本公開涉及新能源電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與判別，具體涉及新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、近年來，以風(fēng)電、光伏為代表的大量新能源發(fā)電設(shè)備經(jīng)電壓源型變換器接入電網(wǎng)，使得電力電子器件在電網(wǎng)中的滲透率不斷增加。由于大規(guī)模新能源基地遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，從而采用柔性直流輸電技術(shù)將大規(guī)模新能源外送是目前較為合適的解決方案。然而，新能源送端電網(wǎng)支撐性同步電源缺乏、多元電力電子設(shè)備交互作用強(qiáng)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及運(yùn)行方式多變，是典型的電力電子化電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，其存在暫態(tài)穩(wěn)定機(jī)理復(fù)雜、多電力電子設(shè)備交互作用難以分析等問題，嚴(yán)重威脅了送端電網(wǎng)安全以及新能源可靠消納。

3、為了保證送端電網(wǎng)安全以及新能源可靠消納，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)在在小擾動穩(wěn)定分析領(lǐng)域以及暫態(tài)分析領(lǐng)域進(jìn)行了研究，其中，在小擾動穩(wěn)定分析領(lǐng)域，基于狀態(tài)空間建模或阻抗建模方法對新能源變換器的主導(dǎo)環(huán)節(jié)開展了一定分析。對于暫態(tài)穩(wěn)定分析而言，已有有少量研究基于奇異攝動理論對新能源變換器非線性模型進(jìn)行了主導(dǎo)性研究。但當(dāng)不同控制器的時間常數(shù)(或帶寬)接近時，奇異攝動理論有面臨失效的風(fēng)險(xiǎn)。因而，確定新能源變換器的暫態(tài)主導(dǎo)環(huán)節(jié)還有待深入研究。目前，一部分研究認(rèn)為pll動態(tài)是vsc暫態(tài)穩(wěn)定的主導(dǎo)環(huán)節(jié)。因此，基于僅考慮pll動態(tài)的二階方程，一些研究采用eac、能量函數(shù)、李雅普諾夫函數(shù)等方法對單vsc并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)同步穩(wěn)定進(jìn)行了分析。另一部分研究則認(rèn)為直流電容上的功率平衡動態(tài)主導(dǎo)了vsc的暫態(tài)同步過程，因而建立了僅考慮直流電容動態(tài)和直流電壓控制的二階模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了暫態(tài)同步穩(wěn)定分析。

4、但上述兩種模型都是基于物理直覺同時忽略環(huán)節(jié)間耦合所建立的，理論基礎(chǔ)相對薄弱，缺少不同環(huán)節(jié)對暫態(tài)過程貢獻(xiàn)程度的定量分析和理論支撐。因此，由于對新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中多設(shè)備暫態(tài)特征認(rèn)識還不夠清晰，尤其是對多環(huán)節(jié)暫態(tài)相互作用、多設(shè)備暫態(tài)相互作用、交互作用大小的認(rèn)識不夠清晰，現(xiàn)有分析方法無法刻畫系統(tǒng)中多設(shè)備間的交互作用，缺乏解析計(jì)算方法及相應(yīng)的量化評價指標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開為了解決上述問題，提出了新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，針對新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)場景，量化判斷嚴(yán)重故障下主導(dǎo)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的主導(dǎo)環(huán)節(jié)及設(shè)備，計(jì)算多設(shè)備暫態(tài)交互作用強(qiáng)度，指導(dǎo)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定增強(qiáng)與提升控制策略。

2、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

3、新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，包括：

4、根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，構(gòu)建系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型包括新能源設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型及柔直設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型；

5、基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型構(gòu)建系統(tǒng)的微分方程，以系統(tǒng)的微分方程為約束條件，以電壓差和電流差的平方和最小為目標(biāo)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，求取系統(tǒng)的微分方程的非穩(wěn)平衡點(diǎn)；

6、基于所述非穩(wěn)平衡點(diǎn)、系統(tǒng)雅可比矩陣及故障后系統(tǒng)軌跡，從非穩(wěn)平衡點(diǎn)中確定故障下系統(tǒng)的主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)；

7、基于主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)及系統(tǒng)雅可比矩陣，計(jì)算不同狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的參與因子得到各狀態(tài)變量的參與因子，根據(jù)各狀態(tài)變量的參與因子的大小，量化分析不同環(huán)節(jié)或設(shè)備參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度，根據(jù)不同環(huán)節(jié)或設(shè)備參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度確定主導(dǎo)暫態(tài)同步的環(huán)節(jié)或設(shè)備，從而量化分析不同環(huán)節(jié)或設(shè)備之間的相互作用大小。

8、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

9、新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，包括：

10、模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，構(gòu)建系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型包括新能源設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型及柔直設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型；

11、優(yōu)化求解模塊，用于基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型構(gòu)建系統(tǒng)的微分方程，以系統(tǒng)的微分方程為約束條件，以電壓差和電流差的平方和最小為目標(biāo)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，求取系統(tǒng)的微分方程的非穩(wěn)平衡點(diǎn)；

12、基于所述非穩(wěn)平衡點(diǎn)、系統(tǒng)雅可比矩陣及故障后系統(tǒng)軌跡，從非穩(wěn)平衡點(diǎn)中確定故障下系統(tǒng)的主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)；

13、量化分析模塊，用于基于主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)及系統(tǒng)雅可比矩陣，計(jì)算不同狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的參與因子得到各狀態(tài)變量的參與因子，根據(jù)各狀態(tài)變量的參與因子的大小，量化分析不同環(huán)節(jié)或設(shè)備參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度，根據(jù)不同環(huán)節(jié)或設(shè)備參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度確定主導(dǎo)暫態(tài)同步的環(huán)節(jié)或設(shè)備，從而量化分析不同環(huán)節(jié)或設(shè)備之間的相互作用大小。

14、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

15、一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時，實(shí)現(xiàn)所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法。

16、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

17、一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，處理器與存儲器連接，計(jì)算機(jī)程序被存儲在存儲器中，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計(jì)算機(jī)程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實(shí)現(xiàn)所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的有益效果為：

19、本公開的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，獲取新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，分別建立新能源設(shè)備及柔直設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而構(gòu)建系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，采用的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確，計(jì)算流程清晰，給出的量化指標(biāo)計(jì)算簡單，易于工程人員理解和掌握，便于現(xiàn)有大規(guī)模新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的工程和現(xiàn)場應(yīng)用。

20、本公開的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，基于主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)及系統(tǒng)雅可比矩陣，計(jì)算不同狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的參與因子，根據(jù)參與因子的大小，量化分析不同環(huán)節(jié)或設(shè)備參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度，確定主導(dǎo)暫態(tài)同步的環(huán)節(jié)或設(shè)備，量化分析不同環(huán)節(jié)或設(shè)備之間的相互作用大小，提供的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的暫態(tài)相互作用強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算速度快、準(zhǔn)確度高、可信度強(qiáng)，十分有利于新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定在線實(shí)時量化評估和計(jì)算，還可用于理論研究具體故障類型對于大規(guī)模新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)暫態(tài)交互作用的影響機(jī)制，量化確定決定系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備和環(huán)節(jié)，進(jìn)而針對性提出相應(yīng)的暫態(tài)穩(wěn)定增強(qiáng)控制策略，整體上能夠切實(shí)提高大規(guī)模新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定評估和提升的能力。

技術(shù)特征：

1.新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，其特征在于，根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，建立新能源設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型，包括：根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中直流電容動態(tài)、直流電壓控制以及鎖相環(huán)動態(tài)，構(gòu)建新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中新能源設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型。

3.如權(quán)利要求1所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，其特征在于，根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，建立柔直設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型，包括：根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中直流電容動態(tài)、直流電壓控制以及虛擬同步及控制動態(tài)，構(gòu)建新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中柔直送端換流站的非線性數(shù)學(xué)模型。

4.如權(quán)利要求1所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，其特征在于，基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型構(gòu)建系統(tǒng)的微分方程，包括：構(gòu)建準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)方程，基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型以及準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程，聯(lián)立新能源設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型、柔直送端換流站的非線性數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)方程形成系統(tǒng)的微分方程。

5.如權(quán)利要求1所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，其特征在于，基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造所有可能收斂到非穩(wěn)平衡點(diǎn)的初始點(diǎn)，根據(jù)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的物理含義，構(gòu)造輸入優(yōu)化算法的非穩(wěn)平衡點(diǎn)的初始點(diǎn)集合，即非穩(wěn)平衡點(diǎn)的初始點(diǎn)都將某一臺設(shè)備與其余部分劃分為兩個異步區(qū)域，滿足任一角度的初始值在π/2到π之間。

6.如權(quán)利要求1所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，其特征在于，所述電壓差為電壓源節(jié)點(diǎn)的電壓參考值和電壓計(jì)算值之間的差值，電流差為電流源節(jié)點(diǎn)的電流參考值和電流計(jì)算值之間的差值，目標(biāo)函數(shù)為：

7.如權(quán)利要求1所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，其特征在于，基于主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)及系統(tǒng)雅可比矩陣，計(jì)算不同狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的參與因子得到各狀態(tài)變量的參與因子，包括：根據(jù)系統(tǒng)雅可比矩陣和主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)，求解所有狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的非穩(wěn)特征根的參與因子得到各狀態(tài)變量的參與因子。

8.如權(quán)利要求1所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，其特征在于，基于主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)及系統(tǒng)雅可比矩陣，計(jì)算不同狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的參與因子得到各狀態(tài)變量的參與因子，根據(jù)各狀態(tài)變量的參與因子的大小，量化分析不同設(shè)備參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度，包括：

9.新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.如權(quán)利要求9所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，其特征在于，在所述模型構(gòu)建模塊中，根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，建立新能源設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型，包括：根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中直流電容動態(tài)、直流電壓控制以及鎖相環(huán)動態(tài)，構(gòu)建新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中新能源設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型。

11.如權(quán)利要求9所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，其特征在于，在所述模型構(gòu)建模塊中，根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相關(guān)參數(shù)，建立柔直設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型，包括：根據(jù)新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中直流電容動態(tài)、直流電壓控制以及虛擬同步及控制動態(tài)，構(gòu)建新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)中柔直送端換流站的非線性數(shù)學(xué)模型。

12.如權(quán)利要求9所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，其特征在于，在所述優(yōu)化求解模塊中，基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型構(gòu)建系統(tǒng)的微分方程，包括：構(gòu)建準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)方程，基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型以及準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程，聯(lián)立新能源設(shè)備的非線性數(shù)學(xué)模型、柔直送端換流站的非線性數(shù)學(xué)模型和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)方程形成系統(tǒng)的微分方程。

13.如權(quán)利要求9所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，其特征在于，在所述優(yōu)化求解模塊中，基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造所有可能收斂到非穩(wěn)平衡點(diǎn)的初始點(diǎn)，根據(jù)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的物理含義，構(gòu)造輸入優(yōu)化算法的非穩(wěn)平衡點(diǎn)的初始點(diǎn)集合，即非穩(wěn)平衡點(diǎn)的初始點(diǎn)都將某一臺設(shè)備與其余部分劃分為兩個異步區(qū)域，滿足任一角度的初始值在π/2到π之間。

14.如權(quán)利要求9所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，其特征在于，在所述量化分析模塊中，基于主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)及系統(tǒng)雅可比矩陣，計(jì)算不同狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的參與因子得到各狀態(tài)變量的參與因子，包括：根據(jù)系統(tǒng)雅可比矩陣和主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)，求解所有狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的非穩(wěn)特征根的參與因子得到各狀態(tài)變量的參與因子。

15.如權(quán)利要求14所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)各狀態(tài)變量的參與因子的大小，量化分析不同環(huán)節(jié)參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度，包括：求取各環(huán)節(jié)所包含的狀態(tài)變量的參與因子之和得到各環(huán)節(jié)的參與因子，用參與因子最大的環(huán)節(jié)與其它環(huán)節(jié)的參與因子之和的比值來量化不同環(huán)節(jié)之間的相互作用強(qiáng)度。

16.如權(quán)利要求14所述的新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析系統(tǒng)，其特征在于，基于主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)及系統(tǒng)雅可比矩陣，計(jì)算不同狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的參與因子得到各狀態(tài)變量的參與因子，根據(jù)各狀態(tài)變量的參與因子的大小，量化分析不同設(shè)備參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度，包括：

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用分析方法，涉及新能源電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析與判別技術(shù)領(lǐng)域，包括：構(gòu)建系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型；基于系統(tǒng)非線性數(shù)學(xué)模型構(gòu)建系統(tǒng)的微分方程，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)求取微分方程的非穩(wěn)平衡點(diǎn)；基于非穩(wěn)平衡點(diǎn)，確定故障下系統(tǒng)主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)；基于主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)及系統(tǒng)雅可比矩陣，計(jì)算不同狀態(tài)變量對主導(dǎo)非穩(wěn)平衡點(diǎn)的參與因子，根據(jù)參與因子的大小，量化分析不同環(huán)節(jié)或設(shè)備參與系統(tǒng)暫態(tài)動態(tài)的參與程度，確定主導(dǎo)暫態(tài)同步的環(huán)節(jié)或設(shè)備，量化分析不同環(huán)節(jié)或設(shè)備之間的相互作用大小。本公開的能夠切實(shí)提高新能源經(jīng)柔直送出系統(tǒng)的多設(shè)備暫態(tài)交互作用強(qiáng)度量化計(jì)算的能力。

技術(shù)研發(fā)人員：馬銳,丁磊,湯凡,張宇棟,劉佳鈺,梁曉斌,李鑫,傅實(shí)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6