本技術(shù)涉及風(fēng)力發(fā)電，尤其涉及一種海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)由電力電子控制主導(dǎo)、包含風(fēng)電變流器、模塊化多電平換流器等多種電力電子裝備、具有多時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的高比例電力電子電力系統(tǒng)。近年來，國(guó)內(nèi)外多個(gè)實(shí)際工程在運(yùn)行或調(diào)試過程中出現(xiàn)了一系列由電力電子變流器引發(fā)的電磁振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重影響大規(guī)模海上風(fēng)電的可靠消納，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此對(duì)海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析開展深入研究具有重要意義。

2、現(xiàn)有的海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法主要有特征值分析法和阻抗分析法。其中，特征值分析法雖然能夠準(zhǔn)確獲取整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定諧振點(diǎn)以及準(zhǔn)確的振蕩信息。但是，海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)含有大量的控制器和延時(shí)環(huán)節(jié)，其對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起到主導(dǎo)作用。導(dǎo)致，搭建系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程時(shí)需要考慮大量的控制方程，系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程維度隨之增大，特征值的求解難度也隨之增大。此外，該方法需要實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)中各元件的運(yùn)行數(shù)據(jù)，在工況發(fā)生變化時(shí)需要重新搭建狀態(tài)空間方程并重新求解特征根，整個(gè)過程較為繁瑣，較難適應(yīng)復(fù)雜多變的新型電力系統(tǒng)。近年來阻抗分析法逐漸得到研究人員的青睞，然而現(xiàn)有的阻抗分析法大多忽略了子系統(tǒng)的頻率耦合效應(yīng)，且該方法需要計(jì)算阻抗矩陣每個(gè)頻率下的特征值，計(jì)算量較大。

3、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)可以歸納為：一是沒有考慮不同分割點(diǎn)對(duì)穩(wěn)定性結(jié)果的影響；二是需要進(jìn)行繁瑣的特征值計(jì)算。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法及相關(guān)裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮不同分割點(diǎn)對(duì)穩(wěn)定性結(jié)果的影響，且需要進(jìn)行繁瑣的特征值計(jì)算的問題。

2、有鑒于此，本技術(shù)第一方面提供了一種海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，所述方法包括：

3、利用掃頻阻抗法獲取由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)的第一互聯(lián)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的阻抗模型；

4、基于所述第一互聯(lián)系統(tǒng)的拓?fù)浯_定若干種不同分割方式，用于分別將所述第一互聯(lián)系統(tǒng)分割為若干種由兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的第二互聯(lián)系統(tǒng)，并分別獲取各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的阻抗比矩陣，其中各種所述分割方式均包含對(duì)應(yīng)的分割點(diǎn)；

5、采用gershgorin圓定理估計(jì)各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的所述阻抗比矩陣的特征根軌跡的分布情況，根據(jù)所述特征根軌跡的分布情況分析所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并將穩(wěn)定性裕度最小的所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的分析結(jié)果作為海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性分析結(jié)果。

6、可選地，所述利用掃頻阻抗法獲取由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)的第一互聯(lián)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的阻抗模型，包括：

7、向第一互聯(lián)系統(tǒng)注入正序頻率的小擾動(dòng)電壓后，采樣所述第一互聯(lián)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的電壓電流值，并對(duì)所述電壓電流值進(jìn)行提取，得到在所述正序頻率的小擾動(dòng)電壓擾動(dòng)下的正序電流和耦合電流的值，作為構(gòu)成二維阻抗矩陣的第一列數(shù)據(jù)；

8、向第一互聯(lián)系統(tǒng)注入負(fù)序頻率的小擾動(dòng)電壓后，采樣所述第一互聯(lián)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的電壓電流值，并對(duì)所述電壓電流值進(jìn)行提取，得到在所述負(fù)序頻率的小擾動(dòng)電壓擾動(dòng)下的負(fù)序電流和耦合電流的值，作為構(gòu)成二維阻抗矩陣的第二列數(shù)據(jù)；

9、通過所述第一列數(shù)據(jù)和所述第二列數(shù)據(jù)構(gòu)成二維阻抗矩陣，從而得到所述阻抗模型。

10、可選地，所述基于所述第一互聯(lián)系統(tǒng)的拓?fù)浯_定若干種不同分割方式，用于分別將所述第一互聯(lián)系統(tǒng)分割為若干種由兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的第二互聯(lián)系統(tǒng)，并分別獲取各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的阻抗比矩陣，其中各種所述分割方式均包含對(duì)應(yīng)的分割點(diǎn)，包括：

11、基于所述第一互聯(lián)系統(tǒng)的拓?fù)浯_定若干種不同分割方式，通過各所述分割方式分別將所述第一互聯(lián)系統(tǒng)中的多個(gè)子系統(tǒng)分割為若干種兩個(gè)子系統(tǒng)，從而構(gòu)成若干種第二互聯(lián)系統(tǒng)，并根據(jù)所述阻抗模型分別求解若干種所述兩個(gè)子系統(tǒng)的阻抗矩陣，根據(jù)求解得到的阻抗矩陣構(gòu)成若干種所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的阻抗比矩陣。

12、可選地，所述采用gershgorin圓定理估計(jì)各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的所述阻抗比矩陣的特征根軌跡的分布情況，根據(jù)所述特征根軌跡的分布情況分析所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并將穩(wěn)定性裕度最小的所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的分析結(jié)果作為海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性分析結(jié)果，包括：

13、基于gershgorin圓定理，計(jì)算各所述阻抗比矩陣中的圓心和圓心到點(diǎn)（-1,?j0）的距離和距離；

14、根據(jù)所述距離和所述距離對(duì)所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性分析結(jié)果；

15、根據(jù)各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性分析結(jié)果得到穩(wěn)定裕度，并將穩(wěn)定性裕度最小的所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的分析結(jié)果，作為海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性分析結(jié)果。

16、可選地，所述根據(jù)求解得到的阻抗矩陣構(gòu)成若干種所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的阻抗比矩陣，包括：

17、將各所述阻抗矩陣，分別代入阻抗比矩陣公式中，計(jì)算得到若干種所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的阻抗比矩陣；

18、其中，所述阻抗比矩陣公式為：

19、

20、式中，為所述阻抗比矩陣，和為兩個(gè)子系統(tǒng)的阻抗矩陣。

21、可選地，所述計(jì)算各所述阻抗比矩陣中的圓心和圓心到點(diǎn)（-1,?j0）的距離和距離，

22、基于距離計(jì)算公式，計(jì)算各所述阻抗比矩陣中的圓心和圓心到點(diǎn)（-1,?j0）的距離和距離；

23、其中，所述距離計(jì)算公式為：

24、。

25、可選地，所述根據(jù)所述距離和所述距離對(duì)所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性分析結(jié)果，包括：

26、設(shè)計(jì)若干個(gè)判據(jù)，并基于若干個(gè)所述判據(jù)，根據(jù)所述距離和所述距離對(duì)所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性分析結(jié)果；

27、其中，若干個(gè)所述判據(jù)，包括：

28、第一判據(jù)：當(dāng)圓心l11(fp)和圓心l22(fp)軌跡不包圍點(diǎn)(-1,?j0)，同時(shí)滿足s11>|l12(fp)|和s22>|l21(fp)|，即圓心軌跡不包圍(-1,?j0)且所有圓域都不包含(-1,?j0)，此時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；

29、第二判據(jù)：當(dāng)圓心l11(fp)軌跡不包圍點(diǎn)(-1,?j0)且s11<|l12(fp)|，或者圓心l11(fp)軌跡不包圍點(diǎn)(-1,?j0)且s22<|l21(fp)|，即系統(tǒng)阻抗比特征根軌跡可能包圍(-1,?j0)，此時(shí)保守性地認(rèn)為系統(tǒng)不穩(wěn)定；

30、第三判據(jù)：當(dāng)圓心l11(fp)軌跡包圍點(diǎn)(-1,?j0)且s11<|l12(fp)|，或者圓心l11(fp)軌跡不包圍點(diǎn)(-1,?j0)且s22<|l21(fp)|，即系統(tǒng)阻抗比特征根軌跡可能包圍(-1,?j0)，此時(shí)保守性地認(rèn)為系統(tǒng)不穩(wěn)定；

31、第四判據(jù)：當(dāng)圓心l11(fp)或l22(fp)軌跡包圍點(diǎn)(-1,?j0)，同時(shí)對(duì)應(yīng)地滿足s11>|l12(fp)|或s22>|l21(fp)|，即阻抗比矩陣的特征根軌跡必將包圍點(diǎn)(-1,?j0)，此時(shí)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

32、本技術(shù)第二方面提供一種海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

33、第一獲取單元，用于利用掃頻阻抗法獲取由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)的第一互聯(lián)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的阻抗模型；

34、第二獲取單元，用于基于所述第一互聯(lián)系統(tǒng)的拓?fù)浯_定若干種不同分割方式，用于分別將所述第一互聯(lián)系統(tǒng)分割為若干種由兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的第二互聯(lián)系統(tǒng)，并分別獲取各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的阻抗比矩陣，其中各種所述分割方式均包含對(duì)應(yīng)的分割點(diǎn)；

35、分析單元，用于采用gershgorin圓定理估計(jì)各所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的所述阻抗比矩陣的特征根軌跡的分布情況，根據(jù)所述特征根軌跡的分布情況分析所述第二互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并將穩(wěn)定性裕度最小的所述第二互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的分析結(jié)果作為海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性分析結(jié)果。

36、本技術(shù)第三方面提供一種海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析設(shè)備，所述設(shè)備包括處理器以及存儲(chǔ)器：

37、所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序代碼，并將所述程序代碼傳輸給所述處理器；

38、所述處理器用于根據(jù)所述程序代碼中的指令，執(zhí)行如上述第一方面所述的海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法的步驟。

39、本技術(shù)第四方面提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于存儲(chǔ)程序代碼，所述程序代碼用于執(zhí)行上述第一方面所述的海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法。

40、從以上技術(shù)方案可以看出，本技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

41、本技術(shù)提供的一種海上風(fēng)電經(jīng)柔性直流并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，首先利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)各部分的阻抗模型，能夠適應(yīng)mmc換流器和風(fēng)電場(chǎng)站復(fù)雜多變的工況，從而快速準(zhǔn)確地得到電網(wǎng)中mmc換流器和風(fēng)電場(chǎng)站的阻抗信息。進(jìn)一步地在搭建阻抗模型時(shí)考慮了系統(tǒng)的頻率耦合效應(yīng)，用二維的阻抗矩陣表示各部分的阻抗信息。接著取不同的分割點(diǎn)將系統(tǒng)分割為兩個(gè)子系統(tǒng)，考慮分割點(diǎn)的不同對(duì)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析結(jié)果的影響，避免分割點(diǎn)選擇不恰當(dāng)導(dǎo)致穩(wěn)定性分析結(jié)果出現(xiàn)偏差。最后，采用gershgorin圓定理估計(jì)系統(tǒng)阻抗比矩陣的特征根軌跡的分布情況，針對(duì)圓域可能出現(xiàn)的四種情況，提出對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性分析結(jié)果。進(jìn)一步通過各種分割方式下系統(tǒng)的最小穩(wěn)定裕度，得到保守的穩(wěn)定分析結(jié)果。避免了需要求解大量矩陣特征根的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了計(jì)算過程。從而解決了現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮不同分割點(diǎn)對(duì)穩(wěn)定性結(jié)果的影響，且需要進(jìn)行繁瑣的特征值計(jì)算的問題。