一种多端分频输电系统稳定性分析方法及相关设备

本发明属于输电稳定性判断，具体为一种多端分频输电系统稳定性分析方法及相关设备。

背景技术：

1、新能源发电和大量电力电子设备在电网中的应用取得了长足的发展，风力发电是新能源发电技术中最成熟和最具开发规模条件的发电方式之一。海上风力发电是不同与陆上风力发电的一种新能源发电形式。由于风力发电需要在空旷地区建造大规模的风力发电厂，因此，海上风力发电相比于陆上风力发电具有面积辽阔，可采用超大型风机提高规模效益的优点。同时海上风电还具有如海上风况比陆上好，风速强，紊流少、风力稳定，对人类生活影响小等优点，海洋风能具有广阔的开发前景。

2、分频输电作为一种新型输电方式，是指在不提高电压等级的前提下通过降低输电频率，以减少交流输电线路的电气距离，从而可以提高输电线路的输送功率能力，减少输电回路数和出线走廊。海上风力发电的发展，为分频输电提供了一个新的应用场合。相比传统风力发电系统，分频风力发电系统有下述优势：1)降低输电频率，减小输电系统的阻抗，从而提高线路的传输能力，增加电网吸收风电的能力；2)可以简化风机结构，降低造价；3)无功功率小，可以延长海底电缆的使用寿命；4)不需要建立海上换流站，运行维护工作量大幅减少。

3、然而分频输电系统作为典型的“双高”电力系统，包含了大量的电力电子器件。其中分频变频站在有效衔接异频系统的同时，加剧了海上风电机组等电力电子设备与工频电网间的耦合作用，严重影响工频系统谐振稳定性。电力电子设备与电网之间相互作用引发的宽频振荡事件，可能造成电力设备故障或损坏，导致大规模新能源发电机组或传统发电机组脱网，进而引发功率大幅缺额和系统频率骤降等系统性风险。因此需要对分频输电系统进行稳定性分析，保证电力系统的安全稳定运行。

4、阻抗分析法作为一种分析复杂电力电子系统稳定性简单而有效的方法，其传统做法是将分频输电系统视为单一的工频系统(分频系统)，基于工频阻抗(或分频阻抗)对工频侧(分频侧)的谐振稳定性展开研究。尽管前述方法可以准确评估分频输电系统的谐振稳定性，但同时存在以下问题：(1)由于变频站的工频阻抗(或分频阻抗)可能含有右半平面极点。因此，为了准确评估系统稳定性，需要知悉整个系统的控制结构和详细参数，这有违于基于“黑箱”原理的阻抗分析法的初衷；(2)工频阻抗(或分频阻抗)仅仅适用于研究工频侧(或分频侧)的震荡问题。分频输电系统作为典型的工分频混合系统，除去由工频侧(或分频侧)引发的振荡外，工频侧(或分频侧)与工分频的交互作用也有可能引发系统的不稳定。然而，工频阻抗(或分频阻抗)无法对此进行分析。

技术实现思路

1、本发明的提供了一种多端分频输电系统稳定性分析方法及相关设备，解决工频阻抗无法对工频侧(或分频侧)与工分频引发系统稳定性分析的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多端分频输电系统稳定性分析方法，包括：

4、建立交交变频器分频侧接入分频电网主电路小信号模型；

5、建立工频电网模型；

6、根据工频电网模型和变频器分频侧接入分频电网主电路小信号模型，获取多端分频输电系统的电网等效阻抗；

7、获取交交变频器导纳，并根据交交变频器导纳获取多端分频输电系统的交交变频器等效导纳；

8、根据多端分频输电系统的电网等效阻抗和交交变频器等效导纳获取回归矩阵；

9、根据回比矩阵判断多端分频输电系统的稳定性。

10、所述交交变频器分频侧接入分频电网主电路小信号模型为：

11、

12、其中，为交交变频器分频侧与分频电网公共耦合点三相相电压在分频系统同步旋转坐标系中的d轴分量的小信号值，为交交变频器分频侧与分频电网公共耦合点三相相电压在分频系统同步旋转坐标系中的q轴分量的小信号值，为分频电网三相相电压在分频系统同步旋转坐标系中的d轴分量，为分频电网三相相电压在分频系统同步旋转坐标系中的q轴分量，为分频电网三相相电流在分频系统同步旋转坐标系中的d轴分量，为分频电网三相相电流在分频系统同步旋转坐标系中的q轴分量。

13、所述工频电网模型为：

14、

15、其中，zs11，zs22，…和zsnn表示工频电网各个节点自阻抗，zs12，zs1n，…和zsn1表示工频电网各个节点之间的互阻抗，zs1n，zs2n为工频电网各个节点之间的互阻抗，…和为交交变频器工频侧与工频电网公共耦合点三相相电压在工频系统同步旋转坐标系中的d q轴分量的小信号值，…和为工频电网各个节点三相相电压在工频系统同步旋转坐标系中的d q轴分量的小信号值。

16、多端分频输电系统的电网等效阻抗为：

17、

18、其中，zs11，zs22，…和zsnn表示工频电网各个节点自阻抗，zs12，zs1n，…和zsn1表示工频电网各个节点之间的互阻抗，zs1n，zs2n为工频电网各个节点之间的互阻抗，zf1，zf2，…和zfn为分频电网等效阻抗。

19、多端分频输电系统的交交变频器等效导纳为：

20、

21、其中，yss1，yss2，…和yssn为交交变频器的工频侧自导纳矩阵，ysf1，ysf2，ysfn，yfs1，yfs2和yfsn为交交变频器的工分频混合导纳矩阵，yff1，yff2，…和yffn为交交变频器的分频侧自导纳矩阵。

22、所述回归矩阵为：

23、l＝yacaczg

24、其中yacac为多端分频输电系统的交交变频器等效导纳，zg为多端分频输电系统的电网等效阻抗。

25、根据回比矩阵判断分频输电系统的稳定性的方法具体为：当回比矩阵的2n条特征轨迹都不包围临界点，则系统是稳定的，否则，该系统是不稳定的。

26、一种多端分频输电系统稳定性分析系统，其特征在于，包括：

27、第一建模模块：用于建立交交变频器分频侧接入分频电网主电路小信号模型；

28、第二建模模块：用于建立工频电网模型；

29、等效阻抗获取模块：用于根据工频电网模型和变频器分频侧接入分频电网主电路小信号模型，获取多端分频输电系统的电网等效阻抗；

30、等效导纳获取模块：用于获取交交变频器导纳，并根据交交变频器导纳获取多端分频输电系统的交交变频器等效导纳；

31、回归矩阵获取模块：根据多端分频输电系统的电网等效阻抗和交交变频器等效导纳获取回归矩阵；

32、稳定性判断模块：根据回比矩阵判断分频输电系统的稳定性。

33、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如所述一种多端分频输电系统稳定性分析方法的步骤。

34、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述一种多端分频输电系统稳定性分析方法的步骤。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出了一种多端分频输电系统稳定性分析方法。通过建立多个模型，根据多个模型获取电网的等效阻抗，再获取交交变频器的等效导纳，通过电网的等效阻抗和交交变频器的等效导纳获取回比矩阵，通过回比矩阵判断多端分频输电系统的稳定性，相比于传统的稳定性分析，本发明提出的稳定性分析方法更有针对性，避免复杂的数学推导和计算。系统的稳定性可通过对回比矩阵应用广义奈奎斯特判据得到，这种方式对目标系统的内部结构和对应参数没有依赖性，仅仅依赖于各个子系统外部测量阻抗，从而能够充分保护用户隐私和商业机密。