[發(fā)明專利]新能源并網(wǎng)系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定性的頻域判穩(wěn)方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810551981.7
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108667048B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 謝小榮;劉華坤
• 申請（專利權）人: 清華大學;國網(wǎng)新疆電力有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/38
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

1.一種新能源并網(wǎng)系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定性的頻域判穩(wěn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立新能源并網(wǎng)系統(tǒng)中各設備的頻域阻抗模型，所述新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的設備包括白箱電力設備與黑/灰箱電力設備；

其中，對所述白箱電力設備建立所述頻域阻抗模型，包括：建立所述白箱電力設備在自身dq坐標下的非線性動態(tài)方程模型，并在穩(wěn)態(tài)運行點將所述非線性動態(tài)方程模型線性化為小信號狀態(tài)空間模型；對所述小信號狀態(tài)空間模型進行Laplace變換，以在s域內得到所述白箱電力設備的機端電壓與電流的關系，即在所述dq坐標系下的阻抗矩陣模型；根據(jù)靜止abc坐標系與旋轉dq坐標之間的轉換關系，得到所述dq坐標的阻抗矩陣與所述靜止abc坐標的正負序耦合阻抗矩陣之間的轉換關系式；

其中，對所述黑/灰箱電力設備建立所述頻域阻抗模型，包括：辨識所述黑/灰箱電力設備的旋轉dq坐標阻抗，以得到所述黑/灰箱電力設備的阻抗頻率特性曲線，并通過曲線擬合得到設備阻抗矩陣模型中每個元素關于s的解析表達式；在獲取所述黑/灰箱電力設備在dq坐標系下的阻抗矩陣模型后，通過所述轉換關系推導所述黑/灰箱電力設備在靜止abc坐標系下的正負序耦合阻抗矩陣模型；

在旋轉dq坐標或靜止abc坐標下構建所述新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗網(wǎng)絡模型，其中，在旋轉dq坐標下，電力設備的阻抗模型是一個2×2階的阻抗矩陣，其非對角元素不為零，阻抗矩陣的d軸與q軸是緊密耦合的，所建立的系統(tǒng)阻抗網(wǎng)絡模型是耦合阻抗網(wǎng)絡模型；在靜止abc坐標下，電力設備阻抗模型表示為一個2×2階的阻抗矩陣，為正負序耦合阻抗矩陣，所建立的系統(tǒng)阻抗網(wǎng)絡模型是正負序耦合阻抗網(wǎng)絡模型；

將所述阻抗網(wǎng)絡模型歸集為聚合阻抗矩陣，并根據(jù)聚合阻抗矩陣行列式的頻率特性判定所述新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以得到穩(wěn)定性的判定結果；以及

根據(jù)所述聚合阻抗矩陣行列式的頻率特性定量分析所述新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的振蕩模式特性，具體地：

當?shù)刃щ娍骨€上存在一個對應共軛零點的ZZP時，穩(wěn)定判據(jù)具體包括：如果模式阻尼在數(shù)值上遠遠小于振蕩頻率，即|α_o||ω_o|，所辨識出的過零點頻率ω_r約等于共軛零點的頻率ω_o，即ω_r≈ω_o；如果在過零點頻率ω_r處系統(tǒng)等效電抗曲線斜率大于0，即k_DX(ω_r)0，該頻率處等效電阻R_D(ω_r)的符號與-α_o相同，否則，等效電阻R_D(ω_r)的符號與α_o相同；

當?shù)刃щ娍骨€上不存在對應共軛零點的ZZP，但等效電阻曲線上存在一個對應的ZZP時，穩(wěn)定判據(jù)具體包括：如果|α_o||ω_o|，所辨識出的過零點頻率ω_r約等于共軛零點的頻率ω_o，即ω_r≈ω_o；如果在過零點頻率ω_r處系統(tǒng)等效電阻曲線斜率大于0，即k_DR(ω_r)0，該頻率處等效電抗X_D(ω_r)的符號與α_o相同，否則，等效電抗X_D(ω_r)的符號與-α_o相同；

穩(wěn)定判據(jù)的證明包括：聚合阻抗矩陣行列式D_Z(s)表示為：其中，λ_i和λ_i^*表示共軛零點；λ_j表示實數(shù)零點；λ_r和λ_r^*表示共軛極點；λ_t表示實數(shù)極點；i＝1，2，…m；j＝1，2，…n；r＝1，2，…p；t＝1，2，…q；k＝1，2，…g；假設D_Z(s)中有一對共軛零點λ_1,2＝α_o±jω_o，該對共軛零點對應系統(tǒng)中的某個振蕩模式；在頻域中，將D_Z(s)公式中的s替換為jω，得到D_Z(ω)＝(jω-λ₁)(jω-λ₂)G(ω)其中，G(ω)是一個關于ω的多項式，表示D_Z(ω)中的剩余項；如果ω位于ω_o的微小鄰域內，存在關系式G(ω)≈G(ω_o)＝a+jb，其中，a和b是依賴于ω_o的常數(shù)；D_Z(ω)進一步表示為：

當b≠0時，求解式D_Z(ω)的進一步表達式中的X_D＝0，計算得到電抗曲線的過零點頻率ω_r：ω_r＝max{ω_r1,ω_r2},其中，max{ω_r1，ω_r2}給出ω_r1和ω_r2中較大的正頻率，并忽略較小的負頻率；在弱阻尼振蕩模式下，如果|α_o||ω_o|，ω_r的公式簡化為ω_r≈ω_o，電抗曲線的過零點頻率ω_r近似等于共軛零點的頻率ω_o；在過零點頻率ω_r的微小鄰域內，等效電抗曲線X_D的斜率表示為：并經(jīng)推導得：由于(a²+b²)≥0，且b²≥0，所以如果k_DX(ω_r)0，則R_D(ω_r)的符號與α_o相同；如果b0，即k_DX(ω_r)0，過零點頻率ω_r處，等效電阻R_D表示為：如果k_DX(ω_r)0，R_D(ω_r)的符號與-α_o相同；在過零點頻率ω_r處的等效電阻R_D整理為：如果k_DX(ω_r)0，R_D(ω_r)的符號與-α_o相同；如果k_DX(ω_r)0，R_D(ω_r)的符號與α_o相同；

當b＝0時，a≠0，D_Z(ω)整理為：在正頻率范圍內，系統(tǒng)等效電抗曲線不存在過零點，此時，過零點頻率ω_r通過求解式中的R_D＝0得到：ω_r＝max{ω_r1,ω_r2},考慮到|α_o||ω_o|，有：ω_r≈ω_o等效電阻曲線的過零點頻率ω_r近似等于共軛零點的頻率ω_o，在過零點頻率ω_r的微小鄰域內，等效電阻R_D曲線的斜率寫為：如果a0，X_D(ω_r)的符號與-α_o相同；如果a0，X_D(ω_r)的符號與α_o相同；假設共軛零點λ_1,2＝α_o±jω_o對應系統(tǒng)的一對振蕩模式，且存在|α_o||ω_o|，在振蕩模式的微小鄰域中，聚合阻抗矩陣行列式可近似表示為一個串聯(lián)RLC電路阻抗與一個復數(shù)乘積的形式；在λ_1,2的微小鄰域內，將聚合阻抗矩陣行列式D_Z(ω)表示為：D_z(ω)≈Z_eq(ω)＝AZ_RLC(ω,R,L,C)其中，A表示一個復數(shù)乘子；R/L/C分別表示聚合RLC電路的等效電阻/電感/電容；對于高階系統(tǒng)，得到其聚合阻抗矩陣行列式D_Z(ω)的阻抗頻率特性曲線，在關注的振蕩模式頻率附近，取行列式D_z(ω)≈Z_eq(ω)＝AZ_RLC(ω,R,L,C)的等效電阻-頻率特性曲線和等效電抗-頻率特性曲線，通過曲線擬合技術計算式D_z(ω)≈Z_eq(ω)＝AZ_RLC(ω,R,L,C)中參數(shù)A、R、L和C的具體數(shù)值，以將上述曲線擬合思路整理歸結為求解一個最優(yōu)化問題：其中，Z_eq(ω)表示串聯(lián)RLC電路阻抗與一個復數(shù)的乘積；Δω表示微小的頻率范圍。