一种光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法及系统与流程

本发明涉及新能源并网，具体涉及一种光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源装机容量不断提升，基于电力电子技术的新能源发电装备使电力系统运行特性发生深刻变化，并面临以宽频振荡为代表的新型稳定问题。新能源接入系统的宽频振荡问题主要是由于新能源发电设备与所接入电网组成的互联系统稳定裕度不足所致。基于阻抗的稳定性分析是一种研究新能源接入系统宽频振荡问题的有效方法，其核心在于获得新能源接入系统的准确阻抗模型。

2、现有的新能源阻抗建模技术通常是将新能源接入系统等值简化为单机无穷大机组，并基于谐波线性化或谐波传递矩阵等方法建立经等值后的新能源机组阻抗模型。这类方法所获得的阻抗模型表达式具备一定的物理含义，便于指导系统宽频振荡问题分析。但是该方法一方面需要针对新能源发电设备的详细结构进行复杂推导，高度依赖人工经验；另一方面该方法依赖单机等值简化，忽略了新能源接入系统内集汇电线路、机组分布、机组出力不均等因素，在应用于大规模新能源接入系统时可能面临模型准确性不足的问题。

3、阻抗扫频是一种基于有源扰动注入的阻抗测量方法，可以在不了解新能源发电设备详细内部结构及参数的情况下，根据新能源发电设备端口电压、端口电流对注入扰动的频域响应获得新能源发电设备的端口阻抗特性，具有原理简单、适用性强的优点。但是该方法获得的阻抗测量结果为一组离散测量点，缺乏阻抗表达式。虽然部分学者也提出了基于阻抗扫频离散测量点的传递函数拟合方法，但是此类方法所获得的阻抗拟合表达式并没有明确的物理含义，也无法用于宽频振荡风险的关联因素分析。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法及系统，以解决现有无法准确地分析新能源接入系统的宽频振荡问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法，包括：

4、确定光伏接入系统拓扑结构，获取光伏接入系统内各机组的分布、容量和参数信息的数据；

5、根据获得的光伏接入系统内各机组的分布、容量和参数信息的数据，建立光伏接入系统的电磁仿真模型；

6、基于建立的所述电磁仿真模型对光伏接入系统进行阻抗扫频测量，获得各离散频率点处光伏接入系统的阻抗测量结果；

7、根据各离散频率点处的阻抗测量结果对光伏单机组阻抗模型进行拟合校正，获得光伏接入系统阻抗模型；

8、根据获得的光伏接入系统阻抗模型，绘制光伏接入系统阻抗特性曲线，确定所述光伏接入系统的宽频振荡风险频段；

9、根据获得的光伏接入系统阻抗模型，计算光伏机组参数对系统阻抗的影响能力，确定光伏接入系统的宽频振荡风险强关联因素。

10、发明人在工作中发现，利用阻抗模型开展宽频振荡风险分析时，新能源接入系统使用标幺化的阻抗模型具有更广泛的适用性，易于对比和分析不同容量、不同运行工况下新能源接入系统的稳定性。对于常见的光伏接入系统，其阻抗特性主要受到光伏发电机组运行工况、光伏发电机组结构参数以及光伏逆变器控制参数的影响。因此本方案在进行阻抗拟合前，对阻抗扫频得到的离散测量点进行标幺化折算，并在拟合校正时使用标幺化的光伏单机组阻抗模型表达式，同时选择光伏发电机组运行工况参数、光伏发电机组结构参数以及光伏逆变器控制参数作为待拟合参数。

11、进一步地，在所述的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法中，基于建立的所述电磁仿真模型对光伏接入系统进行阻抗扫频测量，获得各离散频率点处光伏接入系统的阻抗测量结果包括：

12、基于建立的所述电磁仿真模型，将扰动电压源串联在电网与光伏接入系统之间；

13、待所述光伏接入系统运行至设定的稳定运行工况后，通过扰动电压源注入特定的扰动频率fp的小信号电压扰动，计算所述光伏接入系统在扰动频率fp处的阻抗测量结果；其中，扰动频率fp为在所关心频段按照预设间隔选取的离散频率点，并从小到大排序；

14、选取下一个扰动频率fp，重复小信号电压扰动注入与阻抗测量过程，直至完成所关心频段内每一个离散频率点的阻抗测量。

15、进一步地，在所述的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法中，所述阻抗测量结果的表达式为：

16、zm(fp)＝vp/ip

17、式中，fp为在所关心频段按照预设间隔选取的离散频率点；vp和ip分别为在扰动频率fp处光伏接入系统并网端口的电压和电流的响应分量。

18、进一步地，在所述的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法中，根据各离散频率点处的阻抗测量结果对光伏单机组阻抗模型进行拟合校正，获得光伏接入系统阻抗模型包括：

19、根据光伏接入系统容量对各离散频率点处的阻抗测量结果进行标幺化折算；

20、利用各离散频率点处光伏接入系统的标幺化的阻抗测量结果，对标幺化的光伏单机组阻抗模型进行拟合校正，得到光伏接入系统的阻抗模型。

21、进一步地，在所述的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法中，所述标幺化的光伏单机组阻抗模型频域表达式z(s)为：

22、z(s)＝f(p1,q1,v1,x1,x2,…,xm,k1,k2,…,kn)

23、式中，s为拉普拉斯算子；p1、q1、v1分别表示当前运行工况下光伏机组的有功出力、无功出力与正序工频电压；x1、x2…xm表示包括光伏机组滤波器电容值、滤波器电抗值在内的m个结构参数；k1、k2…kn表示包括光伏逆变器锁相控制参数、电流控制参数和直流电压控制参数在内的n个控制参数。

24、进一步地，在所述的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法中，确定所述光伏接入系统的宽频振荡风险频段的判断要求为：

25、阻抗幅值曲线在某个频段内出现幅值波谷；或，

26、阻抗相位曲线在某个频段内位于-90°至90°的相位范围以外。

27、进一步地，在所述的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法中，根据获得的光伏接入系统阻抗模型，计算光伏机组参数对系统阻抗的影响能力，确定光伏接入系统的宽频振荡风险强关联因素包括：

28、根据获得的光伏接入系统阻抗模型，对光伏机组参数求偏导数，则光伏机组参数对光伏接入系统阻抗的影响能力kα(s)的表达式为：

29、kα(s)＝1/|α|*|d(z(s))/dα)|

30、式中，光伏机组参数α包括：光伏系统运行工况参数、光伏机组结构参数或光伏逆变器控制参数；|α|为参数α的模值；|d(z(s))/dα)|为表达式z(s)对参数α求偏导数的计算结果模值。

31、进一步地，在所述的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法中，在宽频振荡风险频段内，某个光伏机组参数对光伏接入系统阻抗的影响能力值大于除该光伏机组参数外的其他光伏机组参数对光伏接入系统阻抗的影响能力值，该光伏机组参数是光伏接入系统在所述宽频振荡风险频段的振荡风险强关联因素。

32、本发明还提供一种光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析系统，包括：

33、数据采集模块，用于利用确定光伏接入系统拓扑结构，获取光伏接入系统内各机组的分布、容量和参数信息的数据；

34、模型建构模块一，用于利用获得的光伏接入系统内各机组的分布、容量和参数信息的数据，建立光伏接入系统的电磁仿真模型；

35、数据处理模型一，用于利用建立的所述电磁仿真模型对光伏接入系统进行阻抗扫频测量，处理获得各离散频率点处光伏接入系统的阻抗测量结果；

36、模型建构模块二，用于利用各离散频率点处的阻抗测量结果对光伏单机组阻抗模型进行拟合校正，获得光伏接入系统的阻抗模型；

37、数据处理模型二，用于利用获得的光伏接入系统阻抗模型，绘制光伏接入系统阻抗特性曲线，确定该光伏接入系统的宽频振荡风险频段；

38、分析模型，用于利用确定的该光伏接入系统的宽频振荡风险频段以及获得的光伏接入系统阻抗模型，计算光伏机组参数对系统阻抗的影响能力，确定光伏接入系统的宽频振荡风险强关联因素。

39、进一步地，在所述的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析系统中，所述分析系统还包括：通过电磁暂态仿真工具进行仿真实验验证。

40、本发明具有以下有益效果：

41、本发明提供的光伏接入系统宽频振荡电磁仿真分析方法，提出的光伏接入系统阻抗模型建模方法利用阻抗扫频测量结果对光伏单机组阻抗模型表达式进行拟合校正，避免了采用光伏单机组等值简化阻抗模型而导致的分析误差，同时保证了光伏接入系统阻抗模型表达式具有结构简单、物理含义明确的特点，可显著提高光伏接入系统宽频振荡风险分析的准确性，并可有效揭示系统宽频振荡风险的强关联因素。

42、本发明避免采用光伏单机组等值简化阻抗模型而导致的分析误差，能够更加准确地分析复杂情况下大规模光伏接入系统的宽频振荡风险及振荡风险强关联因素。