本發(fā)明涉及一種小干擾穩(wěn)定性評(píng)估方法，尤其是涉及電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性的評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
：隨著新能源的快速發(fā)展，光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等新能源在電力結(jié)構(gòu)中比重越來越大，多新能源接入同一受端交流電網(wǎng)不可避免，且新能源大量利用電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)，這些電氣距離較近的新能源和交流受端電網(wǎng)一起構(gòu)成電力電子多饋入電力系統(tǒng)。當(dāng)饋入交流電網(wǎng)的電力電子設(shè)備數(shù)量和容量增多后，交流系統(tǒng)相對(duì)變?nèi)?、?qiáng)度降低，導(dǎo)致電力電子設(shè)備間的耦合及它們與系統(tǒng)間的強(qiáng)耦加劇，進(jìn)而可能會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩問題。如何準(zhǔn)確評(píng)估電力電子設(shè)備接入后的交流電網(wǎng)的強(qiáng)度，反映多饋入系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，對(duì)保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。研究中常用短路比指標(biāo)來刻畫電壓源型變換器(VSC)、LCC直流、風(fēng)機(jī)等單一電力電子設(shè)備饋入交流系統(tǒng)時(shí)受端交流電網(wǎng)的強(qiáng)度和系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性：SCR越大，受端交流電網(wǎng)越強(qiáng)，系統(tǒng)越穩(wěn)定；反之系統(tǒng)越不穩(wěn)定。但已有研究均局限于電力電子單饋入電力系統(tǒng)，如何在電力電子多饋入電力系統(tǒng)中定義短路比指標(biāo)并對(duì)小干擾穩(wěn)定性進(jìn)行刻畫依然是極大的挑戰(zhàn)之一。相比單設(shè)備并網(wǎng)的單機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定問題，多個(gè)設(shè)備并網(wǎng)的穩(wěn)定分析是個(gè)多機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定問題，目前大部分分析還只能依賴仿真。但由于多饋入系統(tǒng)是一類特殊的多機(jī)系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于并網(wǎng)設(shè)備具有高度相似性，因此可以使用解析法對(duì)這類系統(tǒng)進(jìn)行研究。為此，針對(duì)多饋入系統(tǒng)，現(xiàn)有研究提出了多饋入短路比的概念，其初衷是多機(jī)系統(tǒng)降階為單機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行解析分析。如，CIGRE定義的傳統(tǒng)直流多饋入交直流系統(tǒng)的多饋入短路比，其核心思想是將其他饋入的折算到某一條直流，進(jìn)而利用單饋入短路比思路分析受端系統(tǒng)的電壓支撐強(qiáng)度和電壓靜態(tài)穩(wěn)定特性。2015年提出的多饋入交直流系統(tǒng)的廣義短路比概念進(jìn)一步解決了多饋入短路比物理意義不明確的缺陷，使得多饋入交直流系統(tǒng)的強(qiáng)弱區(qū)分度和單饋入系統(tǒng)一樣明確然而，現(xiàn)有的廣義短路比概念是基于多饋入傳統(tǒng)直流的靜態(tài)電壓穩(wěn)定問題而導(dǎo)出的，只能處理傳統(tǒng)直流的零頻段的分岔問題。針對(duì)常見的電力電子(如風(fēng)電、光伏以及輕型直流等所采用的VSC型電力電子設(shè)備)多饋入交流系統(tǒng)則并不適用，也無法用于分析系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定特性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述問題，提出了一種電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性評(píng)估方法，可使廣義短路比的物理意義明確，即將廣義短路比與電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定直接聯(lián)系起來，并能準(zhǔn)確評(píng)估電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案采用如下步驟：1)由電力電子多饋入電力系統(tǒng)中的電力電子設(shè)備參數(shù)獲得電力電子設(shè)備基準(zhǔn)容量對(duì)角矩陣S，將電力電子設(shè)備基準(zhǔn)容量對(duì)角矩陣S轉(zhuǎn)換為逆矩陣S-1，由電力電子多饋入電力系統(tǒng)的受端交流電網(wǎng)通過戴維南等效得到等值導(dǎo)納矩陣B，將逆矩陣S-1與等值導(dǎo)納矩陣B相乘得到擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq；2)根據(jù)擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq的特征值將電力電子多饋入電力系統(tǒng)等效為n個(gè)電力電子單饋入電力系統(tǒng)，n表示系統(tǒng)中電力電子設(shè)備的總數(shù)，并得到電力電子多饋入電力系統(tǒng)的廣義短路比gSCR；3)根據(jù)電力電子多饋入電力系統(tǒng)的廣義短路比gSCR判斷電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。將電力電子多饋入電力系統(tǒng)和電力電子單饋入電力系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程對(duì)比，認(rèn)為可以將電力電子多饋入電力系統(tǒng)能等效為n個(gè)電力電子單饋入電力系統(tǒng)，具體原理為：將電力電子n饋入系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程可看作n個(gè)單饋入系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的乘積，由電力電子多饋入電力系統(tǒng)計(jì)算得到的特征值可以由n個(gè)等效的電力電子單饋入電力系統(tǒng)計(jì)算得到的特征值近似代替，且誤差很小。因此可以使用最弱的等效的電力電子單饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性來評(píng)估電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。所述步驟2)中的根據(jù)擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq的特征值將電力電子多饋入電力系統(tǒng)等效為n個(gè)電力電子單饋入電力系統(tǒng)，具體為：2.1)通過對(duì)擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq特征值分解，得到擴(kuò)展雅克比陣Jeq的特征矩陣diag{λ1,λ2,…,λn}；2.2)根據(jù)擴(kuò)展雅克比陣Jeq的特征值矩陣diag{λ1,λ2,…,λn}將電力電子多饋入電力系統(tǒng)等效為n個(gè)電力電子單饋入電力系統(tǒng)，以特征值矩陣diag{λ1,λ2,…,λn}中的各個(gè)特征值λ1,λ2,…,λn作為n個(gè)電力電子單饋入電力系統(tǒng)各自的交流電網(wǎng)傳輸線的導(dǎo)納，電力電子單饋入電力系統(tǒng)中的各個(gè)電力電子設(shè)備除導(dǎo)納以外的其余參數(shù)與原電力電子多饋入電力系統(tǒng)中相同。取所述擴(kuò)展雅克比陣Jeq的特征矩陣diag{λ1,λ2,…,λn}的最小特征值作為電力電子多饋入電力系統(tǒng)的廣義短路比gSCR。所述的步驟3)具體為：以電力電子多饋入電力系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)的廣義短路比gSCR作為電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR，并將電力電子單饋入電力系統(tǒng)的臨界短路比CSCR與獲得的電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR相等，采用以下方式判斷：當(dāng)電力電子多饋入電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的廣義短路比gSCR小于電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR時(shí)，電力電子多饋入電力系統(tǒng)的最弱特征值阻尼比小于0，是小干擾不穩(wěn)定；當(dāng)電力電子多饋入電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的廣義短路比gSCR大于電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR時(shí)，電力電子多饋入電力系統(tǒng)的最弱特征值阻尼比大于0，是小干擾穩(wěn)定系統(tǒng)；當(dāng)電力電子多饋入電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的廣義短路比gSCR等于電力電子多饋入電力系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR時(shí)，電力電子多饋入電力系統(tǒng)的最弱特征值阻尼比等于0，是小干擾臨界穩(wěn)定系統(tǒng)。并通過實(shí)際運(yùn)行的廣義短路比gSCR與臨界廣義短路CgSCR的差值反映電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定裕度，差值越大，小干擾穩(wěn)定裕度越大。所述的電力電子多饋入電力系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí)的廣義短路比gSCR取為電力電子多饋入電力系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程實(shí)部為0時(shí)對(duì)應(yīng)特征值下的廣義短路比gSCR。所述電力電子多饋入電力系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程是通過小干擾穩(wěn)定分析方法中雅可比傳遞函數(shù)矩陣的頻域建模方法建立得到，具體表示為以下公式：其中，GPθ(s)、GPU(s)、GQθ(s)、GQU(s)表示電力電子設(shè)備雅可比傳遞函數(shù)矩陣的元素，s表示拉普拉斯算子，符號(hào)表示Kronecker積，S表示電力電子設(shè)備基準(zhǔn)容量對(duì)角矩陣，ω0表示同步旋轉(zhuǎn)速度，表示電力電子設(shè)備饋入點(diǎn)電壓對(duì)角矩陣，B表示節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，diag(Pi)表示電力電子設(shè)備輸出有功功率對(duì)角矩陣，diag(Qi)表示電力電子設(shè)備輸出的無功功率對(duì)角矩陣,det表示矩陣的行列式。假設(shè)電力電子設(shè)備是相似的，即各電力電子設(shè)備的控制方式和運(yùn)行點(diǎn)相同，控制參數(shù)在各自基準(zhǔn)容量下的標(biāo)么值相同，因此本發(fā)明通過特征值分解進(jìn)行解耦。所述步驟2.1)中對(duì)擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq特征值分解具體采用以下公式表示：W-1JeqW＝diag{λ1,λ2,…,λn}其中，W為擴(kuò)展雅克比矩陣的右特征向量矩陣，diag{λ1,λ2,…,λn}為擴(kuò)展雅克比矩陣的特征值矩陣。本發(fā)明上述步驟涉及的計(jì)算表示如下：A、電力電子設(shè)備基準(zhǔn)容量對(duì)角矩陣S采用以下公式表示：S＝diag(S1,S2,...,Sn)其中，S1,S2,...,Sn分別為第一臺(tái)電力電子設(shè)備到第n臺(tái)電力電子設(shè)備的額定容量。B、電力電子設(shè)備饋入點(diǎn)電壓對(duì)角矩陣采用以下公式表示：其中，U1,U2,...,Un分別為第一臺(tái)電力電子設(shè)備到第n臺(tái)電力電子設(shè)備饋入點(diǎn)的電壓。C、等值導(dǎo)納矩陣B采用以下公式表示：其中，Bij為等效導(dǎo)納矩陣元素。D、電力電子設(shè)備輸出有功功率對(duì)角矩陣diag(Pi)采用以下公式表示：diag(Pi)＝diag(P1,P2,...,Pn)其中，P1,P2,...,Pn分別為第一臺(tái)電力電子設(shè)備到第n臺(tái)電力電子設(shè)備有功功率輸出。E、電力電子設(shè)備輸出無功功率對(duì)角矩陣diag(Qi)采用以下公式表示：diag(Qi)＝diag(Q1,Q2,...,Qn)其中，Q1,Q2,...,Qn分別為第一臺(tái)電力電子設(shè)備到第n臺(tái)電力電子設(shè)備無功功率輸出、F、擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq采用以下公式表示：Jeq＝-S-1B其中，B為等值導(dǎo)納矩陣，S-1為電力電子設(shè)備基準(zhǔn)容量對(duì)角矩陣S的逆矩陣。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠與電力電子單饋入電力系統(tǒng)統(tǒng)一起來，提出新定義了一種廣義短路比，使廣義短路比的物理意義明確，即與電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定直接聯(lián)系起來，并能準(zhǔn)確判斷電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，可應(yīng)用于電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性評(píng)估。本發(fā)明方法簡(jiǎn)便有效，能準(zhǔn)確地反應(yīng)電力電子多饋入電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性，保證電力電子多饋入電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，也能為電力電子多饋入電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供小干擾穩(wěn)定性判據(jù)。附圖說明圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。圖2為本發(fā)明方法中廣義短路比與單饋入短路比的關(guān)系圖3為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中中電力電子單饋入電力系統(tǒng)戴維南等效圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中典型逆變器使用的PQ控制框圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中電力電子多饋入電力系統(tǒng)與等效電力電子單饋入電力系統(tǒng)特征值對(duì)比圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例仿真驗(yàn)證中廣義短路比與系統(tǒng)最弱特征值阻尼比的關(guān)系曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，采用本發(fā)明方法進(jìn)行處理，當(dāng)電力電子多饋入電力系統(tǒng)運(yùn)行到穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)電壓為額定電壓，且各電力電子設(shè)備的控制方式、控制參數(shù)和運(yùn)行點(diǎn)相同。因此，各電力電子設(shè)備的雅可比傳遞函數(shù)矩陣相同，進(jìn)而電力電子多饋入電力系統(tǒng)的系統(tǒng)閉環(huán)特征方程能通過特征值分解解耦。本發(fā)明的具體實(shí)施例如下：在Matlab/Simulink軟件中建立電力電子六饋入系統(tǒng)，如圖3所示.系統(tǒng)中的電力電子設(shè)備是一種典型的電壓源型逆變器。逆變器采用PQ控制，如圖4所示。圖中各變量意義如下表1所示：表1PQ控制逆變器變量對(duì)應(yīng)表PQ控制逆變器變量的參數(shù)值如下表2所示：表2實(shí)施例仿真驗(yàn)證中系統(tǒng)變量的參數(shù)值圖5為由電力電子多饋入電力系統(tǒng)計(jì)算得到的特征值與由6個(gè)等效電力電子單饋入電力系統(tǒng)計(jì)算得到特征值的對(duì)比圖。圖中給出了所有低頻段和次同步頻段的振蕩模式，圖中λ1,λ2,…,λ6是擴(kuò)展雅克比矩陣Jeq的特征值，具體數(shù)值如下表2所示?？梢钥闯鲇稍剂伻胂到y(tǒng)和6個(gè)等效單饋入系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)算得到的特征值基本相同，振蕩頻率和阻尼比的誤差很小，因此可以使用6個(gè)等效電力電子單饋入電力系統(tǒng)計(jì)算得到特征值近似替代電力電子多饋入電力系統(tǒng)的特征值。此外，由于系統(tǒng)所有特征值均具有負(fù)的實(shí)部，那么系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定。且系統(tǒng)最特征特征值的阻尼比為0.0319，滿足實(shí)際電力系統(tǒng)中系統(tǒng)最弱征特征值的阻尼比需要大于0.03的穩(wěn)定裕度要求。表2實(shí)施例仿真驗(yàn)證中拓展雅可比矩陣的特征值等效單饋入系統(tǒng)123456拓展雅可比矩陣的特征值7.19934.54841.45958.47074.40292.257由表2知拓展雅可比矩陣的最小特征值為7.199，則系統(tǒng)的廣義短路比gSCR為7.199。圖6為廣義短路比gSCR與系統(tǒng)最弱特征值阻尼比的關(guān)系曲線，圖中標(biāo)出了系統(tǒng)的臨界廣義短路比CgSCR為6.58。由于系統(tǒng)gSCR為7.199，大于臨界廣義短路比6.58，那么系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定。此結(jié)論與直接計(jì)算特征值得到的結(jié)論相同。此外，如果要求系統(tǒng)滿足最弱征特征值的阻尼比需要大于0.03的穩(wěn)定裕度要求，從圖6可以看出，系統(tǒng)的gSCR需要大于7.17。而系統(tǒng)的實(shí)際gSCR為7.199，那么系統(tǒng)滿足最弱征特征值的阻尼比需要大于0.03的穩(wěn)定裕度要求，結(jié)論也與直接計(jì)算特征值得到的結(jié)論相同。因此，本發(fā)明方法能夠?qū)V義短路比與電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定直接聯(lián)系起來，使得廣義短路比的物理意義明確，并能準(zhǔn)確判斷電力電子多饋入電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性，本發(fā)明方法具有突出顯著的技術(shù)效果。本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3