一种电力电子多馈入电力系统小干扰稳定性评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力电子多馈入电力系统小干扰稳定性评估方法。由电力电子多馈入电力系统中的电力电子设备参数分别获得电力电子设备额定容量对角矩阵、电力电子设备有功输出对角矩阵，进而计算得到扩展导纳矩阵；根据扩展导纳矩阵的特征值将电力电子多馈入电力系统等效为n个电力电子单馈入电力系统，并计算得到电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比；根据电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比判断电力电子多馈入电力系统的小干扰稳定性。本发明专利技术方法物理意义明确，可应用于电力电子多馈入电力系统实际运行时的小干扰稳定性评估，使电力电子多馈入电力系统稳定运行。

A Small Interference Stability Assessment Method for Power Electronics Multi-Feed Power System

The invention discloses a small interference stability evaluation method for power electronics multi-feed power system. The rated capacity diagonal matrix of power electronic equipment and active output diagonal matrix of power electronic equipment are obtained from the parameters of power electronic equipment in power system with multiple feeds, and then the extended admittance matrix is calculated. According to the eigenvalues of the extended admittance matrix, the power electronic multiple feeds into power system is equivalent to n power electronic single feeds into power system, and the power is calculated. The generalized short-circuit ratio of multi-feed power system is used to judge the small interference stability of multi-feed power system based on the generalized short-circuit ratio of multi-feed power system. The method of the invention has clear physical meaning and can be applied to the small interference stability evaluation of the power electronic multi-feed power system in actual operation, so as to make the power electronic multi-feed power system run stably.

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子多馈入电力系统小干扰稳定性评估方法
本专利技术涉及一种小干扰稳定性评估指标，尤其是涉及用于评估电力电子多馈入电力系统实际运行时的小干扰稳定性指标。
技术介绍
电力电子设备具有很强的灵活性和可控性，被广泛应用于可再生能源并网、直流输电等领域。随着光伏、风电等可再生能源在电力供给中比重不断增大，更多的电力电子设备接入交流电网，形成了电力电子多馈入电力系统。多馈入系统中电力电子设备并网总容量持续增加，引起交流电网电压支撑能力的相对下降，交流电网相对变弱，导致设备间、设备与系统间的耦合加剧，也增加了系统发生振荡的可能。准确评估电力电子多馈入电力系统中交流电网的强度，以及分析设备间的相互作用，是抑制振荡和保证多馈入系统安全稳定运行的必要前提。工程上常用短路比(shortcircuitratio,SCR)来分析电力电子设备馈入交流系统时交流电网的相对强度：SCR越大，受端交流电网越强，系统越稳定；反之系统越不稳定。2016年提出的电力电子多馈入电力系统广义短路比gSCR概念能够表征电力电子多馈入电力系统强度，反映多馈入系统运行风险，可一定程度上量化系统的小干扰稳定裕度。它的灵敏度大小与电力电子多馈入电力系统的薄弱点密切相关，能够为可再生能源机组/基地选址定容、电网规划等问题提供一定支撑。然而，电力电子多馈入电力系统广义短路比gSCR是以电力电子设备的额定容量作为计算标准，属于规划层指标。对于实际运行中电力电子设备的非额定工况，此时基于额定工作点的广义短路比gSCR无法准确评估非额定运行时系统的小干扰稳定性，从而限制了广义短路比gSCR的应用场景。因此，亟须开展研究给出能够刻画电力电子多馈入电力系统实际运行时小干扰稳定性的评估指标。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出了一种电力电子多馈入电力系统小干扰稳定性评估方法。本专利技术相比电力电子多馈入电力系统广义短路比gSCR的定义更为接近多馈入系统的实际运行情况，本质上是电力电子多馈入电力系统广义短路比gSCR的推广，可应用于电力电子多馈入电力系统实际运行时小干扰稳定性评估，使电力电子多馈入电力系统稳定运行。本专利技术的技术方案采用如下步骤：1)由电力电子多馈入电力系统中的电力电子设备参数分别获得电力电子设备额定容量对角矩阵SB、电力电子设备有功输出对角矩阵P，并求逆得到两个矩阵各自的逆矩阵和P-1；由电力电子多馈入电力系统的受端交流电网通过戴维南等效得到等值导纳矩阵B，将两个矩阵的逆矩阵P-1与等值导纳矩阵B相乘得到扩展导纳矩阵Jeqo；2)根据扩展导纳矩阵Jeqo的特征值将电力电子多馈入电力系统等效为n个电力电子单馈入电力系统，n为电力电子多馈入电力系统中电力电子设备的总数，一个电力电子设备对应为一个电力电子单馈入电力系统，并计算得到电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR；3)根据电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR判断电力电子多馈入电力系统的小干扰稳定性。所述步骤2)中，具体为：2.1)通过对扩展导纳矩阵Jeqo进行特征值分解，得到扩展导纳矩阵Jeqo的特征值矩阵Λ；2.2)根据扩展导纳矩阵Jeqo的特征值矩阵Λ将电力电子多馈入电力系统等效为n个电力电子单馈入电力系统，将电力电子设备额定容量对角矩阵SB、电力电子设备有功输出对角矩阵P与特征值矩阵Λ相乘所得到的矩阵对角元素作为n个等效电力电子单馈入电力系统各自的交流电网线路导纳，从而获得n个电力电子单馈入电力系统；2.3)取扩展导纳矩阵Jeqo的特征值矩阵Λ的最小特征值作为电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR。采用其他出现的广义短路比并不能评估获得电力电子多馈入电力系统在非额定运行情况下小干扰稳定性，本专利技术特殊发现采用运行广义短路比能评估获得电力电子多馈入电力系统在非额定运行情况下小干扰稳定性。所述的步骤3)具体为：以等效电力电子单馈入电力系统临界稳定时的运行广义短路比OgSCR作为电力电子多馈入电力系统的临界运行广义短路比COgSCR，再用运行广义短路比OgSCR和临界运行广义短路比COgSCR的差值来衡量作为电力电子多馈入电力系统的小干扰稳定裕度，进而判断电力电子多馈入电力系统的小干扰稳定性：当电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR小于电力电子多馈入电力系统的临界运行广义短路比COgSCR时，电力电子多馈入电力系统的最弱特征值阻尼比小于0，是小干扰不稳定系统；当电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR大于电力电子多馈入电力系统的临界运行广义短路比COgSCR时，电力电子多馈入电力系统的最弱特征值阻尼比大于0，是小干扰稳定系统；当电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR等于电力电子多馈入电力系统的临界运行广义短路比COgSCR时，电力电子多馈入电力系统的最弱特征值阻尼比等于0，是小干扰临界稳定系统。此外，电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR与电力电子多馈入电力系统的临界运行广义短路比COgSCR的差值越大，表明电力电子多馈入电力系统的小干扰稳定裕度越大。所述的电力电子多馈入电力系统的临界运行广义短路比COgSCR取为电力电子多馈入电力系统的闭环特征方程首次出现实部为0的特征值时的运行广义短路比OgSCR。上述电力电子多馈入电力系统的闭环特征方程是通过小干扰稳定分析中雅可比传递矩阵的频域建模推导得到，闭环特征方程中满足Q＝Qg＝0，具体表示为以下公式：其中，GPθ(s)、GPU(s)、GQθ(s)、GQU(s)分别为电力电子设备雅可比传递矩阵的左上角、右上角、左下角、右下角元素，s为拉普拉斯算子，SB为电力电子设备额定容量对角矩阵；Pg＝PSB为电力电子设备以单位容量为基准容量的有功输出对角矩阵，P表示电力电子设备发出的有功功率基于自身容量的标么值，Pg表示电力电子设备发出的有功功率基于网络侧额定容量的标么值；Qg＝QSB为电力电子设备以单位容量为基准容量的无功输出对角矩阵，Q表示电力电子设备发出的无功功率基于自身容量的标么值，Qg表示电力电子设备发出的无功功率基于网络侧额定容量的标么值；U为电力电子设备馈入点电压对角矩阵(近似为标量矩阵，标量矩阵就是对角元素都相同的对角方阵)，B为等值导纳矩阵，ω0表示同步旋转角速度，det表示矩阵的行列式。本专利技术中，交流网络侧额定容量/系统容量/单位容量是等价的。实际情况中，n个等效电力电子单馈入电力系统临界稳定时的运行广义短路比OgSCR相同。所述步骤2.1)中，对扩展导纳矩阵Jeqo特征值分解具体采用以下公式表示：W-1JeqoW＝diag{λ1,λ2,…,λn}其中，W为扩展导纳矩阵的右特征向量矩阵，diag{λ1,λ2,…,λn}为扩展导纳矩阵的特征值矩阵，λ1,λ2,…,λn为扩展导纳矩阵的特征值。本专利技术将电力电子多馈入电力系统和电力电子单馈入电力系统的闭环特征方程对比，认为可以将电力电子多馈入电力系统能等效为n个电力电子单馈入电力系统，具体原理为：将电力电子n馈入系统的闭环特征方程可看作n个单馈入系统闭环特征方程的乘积，由电力电子多馈入电力系统计算得到的特征值可以由n个等效电力电子单馈入电力系统计算得到的特征值近似代替，且误差很小。因此使用最弱的等效电力电子单馈入电力系统的小干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子多馈入电力系统小干扰稳定性评估方法，其特征在于包括以下步骤：1)由电力电子多馈入电力系统中的电力电子设备参数分别获得电力电子设备额定容量对角矩阵SB、电力电子设备有功输出对角矩阵P，并求逆得到两个矩阵各自的逆矩阵

【技术特征摘要】
1.一种电力电子多馈入电力系统小干扰稳定性评估方法，其特征在于包括以下步骤：1)由电力电子多馈入电力系统中的电力电子设备参数分别获得电力电子设备额定容量对角矩阵SB、电力电子设备有功输出对角矩阵P，并求逆得到两个矩阵各自的逆矩阵和P-1；由电力电子多馈入电力系统的受端交流电网通过戴维南等效得到等值导纳矩阵B，将两个矩阵的逆矩阵P-1与等值导纳矩阵B相乘得到扩展导纳矩阵Jeqo；2)根据扩展导纳矩阵Jeqo的特征值将电力电子多馈入电力系统等效为n个电力电子单馈入电力系统，n为电力电子多馈入电力系统中电力电子设备的总数，并计算得到电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR；3)根据电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR判断电力电子多馈入电力系统的小干扰稳定性。2.根据权利要求1所述的一种电力电子多馈入电力系统小干扰稳定性评估方法，其特征在于：所述步骤2)中，具体为：2.1)通过对扩展导纳矩阵Jeqo进行特征值分解，得到扩展导纳矩阵Jeqo的特征值矩阵Λ；2.2)根据扩展导纳矩阵Jeqo的特征值矩阵Λ将电力电子多馈入电力系统等效为n个电力电子单馈入电力系统，将电力电子设备额定容量对角矩阵SB、电力电子设备有功输出对角矩阵P与特征值矩阵Λ相乘所得到的矩阵对角元素作为n个等效电力电子单馈入电力系统各自的交流电网线路导纳，从而获得n个电力电子单馈入电力系统；2.3)取扩展导纳矩阵Jeqo的特征值矩阵Λ的最小特征值作为电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR。3.根据权利要求1所述的一种电力电子多馈入电力系统小干扰稳定性评估方法，其特征在于：所述的步骤3)具体为：以等效电力电子单馈入电力系统临界稳定时的运行广义短路比OgSCR作为电力电子多馈入电力系统的临界运行广义短路比COgSCR，再用运行广义短路比OgSCR和临界运行广义短路比COgSCR的差值来衡量作为电力电子多馈入电力系统的小干扰稳定裕度，进而判断电力电子多馈入电力系统的小干扰稳定性：当电力电子多馈入电力系统的运行广义短路比OgSCR小于电...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛焕海，黄锐，董炜，王冠中，朱承治，
申请(专利权)人：浙江大学，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33