一种基于逆变器与宽频网络分析的配电网自愈方法及系统与流程

本发明属于配电网自愈，尤其涉及一种基于逆变器与宽频网络分析的配电网自愈方法及系统。

背景技术：

1、配电网自愈是指配电系统在发生故障后，通过故障定位、隔离故障区段并自动恢复非故障区域供电的技术手段，是提高供电可靠性的核心功能。传统的配电网自愈方法通常基于故障定位、故障隔离、联络转供、恢复供电的基本逻辑实现，其通过开关操作改变网络拓扑结构，将停电负荷转移至备用电源供电，从而在较短时间内实现非故障区域的供电恢复。

2、传统配电网自愈的方案通常从配电网的稳态可行性出发，重点解决开关重构和负荷恢复问题，并将配电网中的逆变器视为恒定功率源或简单的无功补偿节点，其仅考虑逆变器自身的运行性能。然而，随着逆变器在配电网中的大量接入，这种逆变器控制与网络拓扑存在割裂的方式，其容易在配电网自愈过程的临时拓扑变化中引发网络阻抗重构问题，还容易导致在逆变器在实际运行过程中容易产生控制耦合问题，从而导致在配电网自愈中引起谐波放大、局部谐振、弱网振荡、逆变器控制失配以及保护误动作等问题，从而降低了配电网自愈的稳定性。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于逆变器与宽频网络分析的配电网自愈方法及系统，以解决上述技术问题，提高了配电网自愈的稳定性。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于逆变器与宽频网络分析的配电网自愈方法，包括：

3、获取配电网的若干候选转供方案和各个所述候选转供方案的拓扑配置数据；

4、基于所述拓扑配置数据对各个所述候选转供方案进行宽频网络建模，得到各个所述候选转供方案的宽频网络节点导纳矩阵；

5、基于所述宽频网络节点导纳矩阵对各个所述候选转供方案进行宽频阻抗分析和谐振特征提取，得到各个所述候选转供方案的宽频阻抗数据和谐振特征数据；

6、基于所述拓扑配置数据构建每个所述候选转供方案的逆变器输出控制模型，结合所述宽频阻抗数据和谐振特征数据对每个所述候选转供方案进行耦合分析，得到每个所述候选转供方案的安全风险分析结果；

7、基于所述安全风险分析结果对所述候选转供方案进行逆变器控制校验，得到所述配电网的自愈转供方案，并基于所述自愈转供方案对配电网进行自愈恢复。

8、可以理解的是，相较于现有技术，本发明通过获取候选转供方案及其拓扑配置数据，之后依据拓扑配置数据对候选转供方案进行宽频网络建模，得到宽频网络节点导纳矩阵；接着以宽频网络节点导纳矩阵进行宽频阻抗分析和谐振特征提取，从而实现了对每个候选转供方案在网络拓扑层面的宽频阻抗特性与谐振风险的全面表征；在此基础上，以拓扑配置数据构建逆变器输出控制模型，并结合宽频阻抗数据、谐振特征数据进行耦合分析，能够对割裂的逆变器控制与网络拓扑特性进行交互评估，从而得到更加准确的安全风险分析结果；最后基于该安全风险分析结果对候选转供方案进行逆变器控制校验并筛选自愈转供方案，使得配电网自愈恢复充分考虑逆变器和网络拓扑交互作用，有效避免了传统方法中因忽略逆变器和网络拓扑交互作用而导致的谐波放大、局部谐振和控制失配等问题，从而提高了配电网自愈恢复的稳定性。

9、作为优选方案，所述拓扑配置数据包括：线路配置参数、变压器配置参数、电容器配置参数、补偿装置配置参数和负荷配置参数；所述基于所述拓扑配置数据对各个所述候选转供方案进行宽频网络建模，得到各个所述候选转供方案的宽频网络节点导纳矩阵，包括：

10、基于所述线路配置参数构建每个所述候选转供方案在每个预设宽频扫描角频率的线路频域导纳矩阵；

11、基于所述变压器配置参数构建每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的变压器频域导纳矩阵；

12、基于所述电容器配置参数构建每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的电容器频域导纳矩阵；

13、基于所述补偿装置配置参数构建每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的补偿装置频域导纳矩阵；

14、基于所述负荷配置参数构建每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的负荷频域导纳矩阵；

15、对所述线路频域导纳矩阵、变压器频域导纳矩阵、电容器频域导纳矩阵、补偿装置频域导纳矩阵和负荷频域导纳矩阵进行累加，得到每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的宽频网络节点导纳矩阵。

16、上述方案分别基于线路配置参数、变压器配置参数、电容器配置参数、补偿装置配置参数和负荷配置参数构建相应的线路频域导纳矩阵、变压器频域导纳矩阵、电容器频域导纳矩阵、补偿装置频域导纳矩阵和负荷频域导纳矩阵，使得宽频网络节点导纳矩阵能够准确反映配电网中不同设备在宽频范围内的差异化频率响应特性，避免了将各类设备简单等值为工频参数所造成的建模失真，确保每一候选转供方案拥有与其网络拓扑结构严格匹配的宽频网络节点导纳矩阵，使得后续的候选转供方案的宽频阻抗分析和谐振特征提取具有较高的准确性，进而为后续的安全风险评估提供可靠的数据支撑，从而提高了配电网自愈恢复的稳定性。

17、作为优选方案，所述基于所述宽频网络节点导纳矩阵对各个所述候选转供方案进行宽频阻抗分析和谐振特征提取，得到各个所述候选转供方案的宽频阻抗数据和谐振特征数据，包括：

18、基于所述拓扑配置数据识别每个所述候选转供方案中的关键节点集合，并基于候选转供方案中不属于所述关键节点集合的其他节点形成消元节点集合；

19、基于所述消元节点集合对每个所述候选转供方案的宽频网络节点导纳矩阵进行等值消元处理，得到每个所述候选转供方案的所述关键节点集合对应的宽频等值导纳矩阵；

20、对所述宽频等值导纳矩阵求逆，得到每个所述候选转供方案的所述关键节点集合对应的宽频等值阻抗矩阵；

21、基于每个所述候选转供方案的关键节点集合中的关键节点数量，从所述宽频等值阻抗矩阵中提取每个所述候选转供方案的宽频阻抗谱；

22、基于所述宽频等值阻抗矩阵和宽频阻抗谱形成每个所述候选转供方案的宽频阻抗数据；

23、基于所述宽频阻抗数据对各个所述候选转供方案进行谐振特征提取，得到每个所述候选转供方案的主谐振频带和预测电压总谐波畸变率，以形成各个所述候选转供方案的谐振特征数据。

24、上述方案中，通过对候选转供方案中的节点进行分类，形成关键节点集合和消元节点集合，并对消元节点集合执行等值消元处理，得到了仅保留关键节点集合的宽频等值导纳矩阵和宽频等值阻抗矩阵，以消元的方式大幅降低了宽频网络节点导纳矩阵的维度，不仅降低了计算需求，还使得计算得到的宽频阻抗数据和谐振特征数据能够直接反映候选转供方案在实际执行过程中的关键节点电气特性；接着，通过提取宽频阻抗谱，并结合宽频等值阻抗矩阵形成宽频阻抗数据，以宽频阻抗数据进行谐振特征提取得到主谐振频带和预测电压总谐波畸变率，实现了对候选转供方案谐振风险的多维度准确量化，从而提高了配电网自愈恢复的稳定性和准确性。

25、作为优选方案，所述基于所述宽频阻抗数据对各个所述候选转供方案进行谐振特征提取，得到每个所述候选转供方案的主谐振频带和预测电压总谐波畸变率，以形成各个所述候选转供方案的谐振特征数据，包括：

26、在预设宽频扫描角频率范围中对每个所述候选转供方案的宽频阻抗谱进行搜索，得到每个所述候选转供方案的若干局部峰值频率点；

27、基于预设峰值判断条件对所述局部峰值频率点进行筛选，得到每个所述候选转供方案的主谐振频带；

28、获取每个所述候选转供方案的谐波电流注入数据，基于所述谐波电流注入数据和所述宽频等值阻抗矩阵确定每个所述候选转供方案的关键节点集合对应的谐波电压预测数据；

29、基于所述谐波电压预测数据确定每个所述候选转供方案的预测电压总谐波畸变率；

30、基于每个所述候选转供方案的主谐振频带和预测电压总谐波畸变率形成每个所述候选转供方案的谐振特征数据。

31、上述方案中，对宽频阻抗谱进行扫描，识别出所有局部峰值频率点，并依据预设峰值判断条件筛选出真正具有风险意义的主谐振频带，能够避免过度保守的评估结果导致大量可行方案被误剔除，有利于维持自愈方案的充足性；接着，以谐波电流注入数据和所述宽频等值阻抗矩阵，实现了对关键节点的谐波电压预测数据的计算和预测电压总谐波畸变率计算，能够真实地反映候选转供方案下的网络拓扑在实际谐波源激励下的谐波放大程度，为后续安全风险评估提供了可靠的谐振特征数据，进而提升了自愈恢复的准确性和稳定性。

32、作为优选方案，所述基于所述拓扑配置数据构建每个所述候选转供方案的逆变器输出控制模型，结合所述宽频阻抗数据和谐振特征数据对每个所述候选转供方案进行耦合分析，得到每个所述候选转供方案的安全风险分析结果，包括：

33、基于所述拓扑配置数据确定每个所述候选转供方案内各个逆变器的控制指纹；

34、基于所述拓扑配置数据构建每个所述候选转供方案内每个所述逆变器的电流扰动向量和电压扰动向量；

35、基于所述电流扰动向量和电压扰动向量的比值确定每个所述候选转供方案内每个所述逆变器的信号输出导纳；

36、对每个所述候选转供方案内每个所述逆变器的信号输出导纳进行聚合，得到每个所述候选转供方案的逆变器聚合输出导纳；

37、基于每个所述候选转供方案的逆变器聚合输出导纳和各个所述逆变器的控制指纹形成每个所述候选转供方案的逆变器输出控制模型；

38、基于所述逆变器输出控制模型、宽频阻抗数据和谐振特征数据对每个所述候选转供方案进行耦合分析，得到每个所述候选转供方案的稳定性风险指标、控制相容性风险指标、谐波放大风险指标和弱网风险指标；

39、对所述稳定性风险指标、控制相容性风险指标、谐波放大风险指标和弱网风险指标进行加权求和，得到每个所述候选转供方案的安全风险分析结果。

40、上述方案中，通过拓扑配置数据确定逆变器的控制指纹并将其表征为小信号输出导纳，使得逆变器的动态控制特性能够以导纳的形式参与后续的频域耦合分析，避免了传统方法将逆变器视为理想功率源或简单无功补偿节点而忽略其控制动态特性的问题；在此基础上，以逆变器输出控制模型、宽频阻抗数据和谐振特征数据进行耦合分析，能够对割裂的逆变器控制与网络拓扑特性进行交互评估，进而得到更为准确的稳定性风险、控制相容性风险、谐波风险和弱网风险，最后将稳定性风险、控制相容性风险、谐波风险和弱网风险进行加权求和，得到安全风险分析结果，实现了对候选转供方案动态安全性的多角度综合评价，有效避免了单一维度评估片面性导致的风险漏判，进而提升了配电网自愈恢复的准确性和稳定性。

41、作为优选方案，所述基于所述逆变器输出控制模型、宽频阻抗数据和谐振特征数据对每个所述候选转供方案进行耦合分析，得到每个所述候选转供方案的稳定性风险指标、控制相容性风险指标、谐波放大风险指标和弱网风险指标，包括：

42、将每个所述候选转供方案的逆变器聚合输出导纳映射至所述关键节点集合中的每个关键节点，得到每个所述候选转供方案的逆变器聚合输出导纳映射矩阵；

43、基于每个所述候选转供方案的逆变器聚合输出导纳映射矩阵和宽频等值阻抗矩阵构建每个所述候选转供方案的返回比矩阵；

44、提取每个所述候选转供方案的返回比矩阵中的最小奇异值，并基于所述最小奇异值确定每个所述候选转供方案的稳定性风险指标；

45、基于所述主谐振频带和每个所述候选转供方案内各个逆变器的控制指纹确定每个所述候选转供方案的控制相容性风险指标；

46、基于预设电压总谐波畸变率限值、预测电压总谐波畸变率、预设阻抗谱幅值判别阈值和宽频阻抗谱确定每个所述候选转供方案的谐波放大风险指标；

47、基于所述宽频等值阻抗矩阵确定每个所述候选转供方案的等效短路容量，并基于所述等效短路容量确定每个所述候选转供方案的弱网风险指标。

48、上述方案中，将逆变器聚合输出导纳映射至所述关键节点集合中的每个关键节点，使得逆变器聚合输出导纳映射矩阵与宽频等值阻抗矩阵具有相同的维度，确保了返回比矩阵能够符合配电网的实际网络拓扑，接着，通过返回比矩阵提取其最小奇异值作为稳定裕度指标，使得稳定性风险指标更加的准确；之后依据主谐振频带和控制指纹得到控制相容性风险指标，能够识别逆变器控制参数与网络拓扑之间交互失配的问题；在此基础上，以电压总谐波畸变率限值、预测电压总谐波畸变率、预设阻抗谱幅值判别阈值和宽频阻抗谱确定谐波放大风险指标，能够对配电网的网络拓扑谐波问题进行准确识别；之后再以宽频等值阻抗矩阵得到弱网风险指标，能够对配电网自愈过程中的弱网程度进行准确评估；以稳定性风险指标、控制相容性风险指标、谐波放大风险指标和弱网风险指标从不同维度共同构成了完整的动态安全评价体系，使得风险评估能够覆盖转供后可能出现的多种失稳形式，从而提高了配电网自愈恢复的准确性和稳定性。

49、作为优选方案，所述基于所述安全风险分析结果对所述候选转供方案进行逆变器控制校验，得到所述配电网的自愈转供方案，并基于所述自愈转供方案对配电网进行自愈恢复，包括：

50、基于所述安全风险分析结果对每个所述候选转供方案进行风险分级，得到每个所述候选转供方案的风险等级；

51、若是所述候选转供方案的风险等级为预设第一等级，则将所述候选转供方案作为所述配电网的备选转供方案；

52、若是所述候选转供方案的风险等级为预设第二等级，则基于所述安全风险分析结果对所述候选转供方案进行逆变器控制校验，以更新所述候选转供方案的风险等级；

53、若是所述候选转供方案的风险等级为预设第三等级，则剔除所述候选转供方案；

54、基于预设自愈综合效益模型对每个所述备选转供方案进行评估，得到所述配电网的自愈转供方案，并基于所述自愈转供方案对配电网进行自愈恢复。

55、上述方案中，通过安全风险分析结果进行风险分级，以采用分级处理的方式，使得第一等级的候选转供方案无需经过额外的逆变器控制校验即可作为备选转供方案，降低了计算负担；第一等级的候选转供方案通过逆变器控制校验更新所述候选转供方案的风险等级，避免了因风险偏高而被直接淘汰，从而保留了更多的可恢复方案；第三等级的候选转供方案则被直接剔除，有效防止了不合规方案进入最终筛选；在此基础上，以自愈综合效益模型进行评估，使得最终选定的自愈方案不仅在稳态层面具有较好的负荷恢复效果，而且在动态层面满足安全稳定运行要求，从而提高了配电网自愈恢复的成功率和稳定性。

56、作为优选方案，所述若是所述候选转供方案的风险等级为预设第二等级，则基于所述安全风险分析结果对所述候选转供方案进行逆变器控制校验，以更新所述候选转供方案的风险等级，包括：

57、若是所述候选转供方案的风险等级为预设第二等级，则获取所述候选转供方案内各个所述逆变器的控制参数可调范围；

58、基于所述控制参数可调范围和安全风险分析结果对各个所述逆变器的控制指纹进行调整，得到各个所述逆变器的临时控制指纹；

59、基于各个所述逆变器的临时控制指纹对所述候选转供方案的安全风险分析结果进行更新，得到所述候选转供方案的第一安全风险分析结果；

60、基于所述候选转供方案的第一安全风险分析结果更新所述候选转供方案的风险等级。

61、上述方案中，通过获取各逆变器的控制参数可调范围，结合控制指纹生成临时控制参数范围，并在该范围内对逆变器控制指纹进行调整以获得临时控制指纹，进而基于调整后的控制指纹重新进行安全风险评估和更新风险等级；在无需改变拓扑结构的条件下，通过调整逆变器的控制参数增加可执行自愈方案的数量，提高配电网自愈的可选方案数量；同时，通过临时控制参数范围和安全风险分析结果确保了控制参数调整的准确性和可靠性，进而提高了配电网自愈恢复的成功率和稳定性。

62、相应的，本实施例提供了一种基于逆变器与宽频网络分析的配电网自愈系统，包括：候选转供方案获取模块、宽频网络建模模块、宽频网络分析模块、逆变器宽频网络耦合分析模块和配电网自愈模块；

63、所述候选转供方案获取模块用于获取配电网的若干候选转供方案和各个所述候选转供方案的拓扑配置数据；

64、所述宽频网络建模模块用于基于所述拓扑配置数据对各个所述候选转供方案进行宽频网络建模，得到各个所述候选转供方案的宽频网络节点导纳矩阵；

65、所述宽频网络分析模块用于基于所述宽频网络节点导纳矩阵对各个所述候选转供方案进行宽频阻抗分析和谐振特征提取，得到各个所述候选转供方案的宽频阻抗数据和谐振特征数据；

66、所述逆变器宽频网络耦合分析模块用于基于所述拓扑配置数据构建每个所述候选转供方案的逆变器输出控制模型，结合所述宽频阻抗数据和谐振特征数据对每个所述候选转供方案进行耦合分析，得到每个所述候选转供方案的安全风险分析结果；

67、所述配电网自愈模块用于基于所述安全风险分析结果对所述候选转供方案进行逆变器控制校验，得到所述配电网的自愈转供方案，并基于所述自愈转供方案对配电网进行自愈恢复。

68、作为优选方案，所述宽频网络建模模块包括：宽频网络建模单元；

69、在所述宽频网络建模单元中，所述拓扑配置数据包括：线路配置参数、变压器配置参数、电容器配置参数、补偿装置配置参数和负荷配置参数；

70、基于所述线路配置参数构建每个所述候选转供方案在每个预设宽频扫描角频率的线路频域导纳矩阵；

71、基于所述变压器配置参数构建每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的变压器频域导纳矩阵；

72、基于所述电容器配置参数构建每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的电容器频域导纳矩阵；

73、基于所述补偿装置配置参数构建每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的补偿装置频域导纳矩阵；

74、基于所述负荷配置参数构建每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的负荷频域导纳矩阵；

75、对所述线路频域导纳矩阵、变压器频域导纳矩阵、电容器频域导纳矩阵、补偿装置频域导纳矩阵和负荷频域导纳矩阵进行累加，得到每个所述候选转供方案在每个所述宽频扫描角频率的宽频网络节点导纳矩阵。

76、可以理解的是，相较于现有技术，本发明通过获取候选转供方案及其拓扑配置数据，之后依据拓扑配置数据对候选转供方案进行宽频网络建模，得到宽频网络节点导纳矩阵；接着以宽频网络节点导纳矩阵进行宽频阻抗分析和谐振特征提取，从而实现了对每个候选转供方案在网络拓扑层面的宽频阻抗特性与谐振风险的全面表征；在此基础上，以拓扑配置数据构建逆变器输出控制模型，并结合宽频阻抗数据、谐振特征数据进行耦合分析，能够对割裂的逆变器控制与网络拓扑特性进行交互评估，从而得到更加准确的安全风险分析结果；最后基于该安全风险分析结果对候选转供方案进行逆变器控制校验并筛选自愈转供方案，使得配电网自愈恢复充分考虑逆变器和网络拓扑交互作用，有效避免了传统方法中因忽略逆变器和网络拓扑交互作用而导致的谐波放大、局部谐振和控制失配等问题，从而提高了配电网自愈恢复的稳定性。