本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析與控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的辨識方法。

背景技術(shù)：

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)的動態(tài)特征，帶來新的穩(wěn)定性分析與問題。近年來，尤其以風(fēng)電、光伏等變流電源大規(guī)模接入電網(wǎng)引起的新型次/超同步振蕩(subsynchronousoscillation，sso)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)回路耦合，以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/超同步振蕩風(fēng)險。這種海量變流器裝置(風(fēng)電、光伏、逆變器等)-電網(wǎng)相互作用引發(fā)的新型次/超同步振蕩嚴(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。

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，難以兼顧精度與效率以實現(xiàn)多變流器、復(fù)雜交直流網(wǎng)絡(luò)、海量工況下的時域仿真；傳統(tǒng)的特征值分析方法面臨維數(shù)災(zāi)問題，難以適用于包括數(shù)千臺變流器、數(shù)萬個節(jié)點的實際大電網(wǎng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型的辨識方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例公開了一種電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型的辨識方法，包括以下步驟：提供電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型，其中，所述次/超同步耦合阻抗模型包括電壓向量、電流向量和阻抗參數(shù)；將所述電力設(shè)備接入電網(wǎng)中，并向所述電網(wǎng)施加次/超同步激勵，并基于所述次/超同步耦合阻抗模型獲取所述電力設(shè)備的次同步和超同步電壓分量和電流分量；改變所述次/超同步激勵的參數(shù)或外電網(wǎng)的參數(shù)，以獲取所述電力設(shè)備的多組測量結(jié)果，并根據(jù)所述多組測量結(jié)果生成阻抗量測方程；對所述阻抗量測方程進(jìn)行預(yù)設(shè)數(shù)值優(yōu)化方法得到所述次/超同步耦合阻抗模型的阻抗參數(shù)。

進(jìn)一步地，向所述電網(wǎng)施加次/超同步激勵，并基于所述次/超同步耦合阻抗模型獲取所述電力設(shè)備的次同步和超同步電壓分量和電流分量進(jìn)一步包括：向所述電網(wǎng)注入一定次同步和/或超同步頻率電流源和/或電壓源，并基于所述次/超同步耦合阻抗模型在所述電力設(shè)備的端口電壓和端口電流中出現(xiàn)次同步分量和超同步分量，通過信號處理得到所述次同步和超同步電壓分量和電流分量。

進(jìn)一步地，改變所述次/超同步激勵的參數(shù)包括改變注入所述電流源和所述電流源的幅值。

根據(jù)本發(fā)明實施例的電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型的辨識方法，表征了兩種相對工頻的互補頻率動態(tài)之間的不可分割性，能更好地分析和解釋電力系統(tǒng)的次/超同步諧振和振蕩問題。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種電力設(shè)備的次/超同步耦合導(dǎo)納模型的辨識方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例公開了一種電力設(shè)備的次/超同步耦合導(dǎo)納模型的辨識方法，包括以下步驟：提供電力設(shè)備的次/超同步耦合導(dǎo)納模型，其中，所述次/超同步耦合導(dǎo)納模型包括電壓向量、電流向量和導(dǎo)納參數(shù)；將所述電力設(shè)備接入電網(wǎng)中，并向所述電網(wǎng)施加次/超同步激勵，并基于所述次/超同步耦合導(dǎo)納模型獲取所述電力設(shè)備的次同步和超同步電壓分量和電流分量；改變所述次/超同步激勵的參數(shù)或外電網(wǎng)的參數(shù)，以獲取所述電力設(shè)備的多組測量結(jié)果，并根據(jù)所述多組測量結(jié)果生成導(dǎo)納量測方程；對所述導(dǎo)納量測方程進(jìn)行預(yù)設(shè)數(shù)值優(yōu)化方法得到所述次/超同步耦合導(dǎo)納模型的導(dǎo)納參數(shù)。

進(jìn)一步地，向所述電網(wǎng)施加次/超同步激勵，并基于所述次/超同步耦合導(dǎo)納模型獲取所述電力設(shè)備的次同步和超同步電壓分量和電流分量進(jìn)一步包括：向所述電網(wǎng)注入一定次同步和/或超同步頻率電流源和/或電壓源，并基于所述次/超同步耦合導(dǎo)納模型在所述電力設(shè)備的端口電壓和端口電流中出現(xiàn)次同步分量和超同步分量，通過信號處理得到所述次同步和超同步電壓分量和電流分量。

進(jìn)一步地，改變所述次/超同步激勵的參數(shù)包括改變注入所述電流源和所述電流源的幅值。

根據(jù)本發(fā)明實施例的電力設(shè)備的次/超同步耦合導(dǎo)納模型的辨識方法，表征了兩種相對工頻的互補頻率動態(tài)之間的不可分割性，能更好地分析和解釋電力系統(tǒng)的次/超同步諧振和振蕩問題。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點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)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明實施例的電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型的辨識方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例的電力設(shè)備并聯(lián)接入電網(wǎng)的示意圖；

圖3是本發(fā)明一個實施例的電力設(shè)備串聯(lián)接入電網(wǎng)的示意圖；

圖4是本發(fā)明一個實施例的次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的通用辨識方法的原理圖；

圖5是本發(fā)明一個實施例的次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的實用化測量方法的原理圖(測量點位于電力設(shè)備端口)；

圖6是本發(fā)明一個實施例的次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的實用化測量方法的原理圖(測量點位于連接阻抗靠近電網(wǎng)側(cè))

圖7是本發(fā)明一個實施例的次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的簡化測量方法的原理圖。

圖8是本發(fā)明實施例的電力設(shè)備的次/超同步耦合導(dǎo)納模型的辨識方法的流程圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實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。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”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，或一體地連接；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。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。

以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實施例的電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型的辨識方法的流程圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型的辨識方法，包括以下步驟：

s1：提供電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型。其中，次/超同步耦合阻抗模型包括電壓向量、電流向量和阻抗參數(shù)。

對于如圖2所示的并聯(lián)接入電網(wǎng)的三相電力設(shè)備(如汽輪發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電、靜止無功補償器、三相變流器負(fù)載等)和圖3所示的串聯(lián)接入電網(wǎng)的三相電力設(shè)備(如輸電線路、變壓器、串聯(lián)型柔性輸電控制器、直流輸電等)，其正序次/超同步耦合阻抗模型定義為：

式中，和分別表示電壓和電流相量(以a相基頻電壓分量為相角參考值)，z表示阻抗參數(shù)，下標(biāo)sub和sup分別表示次同步和超同步分量，上標(biāo)*表示相量取共軛，下同。

需要說明的是，本發(fā)明的實施例中所提到的耦合的次/超同步分量，其頻率均滿足互補關(guān)系，即

fsub+fsup＝2f1(2)

式中，f1是基波頻率。

或，不用共軛的阻抗模型表達(dá)方式為：

式中，θu和θi表示以a相基頻電壓分量為相角參考值時，和的相角值；

或，共軛放在不同地方的阻抗模型表達(dá)方式為：

以上是正序次同步和超同步分量的耦合，研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)序的次、超同步分量和正序的高頻分量之間也存在耦合關(guān)系。按照公式(2)，負(fù)序分量的頻率為負(fù)值，與其互補的頻率將大于兩倍基波頻率，即為正序的高頻分量，因此次/超同步耦合阻抗模型定義為

式中，和分別表示電壓和電流相量(以a相基頻電壓分量為相角參考值)，z表示阻抗參數(shù)，下標(biāo)p和n分別表示正序和負(fù)序分量，其頻率也滿足互補關(guān)系：

fp+fn＝2f1(fp>0,fn<0)(6)

s2：將電力設(shè)備接入電網(wǎng)中，并向電網(wǎng)施加次/超同步激勵，并基于次/超同步耦合阻抗模型獲取電力設(shè)備的次同步和超同步電壓分量和電流分量。

在本發(fā)明的一個實施例中，向電網(wǎng)施加次/超同步激勵，并基于次/超同步耦合阻抗模型獲取電力設(shè)備的次同步和超同步電壓分量和電流分量進(jìn)一步包括：

向電網(wǎng)注入一定次同步和/或超同步頻率電流源和/或電壓源，并基于次/超同步耦合阻抗模型在電力設(shè)備的端口電壓和端口電流中出現(xiàn)次同步分量和超同步分量，通過信號處理得到次同步和超同步電壓分量和電流分量。

在本發(fā)明的一個實施例中，改變次/超同步激勵的參數(shù)包括改變注入電流源和電流源的幅值。

具體地，如圖4所示，三相電力設(shè)備接入電網(wǎng)中，設(shè)采取某種試驗手段(對電網(wǎng)進(jìn)行次超同步激勵)，如向電網(wǎng)并聯(lián)和/或串聯(lián)注入一定次同步和/或超同步頻率電流源和/或電壓源(即圖4中的擾動信號，ud1是擾動電壓源，id2是擾動電流源)，導(dǎo)致被測設(shè)備端口電壓和端口電流中出現(xiàn)明顯的次同步和超同步分量，通過信號處理方式(如濾波)將次同步和超同步電壓和電流分量分別“濾取”出來，設(shè)為usub,usup,isub,isup(下標(biāo)sub和sup分別表示次同步和超同步分量下同)。

以a相基頻電壓為基準(zhǔn)(相位角設(shè)為0)，將三相次/超電壓和電流表示為相量形式，求取其正序分量，設(shè)為根據(jù)式(1)則有：

itestz＝utest(7)

式中各矩陣或向量的定義如下：

是可以實測的電流構(gòu)成的矩陣，上標(biāo)*表示相量取共軛。

是可以實測的電壓構(gòu)成的向量。

z＝[z11z12z21z22]^t，是將阻抗矩陣展開形成的阻抗參數(shù)列向量。

s3：改變次/超同步激勵的參數(shù)或外電網(wǎng)的參數(shù)，以獲取電力設(shè)備的多組測量結(jié)果，并根據(jù)多組測量結(jié)果生成阻抗量測方程。

具體地，當(dāng)改變注入電壓和/電流源的幅值或外電網(wǎng)的參數(shù)，使得待測設(shè)備端部電壓和電流發(fā)生變化時，皆可以得到多組測量結(jié)果，將它們都整理成如式(7)所示的形式，并組合起來構(gòu)成如下量測方程。

式中，上標(biāo)(1)和(n)分別表示第一組和第n組測量結(jié)果。

如果得到了n組測量結(jié)果，則式中是2n×4維矩陣，是2n維向量。

s4：對阻抗量測方程進(jìn)行預(yù)設(shè)數(shù)值優(yōu)化方法得到次/超同步耦合阻抗模型的阻抗參數(shù)。

具體地，可以通過最小二乘方法或其他數(shù)值優(yōu)化方法得到阻抗參數(shù)，從而實現(xiàn)對阻抗模型的精確辨識。

實際使用中，可以對前述通用辨識方法進(jìn)行簡化，得到次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的實用化測量方法。如圖5所示，擾動信號源(即前述的次同步和/或超同步頻率電流源和/或電壓源)經(jīng)過一定的連接阻抗，注入被測設(shè)備的端口。對被測設(shè)備端口的電壓和電流進(jìn)行測量，通過信號處理方式(如濾波)將次同步和超同步電壓和電流分量分別“濾取”出來。改變擾動信號源的大小和/或相位，再次測量，共得到兩組測量結(jié)果。

根據(jù)公式(8)，可直接求得阻抗矩陣參數(shù)如下：

如果不方便在被測設(shè)備端口進(jìn)行測量且已知連接阻抗值，還可以將測量點移至連接阻抗靠近電網(wǎng)側(cè)，如圖6所示。計算阻抗時只需對電壓測量結(jié)果(設(shè)為)進(jìn)行預(yù)處理即可，如下式所示：

式中，ztest是連接阻抗值。

再將電流測量結(jié)果和預(yù)處理后的電壓測量結(jié)果代入公式(9)便可得到阻抗/導(dǎo)納矩陣參數(shù)。

進(jìn)一步地，如果可以將擾動信號直接施加在被測設(shè)備的端口，即連接阻抗為零，則可得到次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的簡化測量方法，如圖7所示。

若擾動源為單一的次同步頻率電壓源，此時機(jī)端電壓也只含有次同步頻率信號，即改變擾動源為單一的超同步頻率電壓源，再次測量，此時機(jī)端電壓也只含有超同步頻率信號，即

根據(jù)公式(8)，阻抗矩陣參數(shù)公式簡化為

圖8是本發(fā)明實施例的電力設(shè)備的次/超同步耦合阻抗模型的辨識方法的流程圖。如圖8所示，本發(fā)明的實施例還提供了一種電力設(shè)備的次/超同步耦合導(dǎo)納模型的辨識方法，包括以下步驟：

a：提供電力設(shè)備的次/超同步耦合導(dǎo)納模型，其中，次/超同步耦合導(dǎo)納模型包括電壓向量、電流向量和導(dǎo)納參數(shù)。

具體地，正序次/超同步耦合導(dǎo)納模型表示方式為：

和分別表示電壓和電流相量(以a相基頻電壓分量為相角參考值)，y表示導(dǎo)納參數(shù)，下標(biāo)sub和sup分別表示次同步和超同步分量，上標(biāo)*表示相量取共軛，下同。

次/超同步耦合阻抗模型定義為：

b：將電力設(shè)備接入電網(wǎng)中，并向電網(wǎng)施加次/超同步激勵，并基于次/超同步耦合導(dǎo)納模型獲取電力設(shè)備的次同步和超同步電壓分量和電流分量。

在本發(fā)明的一個實施例中，向電網(wǎng)施加次/超同步激勵，并基于次/超同步耦合導(dǎo)納模型獲取電力設(shè)備的次同步和超同步電壓分量和電流分量進(jìn)一步包括：

向電網(wǎng)注入一定次同步和/或超同步頻率電流源和/或電壓源，并基于次/超同步耦合導(dǎo)納模型在電力設(shè)備的端口電壓和端口電流中出現(xiàn)次同步分量和超同步分量，通過信號處理得到次同步和超同步電壓分量和電流分量。

在本發(fā)明的一個實施例中，改變次/超同步激勵的參數(shù)包括改變注入電流源和電流源的幅值。

以a相基頻電壓為基準(zhǔn)(相位角設(shè)為0)，將三相次/超電壓和電流表示為相量形式，求取其正序分量，設(shè)為根據(jù)式(12)則有：

itest＝utesty(14)

式中各矩陣或向量的定義如下：

是可以實測的電流構(gòu)成的矩陣，上標(biāo)*表示相量取共軛。

是可以實測的電壓構(gòu)成的向量。

y＝[y11y12y21y22]^t，是將導(dǎo)納矩陣展開形成的導(dǎo)納參數(shù)列向量。

c：改變次/超同步激勵的參數(shù)或外電網(wǎng)的參數(shù)，以獲取電力設(shè)備的多組測量結(jié)果，并根據(jù)多組測量結(jié)果生成導(dǎo)納量測方程。

具體地，導(dǎo)納量測方程為：

d：對導(dǎo)納量測方程進(jìn)行預(yù)設(shè)數(shù)值優(yōu)化方法得到次/超同步耦合導(dǎo)納模型的導(dǎo)納參數(shù)。

具體地，實際使用中，可以對前述通用辨識方法進(jìn)行簡化，得到次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的實用化測量方法。如圖5所示，擾動信號源(即前述的次同步和/或超同步頻率電流源和/或電壓源)經(jīng)過一定的連接阻抗，注入被測設(shè)備的端口。對被測設(shè)備端口的電壓和電流進(jìn)行測量，通過信號處理方式(如濾波)將次同步和超同步電壓和電流分量分別“濾取”出來。改變擾動信號源的大小和/或相位，再次測量，共得到兩組測量結(jié)果。

導(dǎo)納矩陣參數(shù)如下：

計算阻抗和導(dǎo)納時只需對電壓測量結(jié)果(設(shè)為)進(jìn)行預(yù)處理即可，如下式所示：

再將電流測量結(jié)果和預(yù)處理后的電壓測量結(jié)果代入公式(16)便可得到阻抗/導(dǎo)納矩陣參數(shù)。

進(jìn)一步地，如果可以將擾動信號直接施加在被測設(shè)備的端口，即連接阻抗為零，則可得到次/超同步耦合阻抗(導(dǎo)納)模型的簡化測量方法，如圖7所示。

若擾動源為單一的次同步頻率電壓源，此時機(jī)端電壓也只含有次同步頻率信號，即改變擾動源為單一的超同步頻率電壓源，再次測量，此時機(jī)端電壓也只含有超同步頻率信號，即

根據(jù)公式(15)，導(dǎo)納矩陣參數(shù)公式簡化為：

另外，本發(fā)明實施例的電力設(shè)備的次/超同步耦合模型的辨識方法的其它構(gòu)成以及作用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。