻率相關(guān)的中間參量；

29、形成計(jì)及分布參數(shù)特性的輸電線路π型等值模型：

30、，，其中為雙曲正弦函數(shù)，為雙曲余弦函數(shù)，為線路分布參數(shù)模型對(duì)應(yīng)的集總等值阻抗頻率響應(yīng)，為線路分布參數(shù)模型對(duì)應(yīng)的集總等值電納頻率響應(yīng)；

31、對(duì)于電力變壓器：

32、優(yōu)先獲取變壓器實(shí)測(cè)阻抗-頻率響應(yīng)特性，若無法獲得則根據(jù)變壓器銘牌參數(shù)計(jì)算工頻特性，記銘牌參數(shù)為額定容量、額定線電壓、短路損耗、短路電壓、空載損耗、空載電流，則短路電阻，變壓器電抗，變壓器電導(dǎo)，變壓器電納；

33、頻率擴(kuò)展得到：，，，；

34、對(duì)于用電負(fù)荷及無功補(bǔ)償設(shè)備：

35、獲取區(qū)內(nèi)電網(wǎng)負(fù)荷及無功補(bǔ)償設(shè)備的阻抗-頻率分布特性，優(yōu)先采用實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，若無實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)無功補(bǔ)償設(shè)備拓?fù)湫纬啥丝陔妷?電流傳遞函數(shù)，計(jì)算阻抗-頻率特性。

36、進(jìn)一步地，所述基于設(shè)定頻率范圍生成區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣，包括如下步驟：

37、按照區(qū)內(nèi)非變流器并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、邊界等值節(jié)點(diǎn)、區(qū)內(nèi)變流器并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序；

38、在頻率范圍內(nèi)，逐個(gè)頻率點(diǎn)按照電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣生成方法，根據(jù)區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约拜旊娋€路、電力變壓器、等值負(fù)荷等值模型參數(shù)形成導(dǎo)納矩陣；

39、根據(jù)無功補(bǔ)償設(shè)備阻抗頻率特性單獨(dú)計(jì)算其對(duì)區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣的影響，設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備阻抗-頻率分布特性為接入節(jié)點(diǎn)i，則修正節(jié)點(diǎn)i的自導(dǎo)納為，修正后區(qū)內(nèi)導(dǎo)納矩陣記為；

40、根據(jù)外部斷面等值自阻抗修正對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納，設(shè)外部斷面對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)i等值自阻抗為，則修正節(jié)點(diǎn)i的自導(dǎo)納為；根據(jù)外部斷面之間等值互聯(lián)阻抗修正對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)間的互導(dǎo)納與自導(dǎo)納，設(shè)外部斷面對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)i等值與節(jié)點(diǎn)j之間等值互聯(lián)阻抗為，則將節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的自導(dǎo)納修正為、，互導(dǎo)納修正為。修正后區(qū)內(nèi)導(dǎo)納矩陣記為。

41、進(jìn)一步地，所述選定區(qū)內(nèi)電網(wǎng)的目標(biāo)斷面，包括：

42、將區(qū)內(nèi)電網(wǎng)的柔直、新能源場(chǎng)站、svg、儲(chǔ)能電力電子變流器并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)斷面，根據(jù)實(shí)際分析需求，考慮將常規(guī)直流、同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)斷面；

43、在研究任一目標(biāo)斷面時(shí)，將其他非目標(biāo)斷面變流器阻抗融合到導(dǎo)納矩陣中。

44、進(jìn)一步地，所述將相關(guān)變流器端口特性等值到所述區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣中，包括：

45、設(shè)非目標(biāo)斷面i接入柔直、新能源場(chǎng)站、svg、儲(chǔ)能電力電子變流器的阻抗-頻率特性為，則修正節(jié)點(diǎn)i的自導(dǎo)納為，，修正后區(qū)內(nèi)導(dǎo)納矩陣記為。

46、進(jìn)一步地，所述求解目標(biāo)斷面看向電網(wǎng)的端口等值阻抗，包括：

47、對(duì)導(dǎo)納矩陣進(jìn)行求逆運(yùn)算，為矩陣求逆函數(shù)，矩陣的物理意義為經(jīng)所有區(qū)內(nèi)外電氣元件等值后：任一對(duì)角元素描述除節(jié)點(diǎn)i外，其余節(jié)點(diǎn)均無注入電流，在節(jié)點(diǎn)i注入一單位頻率為f電流時(shí)，節(jié)點(diǎn)i上的電壓響應(yīng)；

48、任一非對(duì)角元素描述除節(jié)點(diǎn)i外其余節(jié)點(diǎn)均無注入電流，在節(jié)點(diǎn)i注入一單位電流時(shí)，節(jié)點(diǎn)j的電壓；

49、根據(jù)目標(biāo)斷面對(duì)應(yīng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)序號(hào)x，提取并記錄，為當(dāng)前方式下目標(biāo)斷面看向電網(wǎng)等值阻抗。

50、本發(fā)明還包括一種計(jì)及區(qū)內(nèi)元件分布參數(shù)電網(wǎng)阻抗等值計(jì)算系統(tǒng)，使用如上述的方法，所述系統(tǒng)包括：

51、邊界節(jié)點(diǎn)獲取模塊，用于獲取變流器接入局部電網(wǎng)的類型和電網(wǎng)運(yùn)行條件，確定電網(wǎng)分區(qū)與外部電網(wǎng)的聯(lián)系，并得到外部斷面與邊界節(jié)點(diǎn)；

52、運(yùn)行方式選擇模塊，用于根據(jù)負(fù)荷水平、發(fā)電機(jī)組狀態(tài)及設(shè)備運(yùn)行情況，選擇電網(wǎng)的具體運(yùn)行方式；

53、區(qū)外電網(wǎng)等值模型構(gòu)建模塊，用于在設(shè)定的電網(wǎng)運(yùn)行方式下，根據(jù)選定的邊界節(jié)點(diǎn)計(jì)算區(qū)外電網(wǎng)的等值參數(shù)，構(gòu)建包含各斷面之間互聯(lián)關(guān)系的等值模型；

54、區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣生成模塊，用于根據(jù)區(qū)內(nèi)電網(wǎng)中元件的分布參數(shù)特性，建立區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納模型，并基于設(shè)定頻率范圍生成區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣；

55、導(dǎo)納矩陣修正模塊，用于選定區(qū)內(nèi)電網(wǎng)的目標(biāo)斷面，并根據(jù)其他非目標(biāo)斷面處變流器的阻抗特性，將相關(guān)變流器端口特性等值到所述區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣中；

56、計(jì)算結(jié)果獲取模塊，用于在等值修正后的所述區(qū)內(nèi)電網(wǎng)導(dǎo)納矩陣基礎(chǔ)上，求解目標(biāo)斷面看向電網(wǎng)的端口等值阻抗，得到最終計(jì)算結(jié)果。

57、本發(fā)明還包括一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上述的方法。

58、本發(fā)明還包括一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述的方法。

59、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明計(jì)及區(qū)內(nèi)電網(wǎng)元件分布參數(shù)特性；充分考慮無功補(bǔ)償設(shè)備以及其他電力電子設(shè)備對(duì)近區(qū)電網(wǎng)阻抗特性的影響；提出了通用性的電網(wǎng)阻抗表達(dá)式，便于編程與自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)阻抗更準(zhǔn)確、更便捷的計(jì)算，為電力電子化電力系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定性分析提供了高效求解工具。