1.本发明涉及电力系统同步稳定性判别
技术领域：
：，并且更具体地，涉及一种电力电子设备的同步稳定性判别方法及系统。
背景技术：
：：2.电力电子设备的并网机制不同于传统同步机，其在大扰动下的切换控制和系统的非线性增加了电力电子设备同步稳定性判别的难度。因此，在新能源高渗透率的背景下，急需依据电力电子设备的控制策略提出有针对性的同步稳定性判别方法。3.在研究采用锁相环(phaselockedloop，pll)与电网保持同步的电力电子设备大扰动同步稳定问题时，现有的稳定性分析判别方法主要集中在等面积法、构造李雅普诺夫函数的直接法、相平面分析法三类方法上。等面积法能够直观地揭示变流器暂态同步稳定机理，对提高变流器同步稳定性的设计具有重要指导意义；通过构造法得到的李雅普诺夫函数，能够扩大等面积法相对保守的吸引域；相平面分析法可以绘制出二阶动态系统的相图，其本质是数值方法，可以直观地展示稳定平衡点的吸引域和不稳定极限环。但当前的分析方法研究对象均为锁相环控制器d轴与电网电压的夹角，该角度为一个与pll控制器状态变量、时间相关的函数，不易获取。4.总体来说对于电力电子设备同步稳定性判别方法，目前还缺少一种观测量易于获取的判别方法。技术实现要素：5.本发明提出一种电力电子设备的同步稳定性判别方法及系统，以解决如何快速准确地对电力电子设备的同步稳定性进行判别的问题。6.为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电力电子设备的同步稳定性判别方法，所述方法包括：实时地获取电力电子设备运行过程中的运行数据；基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度；根据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点，获取判断结果；当所述判断结果指示存在两个平衡点时，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点；确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度；基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳。7.优选地，其中所述基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，包括：，，，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。8.优选地，其中所述平衡点判据，包括:，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；当满足所述平衡点判据时，确定存在两个平衡点；反之，则确定存在一个或不存在平衡点。9.优选地，其中所述根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点，包括：对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点；其中，δe为该任一平衡点对应的pll控制器d轴和并网点电压矢量之间的夹角；通过求解得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。10.优选地，其中所述确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，包括：，其中，uuep为所述第二参考电压矢量长度，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。11.根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种电力电子设备的同步稳定性判别系统，其特征在于，所述系统包括：运行数据获取单元，用于实时地获取电力电子设备运行过程中的运行数据；第一计算单元，用于基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度；平衡点判断单元，用于根据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点，获取判断结果；不稳定平衡点确定单元，用于当所述判断结果指示存在两个平衡点时，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点；第二计算单元，用于确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度；同步稳定判断单元，用于基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳。12.优选地，其中所述第一计算单元，基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，包括：，，，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。13.优选地，其中所述平衡点判据，包括:，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；当满足所述平衡点判据时，确定存在两个平衡点；反之，则确定存在一个或不存在平衡点。14.优选地，其中所述不稳定平衡点确定单元，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点，包括：对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点；其中，δe为该任一平衡点对应的pll控制器d轴和并网点电压矢量之间的夹角；通过求解得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。15.优选地，其中所述第二计算单元，确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，包括：，其中，uuep为所述第二参考电压矢量长度，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。16.本发明提供了一种电力电子设备的同步稳定性判别方法及系统，根据故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度进行平衡点的判断；确定不稳定平衡点和不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度；基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳；本发明的方法，基于空间矢量进行电力电子设备的同步稳定性判断，从电压外特性的视角出发，关注角度变化时的矢量约束关系，从而建立起可观测性较强的电压与不易观测的变流器同步稳定性之间的联系，形成电压形式的同步稳定判据，通过计算与实时监测电力电子设备电压，判断故障期间是否存在平衡点，以及是否发生了不稳定平衡点主导的暂态失稳，具有良好的可观测性，为电力电子设备大扰动下的同步稳定性判别提供了新的手段和方式。附图说明17.通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：图1为根据本发明实施方式的电力电子设备的同步稳定性判别方法100的流程图；图2为根据本发明实施方式的vsc并网系统结构示意图；图3为根据本发明实施方式的pll控制器控制结构示意图；图4为根据本发明实施方式的各角度的示意图；图5为根据本发明实施方式的故障前矢量图；图6为根据本发明实施方式的故障期间用于同步稳定分析的空间矢量关系；图7（a）、7（b）和7（c）分别为根据本发明实施方式的δ0>|θzg θi|时的矢量图；图8（a）、8（b）和8（c）分别为根据本发明实施方式的δ0<|θzg θi|时的矢量图；图9为根据本发明实施方式的稳定平衡点和不稳定平衡点的示意图；图10为根据本发明实施方式的同步稳定性判断流程图；图11为根据本发明实施方式的工况1的仿真结果；图12为根据本发明实施方式的工况2的仿真结果；图13为根据本发明实施方式的工况3的仿真结果；图14为根据本发明实施方式的电力电子设备的同步稳定性判别系统1400的结构示意图。具体实施方式18.现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属
技术领域：
：的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。19.除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属
技术领域：
：的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。20.图1为根据本发明实施方式的电力电子设备的同步稳定性判别方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的电力电子设备的同步稳定性判别方法，基于空间矢量进行电力电子设备的同步稳定性判断，从电压外特性的视角出发，关注角度变化时的矢量约束关系，从而建立起可观测性较强的电压与不易观测的变流器同步稳定性之间的联系，形成电压形式的同步稳定判据，通过计算与实时监测电力电子设备电压，判断故障期间是否存在平衡点，以及是否发生了不稳定平衡点主导的暂态失稳，具有良好的可观测性，为电力电子设备大扰动下的同步稳定性判别提供了新的手段和方式。本发明实施方式提供的电力电子设备的同步稳定性判别方法100，从步骤101处开始，在步骤101实时地获取电力电子设备运行过程中的运行数据。21.在本发明的实施方式中，需要对电子电子设备的运行数据进行实时监测，以根据获取的运行数据进行同步稳定性判别的计算。其中，可以通过采用单机等值方法建立的电压源型变流器(voltagesourceconverter,vsc)并网系统模型结构进行仿真计算，获取运行数据，也可以获取实际工作中的电力电子设备的运行数据。所述运行数据，包括：故障前电网电压、故障前等值电阻、故障前等值电抗、故障前d轴电流和q轴电流、故障期间电网电压、故障期间等值电阻、故障期间等值电抗、低电压穿越策略所确定的故障期间的d轴电流和q轴电流。22.在步骤102，基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度。23.优选地，其中所述基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，包括：，，，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。24.在步骤103，根据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点，获取判断结果。25.优选地，其中所述平衡点判据，包括:，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；当满足所述平衡点判据时，确定存在两个平衡点；反之，则确定存在一个或不存在平衡点。26.本发明的实施方式针对采用锁相环保持同步的电力电子设备，确定第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度的推理过程为：首先基于单机等值方法建立电压源型变流器(voltagesourceconverter,vsc)并网系统模型结构，然后根据并网系统模型进行vsc并网系统的空间矢量关系的分析，确定空间矢量关系；然后基于所述空间矢量关系确定第一电压矢量长度、第一参考电压矢量长度以及存在两个平衡点的判据。27.图2为采用单机等值方法建立的电压源型变流器(voltagesourceconverter,vsc)并网系统模型结构。其中，uc为vsc交流侧电压，upcc为vsc并网点电压，ug为交流系统电压，zc=rc jωlc为vsc变流器出口至并网点阻抗，zg=rg jωlg为vsc并网点至交流系统阻抗，i为vsc输出电流，pll控制器采样电压为并网点电压。下标dq表示在pll控制器dq坐标轴上的电气量，下标abc表示在三相静止坐标系上的电气量，下标0表示故障前稳态时的电气量，上标*表示参考值。28.图3为pll控制器控制框图，其中规定upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°，ωpll控制器为pll控制器d轴角速度，ωg为电网电压ug的角速度，θpll控制器为pll控制器d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，δω=ωpll控制器‑ωg，ki、kp分别为pi环节的积分系数和比例系数。pll控制器控制的二阶方程为：（1）如图4所示为各角度的示意图。其中，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，δ=θpll控制器‑θg，则pll控制器的二阶控制方程可以转化为：ꢀꢀ（2）忽略交流线路的动态，代入δ角，得到pll控制器dq坐标系下并网点至电网主电路电压方程简化表达式为：ꢀꢀꢀꢀ（3）由控制方程和电压方程得到以δ为变量的二阶运动方程：ꢀꢀꢀꢀꢀ（4）其中等效惯性为：ꢀꢀ（5）等效阻尼为：（6）等效加速转矩为：ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ（7）等效减速转矩为：（8）将式（3）主电路电压方程表示成如下形式：（9）其中，（10）又有：(11)因此，可以得到矢量关系可以表示为：(12)vsc输出功率为：(13)由功率方程可知，在本发明使用的dq坐标轴关系下，故障前，upccq=0，为使新能源发有功，i*d为正，一般情况下新能源不发无功，即i*q=0，此时，θi0=0，θzg0 θi0为正。稳态下upcc0定向在dpll控制器轴正半轴上，由矢量关系可以得出dpll控制器轴与ug0的夹角δ0为正。则故障前稳态下的矢量关系如图5所示。29.故障期间，在锁相环锁相成功的前提下，upccq=0，为满足新能源在低电压穿越期间发无功的要求，i*q为负，一般情况下，电压跌落程度较深时，新能源不发有功或发少量的有功，即i*d为正，且i*d<<|i*q|，因此在故障期间θi为负，且接近于‑90°。30.在故障为电压直接跌落，且故障不清除的场景下做如下假设：1）故障发生后较短的时间内，ωpll控制器≈ωg，可以将|zg|、θzg视为常数。31.2）故障期间i*d、i*q由低电压穿越策略确定，且为常数，则i、θi为常数。32.由前述基本假设可以得到故障期间用于同步稳定分析的空间矢量关系，如图6所示。其中，izg相对于dpll控制器轴幅值不变、夹角不变；电压ug跌落后幅值不变、与dpll控制器轴夹角δ按其二阶运动方程运动；由izg、ug合成的矢量upcc的终点在一个圆上，幅值随δ的变化而变化。33.在图6中，系统存在平衡点体现在故障期间upcc能够与dpll控制器轴重合，即upcc终点所在圆与dpll控制器轴相交。系统存在平衡点时，故障期间才可能过渡到一个新的稳态上。34.首先，由图5计算故障前δ角的数值δ0为：ꢀ(14)其中，为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压。35.故障期间izg与dpll控制器轴的夹角为θzg θi，由前述分析知，θzg θi为负。假设故障发生瞬间，δ角不发生突变，保持故障前的数值δ0。图6和图7中，绿色虚线圆为upcc终点所在圆，橙色虚线圆为以ug起点为圆心，该点至dpll控制器轴垂线长度为半径的圆。下标0 表示故障发生后瞬间的电气量。36.通过比较δ0与|θzg θi|的大小，可以得到当δ0>|θzg θi|时，系统只存在一个平衡点、存在两个平衡点、没有平衡点的矢量关系分别如图7(a)、7(b)和7(c)所示；当δ0<|θzg θi|时，系统只存在一个平衡点、存在两个平衡点、没有平衡点的矢量关系分别如图8(a)、8(b)和8(c)所示。37.在图7和图8中，一个矢量代表故障发生后瞬间的upcc，将其命名为upcc_0 。反映平衡点存在性的参考电压矢量(thereferencevoltagevectorreflectingtheexistenceofequilibriumpoint，ueep)的终点落在小圆和ug0 所在直线的交点上。从图7和图8中可以看出，当故障期间系统存在平衡点，即存在upcc与dpll控制器重合的可能性时，图中大圆半径总是大于等于小于圆半径。由于upcc_0 和ueep的终点落在两个圆上，因此也通过这两个矢量的长度判断平衡点的存在性：当upcc_0 =ueep时，系统只存在一个平衡点；当upcc_0 >ueep时，系统存在两个平衡点；当upcc_0 <ueep时，系统没有平衡点。38.由于upcc_0 随ug0 的大小变化而变化，而ueep与ug0 的大小无关，因此ueep可以作为反映平衡点存在性的临界值。39.在图7和图8中，矢量ueep的长度均可以表示为：(15)矢量upcc_0 的长度均可以表示为：(16)其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。40.从而，可以确定通过故障发生后瞬间的电压值upcc_0 ，判断故障发生后系统是否存在平衡点，得到系统存在两个平衡点的判据为：ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(17)其中，若第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度满足上式，则确定系统存在两个平衡点。系统没有平衡点或只存在一个平衡点时，不能恢复同步稳定。41.在本发明的实施方式中，在确定了系统参数、系统工况和运行故障后，根据基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，再据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点。42.在步骤104，当所述判断结果指示存在两个平衡点时，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点。43.优选地，其中所述根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点，包括：对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点；其中，δe为该任一平衡点对应的pll控制器d轴和并网点电压矢量之间的夹角；通过求解得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。44.当故障期间满足有两个平衡点的条件时，动态过程中，如果δ在暂态过程中一直在稳定平衡点附近运动且最终稳定在该点上，则系统在大扰动后可以恢复稳定；一旦δ越过不稳定平衡点，则系统在大扰动后失稳。因此，需要确定不稳定平衡点。45.在平衡点δe处线性化，线性状态方程中的状态变量为δδ和δω：ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(18)当且仅当所有特征值满足实部小于0时，平衡点是稳定的，从而得到可以得到稳定平衡点判据为：ꢀꢀꢀꢀꢀ(19)即：ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(20)由上式知，δe∈(2kπ‑π/2,2kπ π/2)，k∈z时，δe为稳定平衡点对应的角，该范围外为不稳定平衡点。46.因此，对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点。其中，通过求解公式（9）中的得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。47.在步骤105，确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度。48.优选地，其中所述确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，包括：，其中，uuep为所述第二参考电压矢量长度，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。49.在步骤106，基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳。50.根据式(20)计算可以得到图9中的δe_1为稳定平衡点，δe_2为不稳定平衡点。虚线圆为upcc终点所在圆，此时不稳定平衡点对应的第二参考电压(thereferencevoltagevectorcorrespondingtotheunstableequilibriumpoint,uuep)的矢量长度为：ꢀꢀꢀꢀ(21)当upcc的长度小于uuep时，δ越过不稳定平衡点失稳。51.因此，在本发明的实施方式中，首先计算不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，然后基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度upcc，比较upcc与uuep的大小，判断是否发生同步失稳。在动态监测过程中，upcc一旦满足第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度，即：upcc＜uuep,则可以确定系统失去同步稳定，否则确定系统能够恢复同步稳定。52.其中，第二电压矢量长度的计算方法和第一电压矢量长度的计算方法相同，在此不再赘述。53.如图10所示，本发明实施方式的基于仿真模型进行同步稳定性判断的过程包括：根据给定系统参数、初始运行工况和故障类型进行仿真，获取故障发生时的upcc_0 和ueep；若upcc_0 大于ueep，则确定没有平衡点，确定发生了大扰动失稳；若upcc_0 小于等于ueep，则进行平衡点的计算，确定是否存在两个平衡点，并当存在两个平衡点时，确定稳定平衡点和不稳定平衡点；计算不稳定平衡点对应的第二参考电压uuep；对故障发生后的upcc进行监测，若存在upcc＜uuep，则确定发生了打扰动失稳，反之，则确定系统能够恢复同步稳定。54.为验证本发明的可行性，利用pscad/emtdc搭建了单vsc无穷大系统进行仿真验证，工况1为故障期间没有平衡点，工况2为故障期间有平衡点且恢复稳定，工况3为故障期间有平衡点但失稳。工况1和工况2系统参数如表1所示。故障期间，工况1设置id=0，iq=‑1p.u.，即i=1p.u.，θi=‑90°；工况2设置id=0，iq=‑0.45p.u.，即i=0.45p.u.，θi=‑90°。设置工况3在故障期间ug=0.02p.u.，其他参数同工况2。55.表1工况1和工况2系统参数表工况1：计算得ueep=0.1306，upcc_0 =0.1184，有upcc_0 <ueep，结合存在平衡点判据，可以判断故障期间系统没有平衡点，将失去同步稳定。upcc和δ角的仿真结果如图11所示，δ角发散失稳，仿真结果与判据判别结果一致。56.工况2：计算得ueep=0.0588，upcc_0 =0.0698，有upcc_0 >ueep，结合存在平衡点判据，可以判断故障期间系统有平衡点。计算得uuep=0.0117。upcc和δ角的仿真结果如图12所示，动态过程中，upcc始终没有小于uuep，不满足失稳判据，δ角振荡收敛，仿真结果与判据判别结果一致。57.工况3：计算得ueep=0.0588，upcc_0 =0.0598，有upcc_0 >ueep，结合存在平衡点判据，可以判断故障期间系统有平衡点。计算得uuep=0.0287。upcc和δ角的仿真结果如图13所示，动态过程中，存在upcc<uuep，满足失稳判据，δ角发散失稳，仿真结果与判据判别结果一致。58.图14为根据本发明实施方式的电力电子设备的同步稳定性判别系统1400的结构示意图。如图14所示，本发明实施方式提供的电力电子设备的同步稳定性判别系统1400，包括：运行数据获取单元，1401、第一计算单元1402、平衡点判断单元1403、不稳定平衡点确定单元1404、第二计算单元1405和同步稳定判断单元1406。59.优选地，所述运行数据获取单元，1401，用于实时地获取电力电子设备运行过程中的运行数据。60.优选地，所述第一计算单元1402，用于基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度。61.优选地，其中所述第一计算单元1402，基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，包括：，，，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。62.优选地，所述平衡点判断单元1403，用于根据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点，获取判断结果。63.优选地，其中所述平衡点判据，包括:，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；当满足所述平衡点判据时，确定存在两个平衡点；反之，则确定存在一个或不存在平衡点。64.优选地，所述不稳定平衡点确定单元1404，用于当所述判断结果指示存在两个平衡点时，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点。65.优选地，其中所述不稳定平衡点确定单元1404，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点，包括：对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点；其中，δe为该任一平衡点对应的pll控制器d轴和并网点电压矢量之间的夹角；通过求解得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。66.优选地，所述第二计算单元1405，用于确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度。67.优选地，其中所述第二计算单元1405，确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，包括：，其中，uuep为所述第二参考电压矢量长度，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。68.优选地，所述同步稳定判断单元1406，用于基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳。69.本发明的实施例的电力电子设备的同步稳定性判别系统1400与本发明的另一个实施例的电力电子设备的同步稳定性判别方法100相对应，在此不再赘述。70.已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。71.通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在
技术领域：
：的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。[0072]本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd‑rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。[0073]本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0074]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0075]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0076]最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页12当前第1页12
技术领域：
：，并且更具体地，涉及一种电力电子设备的同步稳定性判别方法及系统。
背景技术：
：：2.电力电子设备的并网机制不同于传统同步机，其在大扰动下的切换控制和系统的非线性增加了电力电子设备同步稳定性判别的难度。因此，在新能源高渗透率的背景下，急需依据电力电子设备的控制策略提出有针对性的同步稳定性判别方法。3.在研究采用锁相环(phaselockedloop，pll)与电网保持同步的电力电子设备大扰动同步稳定问题时，现有的稳定性分析判别方法主要集中在等面积法、构造李雅普诺夫函数的直接法、相平面分析法三类方法上。等面积法能够直观地揭示变流器暂态同步稳定机理，对提高变流器同步稳定性的设计具有重要指导意义；通过构造法得到的李雅普诺夫函数，能够扩大等面积法相对保守的吸引域；相平面分析法可以绘制出二阶动态系统的相图，其本质是数值方法，可以直观地展示稳定平衡点的吸引域和不稳定极限环。但当前的分析方法研究对象均为锁相环控制器d轴与电网电压的夹角，该角度为一个与pll控制器状态变量、时间相关的函数，不易获取。4.总体来说对于电力电子设备同步稳定性判别方法，目前还缺少一种观测量易于获取的判别方法。技术实现要素：5.本发明提出一种电力电子设备的同步稳定性判别方法及系统，以解决如何快速准确地对电力电子设备的同步稳定性进行判别的问题。6.为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电力电子设备的同步稳定性判别方法，所述方法包括：实时地获取电力电子设备运行过程中的运行数据；基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度；根据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点，获取判断结果；当所述判断结果指示存在两个平衡点时，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点；确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度；基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳。7.优选地，其中所述基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，包括：，，，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。8.优选地，其中所述平衡点判据，包括:，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；当满足所述平衡点判据时，确定存在两个平衡点；反之，则确定存在一个或不存在平衡点。9.优选地，其中所述根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点，包括：对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点；其中，δe为该任一平衡点对应的pll控制器d轴和并网点电压矢量之间的夹角；通过求解得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。10.优选地，其中所述确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，包括：，其中，uuep为所述第二参考电压矢量长度，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。11.根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种电力电子设备的同步稳定性判别系统，其特征在于，所述系统包括：运行数据获取单元，用于实时地获取电力电子设备运行过程中的运行数据；第一计算单元，用于基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度；平衡点判断单元，用于根据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点，获取判断结果；不稳定平衡点确定单元，用于当所述判断结果指示存在两个平衡点时，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点；第二计算单元，用于确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度；同步稳定判断单元，用于基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳。12.优选地，其中所述第一计算单元，基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，包括：，，，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。13.优选地，其中所述平衡点判据，包括:，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；当满足所述平衡点判据时，确定存在两个平衡点；反之，则确定存在一个或不存在平衡点。14.优选地，其中所述不稳定平衡点确定单元，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点，包括：对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点；其中，δe为该任一平衡点对应的pll控制器d轴和并网点电压矢量之间的夹角；通过求解得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。15.优选地，其中所述第二计算单元，确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，包括：，其中，uuep为所述第二参考电压矢量长度，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。16.本发明提供了一种电力电子设备的同步稳定性判别方法及系统，根据故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度进行平衡点的判断；确定不稳定平衡点和不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度；基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳；本发明的方法，基于空间矢量进行电力电子设备的同步稳定性判断，从电压外特性的视角出发，关注角度变化时的矢量约束关系，从而建立起可观测性较强的电压与不易观测的变流器同步稳定性之间的联系，形成电压形式的同步稳定判据，通过计算与实时监测电力电子设备电压，判断故障期间是否存在平衡点，以及是否发生了不稳定平衡点主导的暂态失稳，具有良好的可观测性，为电力电子设备大扰动下的同步稳定性判别提供了新的手段和方式。附图说明17.通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：图1为根据本发明实施方式的电力电子设备的同步稳定性判别方法100的流程图；图2为根据本发明实施方式的vsc并网系统结构示意图；图3为根据本发明实施方式的pll控制器控制结构示意图；图4为根据本发明实施方式的各角度的示意图；图5为根据本发明实施方式的故障前矢量图；图6为根据本发明实施方式的故障期间用于同步稳定分析的空间矢量关系；图7（a）、7（b）和7（c）分别为根据本发明实施方式的δ0>|θzg θi|时的矢量图；图8（a）、8（b）和8（c）分别为根据本发明实施方式的δ0<|θzg θi|时的矢量图；图9为根据本发明实施方式的稳定平衡点和不稳定平衡点的示意图；图10为根据本发明实施方式的同步稳定性判断流程图；图11为根据本发明实施方式的工况1的仿真结果；图12为根据本发明实施方式的工况2的仿真结果；图13为根据本发明实施方式的工况3的仿真结果；图14为根据本发明实施方式的电力电子设备的同步稳定性判别系统1400的结构示意图。具体实施方式18.现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属
技术领域：
：的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。19.除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属
技术领域：
：的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。20.图1为根据本发明实施方式的电力电子设备的同步稳定性判别方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的电力电子设备的同步稳定性判别方法，基于空间矢量进行电力电子设备的同步稳定性判断，从电压外特性的视角出发，关注角度变化时的矢量约束关系，从而建立起可观测性较强的电压与不易观测的变流器同步稳定性之间的联系，形成电压形式的同步稳定判据，通过计算与实时监测电力电子设备电压，判断故障期间是否存在平衡点，以及是否发生了不稳定平衡点主导的暂态失稳，具有良好的可观测性，为电力电子设备大扰动下的同步稳定性判别提供了新的手段和方式。本发明实施方式提供的电力电子设备的同步稳定性判别方法100，从步骤101处开始，在步骤101实时地获取电力电子设备运行过程中的运行数据。21.在本发明的实施方式中，需要对电子电子设备的运行数据进行实时监测，以根据获取的运行数据进行同步稳定性判别的计算。其中，可以通过采用单机等值方法建立的电压源型变流器(voltagesourceconverter,vsc)并网系统模型结构进行仿真计算，获取运行数据，也可以获取实际工作中的电力电子设备的运行数据。所述运行数据，包括：故障前电网电压、故障前等值电阻、故障前等值电抗、故障前d轴电流和q轴电流、故障期间电网电压、故障期间等值电阻、故障期间等值电抗、低电压穿越策略所确定的故障期间的d轴电流和q轴电流。22.在步骤102，基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度。23.优选地，其中所述基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，包括：，，，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。24.在步骤103，根据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点，获取判断结果。25.优选地，其中所述平衡点判据，包括:，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；当满足所述平衡点判据时，确定存在两个平衡点；反之，则确定存在一个或不存在平衡点。26.本发明的实施方式针对采用锁相环保持同步的电力电子设备，确定第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度的推理过程为：首先基于单机等值方法建立电压源型变流器(voltagesourceconverter,vsc)并网系统模型结构，然后根据并网系统模型进行vsc并网系统的空间矢量关系的分析，确定空间矢量关系；然后基于所述空间矢量关系确定第一电压矢量长度、第一参考电压矢量长度以及存在两个平衡点的判据。27.图2为采用单机等值方法建立的电压源型变流器(voltagesourceconverter,vsc)并网系统模型结构。其中，uc为vsc交流侧电压，upcc为vsc并网点电压，ug为交流系统电压，zc=rc jωlc为vsc变流器出口至并网点阻抗，zg=rg jωlg为vsc并网点至交流系统阻抗，i为vsc输出电流，pll控制器采样电压为并网点电压。下标dq表示在pll控制器dq坐标轴上的电气量，下标abc表示在三相静止坐标系上的电气量，下标0表示故障前稳态时的电气量，上标*表示参考值。28.图3为pll控制器控制框图，其中规定upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°，ωpll控制器为pll控制器d轴角速度，ωg为电网电压ug的角速度，θpll控制器为pll控制器d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，δω=ωpll控制器‑ωg，ki、kp分别为pi环节的积分系数和比例系数。pll控制器控制的二阶方程为：（1）如图4所示为各角度的示意图。其中，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，δ=θpll控制器‑θg，则pll控制器的二阶控制方程可以转化为：ꢀꢀ（2）忽略交流线路的动态，代入δ角，得到pll控制器dq坐标系下并网点至电网主电路电压方程简化表达式为：ꢀꢀꢀꢀ（3）由控制方程和电压方程得到以δ为变量的二阶运动方程：ꢀꢀꢀꢀꢀ（4）其中等效惯性为：ꢀꢀ（5）等效阻尼为：（6）等效加速转矩为：ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ（7）等效减速转矩为：（8）将式（3）主电路电压方程表示成如下形式：（9）其中，（10）又有：(11)因此，可以得到矢量关系可以表示为：(12)vsc输出功率为：(13)由功率方程可知，在本发明使用的dq坐标轴关系下，故障前，upccq=0，为使新能源发有功，i*d为正，一般情况下新能源不发无功，即i*q=0，此时，θi0=0，θzg0 θi0为正。稳态下upcc0定向在dpll控制器轴正半轴上，由矢量关系可以得出dpll控制器轴与ug0的夹角δ0为正。则故障前稳态下的矢量关系如图5所示。29.故障期间，在锁相环锁相成功的前提下，upccq=0，为满足新能源在低电压穿越期间发无功的要求，i*q为负，一般情况下，电压跌落程度较深时，新能源不发有功或发少量的有功，即i*d为正，且i*d<<|i*q|，因此在故障期间θi为负，且接近于‑90°。30.在故障为电压直接跌落，且故障不清除的场景下做如下假设：1）故障发生后较短的时间内，ωpll控制器≈ωg，可以将|zg|、θzg视为常数。31.2）故障期间i*d、i*q由低电压穿越策略确定，且为常数，则i、θi为常数。32.由前述基本假设可以得到故障期间用于同步稳定分析的空间矢量关系，如图6所示。其中，izg相对于dpll控制器轴幅值不变、夹角不变；电压ug跌落后幅值不变、与dpll控制器轴夹角δ按其二阶运动方程运动；由izg、ug合成的矢量upcc的终点在一个圆上，幅值随δ的变化而变化。33.在图6中，系统存在平衡点体现在故障期间upcc能够与dpll控制器轴重合，即upcc终点所在圆与dpll控制器轴相交。系统存在平衡点时，故障期间才可能过渡到一个新的稳态上。34.首先，由图5计算故障前δ角的数值δ0为：ꢀ(14)其中，为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压。35.故障期间izg与dpll控制器轴的夹角为θzg θi，由前述分析知，θzg θi为负。假设故障发生瞬间，δ角不发生突变，保持故障前的数值δ0。图6和图7中，绿色虚线圆为upcc终点所在圆，橙色虚线圆为以ug起点为圆心，该点至dpll控制器轴垂线长度为半径的圆。下标0 表示故障发生后瞬间的电气量。36.通过比较δ0与|θzg θi|的大小，可以得到当δ0>|θzg θi|时，系统只存在一个平衡点、存在两个平衡点、没有平衡点的矢量关系分别如图7(a)、7(b)和7(c)所示；当δ0<|θzg θi|时，系统只存在一个平衡点、存在两个平衡点、没有平衡点的矢量关系分别如图8(a)、8(b)和8(c)所示。37.在图7和图8中，一个矢量代表故障发生后瞬间的upcc，将其命名为upcc_0 。反映平衡点存在性的参考电压矢量(thereferencevoltagevectorreflectingtheexistenceofequilibriumpoint，ueep)的终点落在小圆和ug0 所在直线的交点上。从图7和图8中可以看出，当故障期间系统存在平衡点，即存在upcc与dpll控制器重合的可能性时，图中大圆半径总是大于等于小于圆半径。由于upcc_0 和ueep的终点落在两个圆上，因此也通过这两个矢量的长度判断平衡点的存在性：当upcc_0 =ueep时，系统只存在一个平衡点；当upcc_0 >ueep时，系统存在两个平衡点；当upcc_0 <ueep时，系统没有平衡点。38.由于upcc_0 随ug0 的大小变化而变化，而ueep与ug0 的大小无关，因此ueep可以作为反映平衡点存在性的临界值。39.在图7和图8中，矢量ueep的长度均可以表示为：(15)矢量upcc_0 的长度均可以表示为：(16)其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。40.从而，可以确定通过故障发生后瞬间的电压值upcc_0 ，判断故障发生后系统是否存在平衡点，得到系统存在两个平衡点的判据为：ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(17)其中，若第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度满足上式，则确定系统存在两个平衡点。系统没有平衡点或只存在一个平衡点时，不能恢复同步稳定。41.在本发明的实施方式中，在确定了系统参数、系统工况和运行故障后，根据基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，再据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点。42.在步骤104，当所述判断结果指示存在两个平衡点时，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点。43.优选地，其中所述根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点，包括：对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点；其中，δe为该任一平衡点对应的pll控制器d轴和并网点电压矢量之间的夹角；通过求解得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。44.当故障期间满足有两个平衡点的条件时，动态过程中，如果δ在暂态过程中一直在稳定平衡点附近运动且最终稳定在该点上，则系统在大扰动后可以恢复稳定；一旦δ越过不稳定平衡点，则系统在大扰动后失稳。因此，需要确定不稳定平衡点。45.在平衡点δe处线性化，线性状态方程中的状态变量为δδ和δω：ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(18)当且仅当所有特征值满足实部小于0时，平衡点是稳定的，从而得到可以得到稳定平衡点判据为：ꢀꢀꢀꢀꢀ(19)即：ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(20)由上式知，δe∈(2kπ‑π/2,2kπ π/2)，k∈z时，δe为稳定平衡点对应的角，该范围外为不稳定平衡点。46.因此，对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点。其中，通过求解公式（9）中的得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。47.在步骤105，确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度。48.优选地，其中所述确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，包括：，其中，uuep为所述第二参考电压矢量长度，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。49.在步骤106，基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳。50.根据式(20)计算可以得到图9中的δe_1为稳定平衡点，δe_2为不稳定平衡点。虚线圆为upcc终点所在圆，此时不稳定平衡点对应的第二参考电压(thereferencevoltagevectorcorrespondingtotheunstableequilibriumpoint,uuep)的矢量长度为：ꢀꢀꢀꢀ(21)当upcc的长度小于uuep时，δ越过不稳定平衡点失稳。51.因此，在本发明的实施方式中，首先计算不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，然后基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度upcc，比较upcc与uuep的大小，判断是否发生同步失稳。在动态监测过程中，upcc一旦满足第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度，即：upcc＜uuep,则可以确定系统失去同步稳定，否则确定系统能够恢复同步稳定。52.其中，第二电压矢量长度的计算方法和第一电压矢量长度的计算方法相同，在此不再赘述。53.如图10所示，本发明实施方式的基于仿真模型进行同步稳定性判断的过程包括：根据给定系统参数、初始运行工况和故障类型进行仿真，获取故障发生时的upcc_0 和ueep；若upcc_0 大于ueep，则确定没有平衡点，确定发生了大扰动失稳；若upcc_0 小于等于ueep，则进行平衡点的计算，确定是否存在两个平衡点，并当存在两个平衡点时，确定稳定平衡点和不稳定平衡点；计算不稳定平衡点对应的第二参考电压uuep；对故障发生后的upcc进行监测，若存在upcc＜uuep，则确定发生了打扰动失稳，反之，则确定系统能够恢复同步稳定。54.为验证本发明的可行性，利用pscad/emtdc搭建了单vsc无穷大系统进行仿真验证，工况1为故障期间没有平衡点，工况2为故障期间有平衡点且恢复稳定，工况3为故障期间有平衡点但失稳。工况1和工况2系统参数如表1所示。故障期间，工况1设置id=0，iq=‑1p.u.，即i=1p.u.，θi=‑90°；工况2设置id=0，iq=‑0.45p.u.，即i=0.45p.u.，θi=‑90°。设置工况3在故障期间ug=0.02p.u.，其他参数同工况2。55.表1工况1和工况2系统参数表工况1：计算得ueep=0.1306，upcc_0 =0.1184，有upcc_0 <ueep，结合存在平衡点判据，可以判断故障期间系统没有平衡点，将失去同步稳定。upcc和δ角的仿真结果如图11所示，δ角发散失稳，仿真结果与判据判别结果一致。56.工况2：计算得ueep=0.0588，upcc_0 =0.0698，有upcc_0 >ueep，结合存在平衡点判据，可以判断故障期间系统有平衡点。计算得uuep=0.0117。upcc和δ角的仿真结果如图12所示，动态过程中，upcc始终没有小于uuep，不满足失稳判据，δ角振荡收敛，仿真结果与判据判别结果一致。57.工况3：计算得ueep=0.0588，upcc_0 =0.0598，有upcc_0 >ueep，结合存在平衡点判据，可以判断故障期间系统有平衡点。计算得uuep=0.0287。upcc和δ角的仿真结果如图13所示，动态过程中，存在upcc<uuep，满足失稳判据，δ角发散失稳，仿真结果与判据判别结果一致。58.图14为根据本发明实施方式的电力电子设备的同步稳定性判别系统1400的结构示意图。如图14所示，本发明实施方式提供的电力电子设备的同步稳定性判别系统1400，包括：运行数据获取单元，1401、第一计算单元1402、平衡点判断单元1403、不稳定平衡点确定单元1404、第二计算单元1405和同步稳定判断单元1406。59.优选地，所述运行数据获取单元，1401，用于实时地获取电力电子设备运行过程中的运行数据。60.优选地，所述第一计算单元1402，用于基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度。61.优选地，其中所述第一计算单元1402，基于所述运行数据，确定故障发生时并网点的第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，包括：，，，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；为故障发生瞬间的电网电压；δ0为故障前稳态时δ角的值；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前稳态时vsc的输出电流；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗；为故障前稳态时vsc并网点至交流系统的阻抗角；为故障前稳态时pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi0=arctan(iq0/id0)，iq0和id0分别为故障前稳态时vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；为故障前电网电压；δ=θpll控制器‑θg，θpll控制器为pll控制器的d轴与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角，θg为ug与两相静止坐标系β轴负半轴的夹角；upcc定向在d轴正半轴上，且q轴超前d轴90°。62.优选地，所述平衡点判断单元1403，用于根据所述第一电压矢量长度和第一参考电压矢量长度，按照平衡点判据判断是否存在两个平衡点，获取判断结果。63.优选地，其中所述平衡点判据，包括:，其中，upcc_0 为第一电压矢量长度；ueep为第一电压参考矢量长度；当满足所述平衡点判据时，确定存在两个平衡点；反之，则确定存在一个或不存在平衡点。64.优选地，所述不稳定平衡点确定单元1404，用于当所述判断结果指示存在两个平衡点时，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点。65.优选地，其中所述不稳定平衡点确定单元1404，根据稳定平衡点判据确定不稳定平衡点，包括：对于任一平衡点，若该任一平衡点满足稳定平衡点判据，则确定该任一平衡点为稳定平衡点；反之，则确定该任一平衡点为不稳定平衡点；其中，δe为该任一平衡点对应的pll控制器d轴和并网点电压矢量之间的夹角；通过求解得到δe，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。66.优选地，所述第二计算单元1405，用于确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度。67.优选地，其中所述第二计算单元1405，确定所述不稳定平衡点对应的第二参考电压矢量长度，包括：，其中，uuep为所述第二参考电压矢量长度，i为vsc输出电流；zg为vsc并网点至交流系统阻抗；θzg为故障期间vsc并网点至交流系统的阻抗角；θi为故障期间pll控制器的dq坐标系下vsc的输出电流角，θi=arctan(iq/id)，iq和id分别为故障期间vsc输出电流i在pll控制器的dq坐标系下q轴分量和d轴分量；ug为交流系统电压。68.优选地，所述同步稳定判断单元1406，用于基于所述电力电子设备实时的运行数据，确定故障发生后并网点的第二电压矢量长度，并当存在第二电压矢量长度小于第二参考电压矢量长度时，确定系统发生同步失稳。69.本发明的实施例的电力电子设备的同步稳定性判别系统1400与本发明的另一个实施例的电力电子设备的同步稳定性判别方法100相对应，在此不再赘述。70.已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。71.通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在
技术领域：
：的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。[0072]本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd‑rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。[0073]本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0074]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0075]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0076]最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页12当前第1页12
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