【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统频率稳定分析与控制，尤其涉及一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法、装置及设备。
技术介绍
1、在电力系统中，惯量起着至关重要的作用。惯量可以提供系统的抗扰动能力和恢复能力，对于维持系统频率在稳定范围内具有关键影响。传统的同步发电机组通过其旋转动能提供惯量支撑，使得系统在面临外部扰动时能够稳定运行。未来风电、光伏等非同步电源通过电力电子换流器接口的接入数量和容量将继续快速增长。非同步电源与电网频率相互解耦，无法主动提供惯量支撑，因此会导致电力系统的惯量水平降低，进而影响系统的抗扰能力和稳定特性。因此，准确估计系统的惯量水平及其变化趋势对于提升非同步电源的承载极限并确保系统在低惯量条件下稳定运行具有重要意义。
2、电力系统惯量估计已成为当前研究的热点问题，许多国内外研究机构已取得相关研究进展。然而，现有的惯量估计方法存在一些问题，例如数据需求量大、鲁棒性差、在正常和小扰动状态下精度低以及无法反映多样化虚拟惯量资源对系统惯量的贡献等。为了准确快速地估计同步发电机或区域系统内的惯性，一些方法提出使用相量测量单元的测量数据。此外，为了缓解换流器接口电源引起的频率不稳定性，一些换流器配备了惯性仿真控制，即虚拟同步控制，这可能引入时变惯性。然而，目前已开发的动态估计器用于跟踪vsg的时变惯性存在数值震荡的问题。另外，有研究利用环境测量来估计非同步发电机的惯性常数，但该方法假设了对发电机转子速度和角度的了解，而这在实践中很难获取。此外，由于控制参数的变化，该方法无法跟踪换流器接口电源的时变惯性。
4、(1)基于模态信息的电力系统惯量估计方法
5、例如，公开的文献1“adaptive parameter estimation of power systemdynamic model using modal information”(基于模态信息的电力系统动态模型参数自适应估计方法)(s.guo，s.norris和j.bialek，ieee transactions on power systems，2014，29(6)：2854-2861.)系统惯量估计可转换为对系统扰动下机电暂态振荡模态的识别。该方法利用模态信息基于加权最小二乘法得到发电机惯量，但其估算精度随测量误差增大而下降。
6、(2)系统等效惯量的在线闭环辨识方法
7、例如，公开的文献2“online identification of power system equivalentinertia constant”(电力系统等效惯性常数的在线辨识方法)(j.zhang和h.xu，ieeetransactions on industrial electronics，2017，64(10)：8098-8107.)通过分析系统对微小扰动的频率动态响应，提出一种系统等效惯量的在线闭环辨识算法，但人为向系统注入小扰动信号可能引发继电器异常动作，影响系统安全稳定运行。
技术实现思路
1、本专利技术主要解决现有技术基于加权最小二乘法得到发电机惯量，估算精度随测量误差增大而下降；人为向系统注入小扰动信号可能引发继电器异常动作，影响系统安全稳定运行的问题；提供一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，实时估计换流器接口电源时变虚拟惯量，变化跟踪快，估计精度高，抗噪性能强。
2、本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
3、一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，包括以下步骤：
4、构建含换流器接口电源的电力系统离散状态空间模型；
5、根据状态空间模型中的系统状态方程及前一时刻含虚拟惯量的系统估计状态及估计状态协方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态预测步骤计算当前系统预测状态及预测状态协方差矩阵；
6、根据状态空间模型中的系统量测方程、当前系统实际量测、预测状态及预测状态写方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态修正步骤计算当前系统估计状态及估计状态协方差矩阵，获得当前时刻含虚拟惯量的系统估计状态，即实现换流器接口电源实时虚拟惯量估计。
7、相比于传统的换流器接口电源虚拟惯量估计方法，本方案采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器，可以在线估计虚拟惯量，且可以跟踪时变虚拟惯量；本方案无需过程及量测噪声统计信息，变化跟踪快，估计精度高，抗噪性能强。
8、作为优选，模型包括电力系统中同步机的经典二阶模型和换流器接口电源的跟网型模型；构建含换流器接口电源的电力系统离散状态空间模型，包括以下步骤：
9、采用四阶龙格库塔方法离散化，获得电力系统离散状态空间模型。
10、作为优选，根据状态空间模型中的系统状态方程及前一时刻含虚拟惯量的系统估计状态及估计状态协方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态预测步骤计算当前系统预测状态及预测状态协方差矩阵，包括以下步骤：
11、根据状态空间模型中的系统状态方程及前一时刻含虚拟惯量的系统估计状态及估计状态协方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态预测步骤计算当前系统预测状态及预测状态协方差矩阵：
12、
13、
14、
15、
16、其中，为k-1时刻系统的第l个分布状态；
17、为系统的第l个预测分布状态；
18、为k-1时刻系统估计状态；
19、为系统预测状态；
20、为k-1时刻估计状态协方差矩阵；
21、为预测状态协方差矩阵；
22、f(·)为状态函数；
23、ωl为加权系数；
24、n为状态数。
25、作为优选，根据状态空间模型中的系统量测方程、当前系统实际量测、预测状态及预测状态协方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态修正步骤计算当前系统估计状态及估计状态协方差矩阵，包括以下步骤：
26、根据系统预测状态、第i次迭代的估计状态及第i次迭代的估计状态协方差矩阵计算第i+1次迭代的预测状态协方差矩阵；
27、根据状态空间模型中的系统量测方程、实际量测、第i次迭代的估计状态及第i次迭代的估计状态协方差矩阵计算第i+1次迭代的噪声协方差估计矩阵；
28、根据第i+1次迭代的预测状态协方差矩阵及第i+1次迭代的噪声协方差估计矩阵计算第i+1次迭代的估计状态及迭代的估计状态协方差矩阵；
29、当满足迭代更新结束条件时，输出当前换流器接口电源时变虚拟惯量估计值，即实现换流器接口电源实时虚拟惯量估计。
30、作为优选，第i+1次迭代的预测状态协方差矩阵更新表达为：
31、
32、
33、
34、
35、其中，为状态协方差尺度更新矩阵；
36、为第i次迭代的估计状本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，模型包括电力系统中同步机的经典二阶模型和换流器接口电源的跟网型模型；构建含换流器接口电源的电力系统离散状态空间模型，包括以下步骤：采用四阶龙格库塔方法离散化，获得电力系统离散状态空间模型。
3.根据权利要求1所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，根据状态空间模型中的系统状态方程及前一时刻含虚拟惯量的系统估计状态及估计状态协方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态预测步骤计算当前系统预测状态及预测状态协方差矩阵，包括以下步骤：
4.根据权利要求1或2或3所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，根据状态空间模型中的系统量测方程、当前系统实际量测、预测状态及预测状态协方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态修正步骤计算当前系统估计状态及估计状态协方差矩阵，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征
6.根据权利要求4所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，第i+1次迭代的噪声协方差估计矩阵更新表达为：
7.根据权利要求4所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，第i+1次迭代的估计状态及第i+1次迭代的估计状态协方差矩阵更新表达为：
8.根据权利要求4所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，迭代更新结束条件为：
9.一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计装置，应用如权利要求1-8中任意一项所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计装置，其特征在于，模型包括电力系统中同步机的经典二阶模型和换流器接口电源的跟网型模型；
11.根据权利要求9所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计装置，其特征在于，状态预测模块，具体用于：
12.根据权利要求9或10或11所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计装置，其特征在于，状态修正模块，包括：
13.根据权利要求12所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计装置，其特征在于，第i+1次迭代的预测状态协方差矩阵更新表达为：
14.根据权利要求12所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计装置，其特征在于，第i+1次迭代的噪声协方差估计矩阵更新表达为：
15.根据权利要求12所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计装置，其特征在于，第i+1次迭代的估计状态及第i+1次迭代的估计状态协方差矩阵更新表达为：
16.根据权利要求12所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计装置，其特征在于，迭代更新结束条件为：
17.一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计设备，其特征在于，包括：
18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1至8任意一项所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，模型包括电力系统中同步机的经典二阶模型和换流器接口电源的跟网型模型；构建含换流器接口电源的电力系统离散状态空间模型，包括以下步骤：采用四阶龙格库塔方法离散化，获得电力系统离散状态空间模型。
3.根据权利要求1所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，根据状态空间模型中的系统状态方程及前一时刻含虚拟惯量的系统估计状态及估计状态协方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态预测步骤计算当前系统预测状态及预测状态协方差矩阵，包括以下步骤：
4.根据权利要求1或2或3所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，根据状态空间模型中的系统量测方程、当前系统实际量测、预测状态及预测状态协方差矩阵，采用变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波器中的状态修正步骤计算当前系统估计状态及估计状态协方差矩阵，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，第i+1次迭代的预测状态协方差矩阵更新表达为：
6.根据权利要求4所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，第i+1次迭代的噪声协方差估计矩阵更新表达为：
7.根据权利要求4所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特征在于，第i+1次迭代的估计状态及第i+1次迭代的估计状态协方差矩阵更新表达为：
8.根据权利要求4所述的一种换流器接口电源时变虚拟惯量估计方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：郁家麟，孙可，徐一骏，陈鼎，吴志，郑舒，赵景涛，钟伟东，刘伟，徐杰，刘维亮，韩忠修，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，
类型：发明
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