一种变流器并网稳定性分析方法、装置、系统及存储介质与流程

1.本发明实施例涉及电网技术，尤其涉及一种变流器并网稳定性分析方法、装置、系统及存储介质。


背景技术：

2.随着能源紧缺的加剧和环境问题的突出，近年来以光伏、风电为代表的新能源在国内外得到了蓬勃发展。大规模新能源变流器并联后集群接入电网是我国目前普遍采用的一种新能源发电方式，该种方式的新能源电站具有功率大、效率高的特点。
3.然而新能源电站通常需要经过长距离输电线路才能接入主网，变流器输出电流以及注入电网的总电流可能存在不稳定的问题。目前对新能源电站稳定性的判定方法大都局限于所有逆变器完全相同这一严格条件，同时判断新能源电站稳定性的方法非常负载。
4.因此亟需提出一种简单且具有普遍适用性的规模化变流器集群接入电网稳定性分析方法。


技术实现要素：

5.本发明提供一种变流器并网稳定性分析方法、装置、系统及存储介质，以达到有效判断并有多台变流器的电网稳定性的目的。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种变流器并网稳定性分析方法，包括：
7.确定电流公式，根据所述电流公式确定分别与每台变流器对应的第一类变流器输出阻抗项，分别计算每个所述第一类变流器输出阻抗项对应的第一类特征根；
8.根据所述第一类特征根是否具有正实部确定输入至电网的电流是否稳定；
9.其中，变流器为并入电网的变流器，所述电流公式用于表征每台变流器输入至电网的电流，所述第一类变流器输出阻抗项包括与全部变流器对应的并联等效阻抗。
10.进一步的，确定所述电流公式包括：
11.确定表征每台变流器等效输出阻抗的输出阻抗传递函数、表征基准电流与每台变流器输入至电网的电流之间关系的电流传递函数、表征变流器接入点与电网之间等效阻抗的等效阻抗传递函数；
12.基于所述输出阻抗传递函数、所述电流传递函数、等效阻抗传递函数、变流器输入至电网的电流以及电网电压确定所述电流公式。
13.进一步的，还包括：
14.确定环流公式，根据所述环流公式确定分别与每两台变流器对应的第二类变流器输出阻抗项，分别计算每个所述第二类变流器输出阻抗项对应的第二类特征根；
15.根据所述第二类特征根是否具有正实部确定每台变流器的输出电流是否稳定；
16.其中，所述环流公式用于表征每两台变流器之间的环流，所述第二类变流器输出阻抗项包括与全部变流器对应的并联等效阻抗。
17.进一步的，确定所述环流公式包括：
18.确定表征每台变流器等效输出阻抗的输出阻抗传递函数、表征基准电流与每台变流器输入至电网的电流之间关系的电流传递函数；
19.基于所述输出阻抗传递函数、所述电流传递函数以及变流器输入至电网的电流确定所述环流公式。
20.进一步的，获取预设的表征变流器接入点与电网之间线路结构的等效电路；
21.基于所述等效电路确定所述等效阻抗传递函数。
22.进一步的，获取每台变流器的电流控制传递函数；
23.基于不同的所述电流控制传递函数确定对应变流器的所述输出阻抗传递函数、所述电流传递函数。
24.进一步的，基于劳斯判据确定所述第一类特征根、第二类特征根是否具有正实部。
25.第二方面，本发明实施例还提供了一种变流器并网稳定性分析装置，包括稳定性判断单元，所述稳定性判断单元用于：
26.确定电流公式，根据所述电流公式确定分别与每台变流器对应的第一类变流器输出阻抗项，分别计算每个所述第一类变流器输出阻抗项对应的第一类特征根；
27.根据所述第一类特征根是否具有正实部确定输入至电网的电流是否稳定；
28.其中，变流器为并入电网的变流器，所述电流公式用于表征每台变流器输入至电网的电流，所述第一类变流器输出阻抗项包括与全部变流器对应的并联等效阻抗。
29.第三方面，本发明实施例还提供了一种变流器并网稳定性分析系统，配置有控制器，所述控制器配置有可执行程序，所述可执行程序运行时用于实现本发明实施例记载的变流器并网稳定性分析方法。
30.第四方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，存储有可执行程序，所述可执行程序运行时用于实现本发明实施例记载的变流器并网稳定性分析方法。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的变流器并网稳定分析方法中，将每台变流器输入至电网的电流的复变函数表示为第一类变流器输出阻抗项与一复变函数的乘积的形式，通过求解第一类变流器输出阻抗项的特征根确定输入至电网的电流是否稳定，通过验证，基于第一类变流器输出阻抗项的特征根可以准确有效的确定输入至电网的电流是否稳定，同时由于第一类变流器输出阻抗项仅包含变流器等效阻抗以及电网等效阻抗，因此与第一类变流器输出阻抗项对应的特征方程的形式简单，求解特征根时的计算效率高。
附图说明
32.图1是实施例中的变流器并网稳定分析方法流程图；
33.图2是实施例中的另一种变流器并网稳定分析方法流程图；
34.图3是实施例中的变流器并网结构示意图；
35.图4是实施例中的并网等效诺顿模型示意图；
36.图5是实施例中的变流器电流控制方框图；
37.图6是实施例中的电网等效阻抗电路结构示意图；
38.图7是实施例中的另一种变流器并网稳定分析方法流程图。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
40.实施例一
41.图1是实施例中的变流器并网稳定分析方法流程图，本实施例适用于多台变流器同时并入电网时，分析电网稳定性的场景，参考图1，变流器并网稳定性分析方法包括：
42.s101.确定电流公式，根据电流公式确定分别与每台变流器对应的第一类变流器输出阻抗项。
43.示例性的，本实施例中，电流公式用于表征每台变流器输入至电网的电流，电流公式的形式为：
44.ig
i
(s)＝c
r1
g
i
(s)
45.式中，ig
i
(s)为第i台变流器输入至电网的电流的复变函数，c
r1
为第一类变流器输出阻抗项，g
i
(s)为一复变函数。
46.示例性的，g
i
(s)与电网的线路结构以及变流器的传递函数的形式相关，若线路结构、变流器传递函数不同，则g
i
(s)的具体形式不同，本步骤中不对g
i
(s)的具体形式进行详细阐述。
47.本实施例中，第一类变流器输出阻抗项包括与全部变流器对应的并联等效阻抗，c
r1
的形式为：
[0048][0049]
上式中，z
t
为与全部变流器对应的并联等效阻抗，z
i
为第i台变流器的等效阻抗，z
g
为变流器接入点与电网之间的等效阻抗，e
i
为第i台变流器的等效阻抗的传递函数的分母部分。
[0050]
示例性的，z
t
、z
i
、z
g
、e
i
与电网的线路结构以及变流器的传递函数的形式相关，本步骤中不对上述参量的具体形式进行详细阐述。
[0051]
s102.计算每个第一类变流器输出阻抗项对应的第一类特征根。
[0052]
示例性的，本实施例中，一个第一类变流器输出阻抗项对应一台变流器，本步骤中，根据每个第一类变流器输出阻抗项确定与之对应的特征方程，通过求解特征方程得到对应的第一类特征根。
[0053]
示例性的，本步骤中，不对求解特征方程的方法进行限定，例如，可以使用根轨迹法、劳斯判据等确定特征根。
[0054]
s103.根据第一类特征根是否具有正实部确定输入至电网的电流是否稳定。
[0055]
示例性的，变流器输入至电网的总电流为每台变流器输入至电网的电流的和，若每台变流器输入至电网的电流稳定，则输入至电网的总电流稳定。
[0056]
本实施例中，若与一台变流器对应的第一类特征根均不具有正实部，则判断该台变流器输入至电网的电流稳定；
[0057]
相应的，若与第一类变流器输出阻抗项的第一类特征根均不具有正实部，则确定输入至电网的电流稳定。
[0058]
本实施例提出的变流器并网稳定分析方法中，将每台变流器输入至电网的电流的复变函数表示为第一类变流器输出阻抗项与一复变函数的乘积的形式，通过求解第一类变流器输出阻抗项的特征根确定输入至电网的电流是否稳定，通过验证，基于第一类变流器输出阻抗项的特征根可以准确有效的确定输入至电网的电流是否稳定，同时由于第一类变流器输出阻抗项仅包含变流器等效阻抗以及电网等效阻抗，因此与第一类变流器输出阻抗项对应的特征方程的形式简单，求解特征根时的计算效率高。
[0059]
图2是实施例中的另一种变流器并网稳定分析方法流程图，参考图2，变流器并网稳定分析方法还可以为：
[0060]
s201.确定电流公式，根据电流公式确定分别与每台变流器对应的第一类变流器输出阻抗项。
[0061]
本方案中，按照如下方式确定电流公式：
[0062]
确定表征每台变流器等效输出阻抗的输出阻抗传递函数、表征基准电流与每台变流器输入至电网的电流之间关系的电流传递函数、表征变流器接入点与电网之间等效阻抗的等效阻抗传递函数；
[0063]
基于输出阻抗传递函数、电流传递函数、等效阻抗传递函数、变流器输入至电网的电流以及电网电压确定电流公式。
[0064]
图3是实施例中的变流器并网结构示意图，图4是实施例中的并网等效诺顿模型示意图，图5是实施例中的变流器电流控制方框图，图6是实施例中的电网等效阻抗电路结构示意图，结合图3～图6，本方案中，具体按照如下步骤确定电流公式：
[0065]
参考图3和图4，结合诺顿模型定理确定第i台变流器输入电网的电流的复变函数，其具体为：
[0066][0067][0068][0069]
上式中，z
i
为第i台变流器的等效阻抗，z
g
为变流器接入点与电网之间的等效阻抗，g
i
为表征第i台变流器输入的参考电流与其输出电流比值关系的复变函数，ir
i
(s)为表征第i台变流器输入的参考电流的复变函数，u
g
(s)为表征电网电压的复变函数，m为并入电网的变流器的数量。
[0070]
参考图3和图5，本方案中，z
i
的具体形式为：
[0071][0072]
[0073]
参考图3和图5，本方案中，g
i
的具体形式为：
[0074][0075][0076]
在复数域下，上式中，s为复频域参数(jω，ω为电网频率)，u
g
(s)为电网电压，is
i
(s)为变流器输出电流，ir
i
(s)为变流器输入的参考电流，lr为lcl滤波器变流器侧电感，ls为lcl滤波器电网侧电感，cf为lcl滤波器中的滤波电容，u
dc
为直流侧电压，k
c
为有源阻尼系数，gc
i
(s)为变流器的传递函数。
[0077]
参考图3和图6，若将变流器接点与电网之间线路结构的等效为图6所示的电路结构，则z
g
的具体形式为：
[0078][0079]
上式中，l1、l2、l3、l4为等效电感，r1、r2为等效电阻，c2为等效电容，s为复频域参数。
[0080]
本方案中，将h
i
、m、z
i
、g
i
的具体函数式带入复变函数ig
i
(s)，经过变形后，ig
i
(s)可以表示为：
[0081]
ig
i
(s)＝c
r1
(w
i
ir
i
(s)
‑
e
i
u
g
(s))
[0082][0083]
w
i
＝u
dc
gc
i
(s)
[0084]
e
i
＝2s2lr
i
cf
i
2scf
i
k
pwm
k
c
2
[0085]
o
i
＝2s3lr
i
ls
i
cf
i
s2cf
i
ls
i
u
dc
k
c
2s(lr
i
ls
i
) u
dc
gc
i
(s)
[0086]
本方案中，经过变形的ig
i
(s)即为电流公式，将c
r1
作为与各变流器对应的第一类变流器输出阻抗项。
[0087]
s202.计算每个第一类变流器输出阻抗项对应的第一类特征根。
[0088]
本方案中，计算第一类特征根时，将o
i
、z
g
、e
i
的具体形式带入c
r1
中，再通过选定的方案求取第一类特征根。
[0089]
s203.根据第一类特征根是否具有正实部确定输入至电网的电流是否稳定。
[0090]
本方案中，若与第一类变流器输出阻抗项的第一类特征根均不具有正实部，则确定输入至电网的电流稳定。
[0091]
s204.确定环流公式，根据环流公式确定分别与每两台变流器对应的第二类变流器输出阻抗项。
[0092]
本方案中，按照如下方式确定环流公式：
[0093]
确定表征每台变流器等效输出阻抗的输出阻抗传递函数、表征基准电流与每台变流器输入至电网的电流之间关系的电流传递函数；
[0094]
基于输出阻抗传递函数、电流传递函数以及变流器输入至电网的电流确定所述环
流公式。
[0095]
示例性的，本步骤中，输出阻抗传递函数、电流传递函数可以直接使用步骤s201中确定的输出阻抗传递函数、电流传递函数。
[0096]
参考图3和图4，结合诺顿模型定理确定第i、j台变流器之间的环流的复变函数，其具体为：
[0097]
i
ij
(s)＝h
j
g
i
ir
i
(s)
‑
h
i
g
j
ir
j
(s)
[0098]
本步骤中，h
i
、g
i
的具体形式与步骤s201中的内容相同，将h
j
、g
i
的具体形式带入复变函数i
ij
(s)，经过变形后，i
ij
(s)可以表示为：
[0099]
i
ij
(s)＝c
r2
(e
j
w
i
z
g
ir
i
(s)
‑
e
i
w
j
z
g
ir
j
(s))
[0100][0101]
上式中，w
i
、e
i
、o
i
、z
g
的具体形式与步骤s201中的内容相同。
[0102]
本方案中，经过变形的i
ij
(s)即为电流公式，将c
r2
作为与变流器对应的第二类变流器输出阻抗项。
[0103]
s205.计算每个第二类变流器输出阻抗项对应的第二类特征根。
[0104]
本方案中，计算第二类特征根时，将o
i
、z
g
、e
i
的具体形式带入c
r2
中，再通过选定的方案求取第二类特征根。
[0105]
s206.根据第二类特征根是否具有正实部确定每台变流器的输出电流是否稳定。
[0106]
本方案中，以第i台变流器为例，若与第i台变流器相关的全部第二类特征根均不具有正实部，则确定第i台变流器的输出电流稳定。
[0107]
在图1所示方案有益效果的基础上，本方案中，在确定出电流方程、第一类变流器输出阻抗项，计算出第一类特征根并确定出输入至电网的电流是否稳定后，进一步的确定出环流方程、第二类变流器输出阻抗项，计算出第二类特征根并确定每台变流器输出的电流是否稳定，进而准确的获知每台变流器的工作状态。
[0108]
此外，本方案中，通过公式变形可以使第二类变流器输出阻抗项与第一类变流器输出阻抗项的形式基本相同，基于此，在配置变流器并网稳定分析方法时，当确定出第一类变流器输出阻抗项后，可以直接通过第一类变流器输出阻抗项确定第二类变流器输出阻抗项，进而达到统一第二类变流器输出阻抗项与第一类变流器输出阻抗项，简化电网稳定性判据推导过程的目的；
[0109]
同时，本方案中，通过第二类特征根确定每台变流器输出的电流是否稳定时，对各变流器的型号是否相同没有限制性的要求，不同变流器的型号可以相同或不同，基于此，本方案中的变流器并网稳定分析方法能够应用于并网变流器型号相异的场景。
[0110]
作为一种可实施方案，若仅判断并网变流器的输出电流是否稳定，不判断输入至电网的电流是否稳定，即仅通过环流公式确定第二类变流器输出阻抗项，则参考图7，变流器并网稳定性分析方法可以为：
[0111]
s301.确定环流公式，根据环流公式确定分别与每两台变流器对应的第二类变流器输出阻抗项。
[0112]
示例性的，本方案中，环流公式用于表征每两台变流器之间的环流，环流公式的形式为：
[0113]
i
ij
(s)＝c
r2
g
ij
(s)
[0114]
式中，i
ij
(s)为第i、j两台台变流器之间环流的复变函数，c
r2
为第二类变流器输出阻抗项，g
ij
(s)为一复变函数。
[0115]
示例性的，g
ij
(s)与电网的线路结构以及变流器的传递函数的形式相关，若线路结构、变流器传递函数不同，则g
ij
(s)的具体形式不同，本步骤中不对g
ij
(s)的具体形式进行详细阐述。
[0116]
本实施例中，第二类变流器输出阻抗项包括与全部变流器对应的并联等效阻抗，c
r2
的形式为：
[0117][0118]
上式中，z
t
为与全部变流器对应的并联等效阻抗，z
j
为第j台变流器的等效阻抗，z
g
为变流器接入点与电网之间的等效阻抗，e
j
为第j台变流器的等效阻抗的传递函数的分母部分，o
i
为第i台变流器的等效阻抗的传递函数的分子部分。
[0119]
示例性的，z
t
、z
j
、z
g
、e
j
、o
i
与电网的线路结构以及变流器的传递函数的形式相关，本步骤中不对上述参量的具体形式进行详细阐述。
[0120]
s302.计算每个第二类变流器输出阻抗项对应的第二类特征根。
[0121]
示例性的，本步骤中，不对求解特征方程的方法进行限定，例如，可以使用根轨迹法、劳斯判据等确定特征根。
[0122]
s303.根据第二类特征根是否具有正实部确定每台变流器的输出电流是否稳定。
[0123]
本方案中，以第i台变流器为例，若与第i台变流器相关的全部第二类特征根均不具有正实部，则确定第i台变流器的输出电流稳定。
[0124]
实施例二
[0125]
本实施例提出一种变流器并网稳定性分析装置，包括稳定性判断单元，稳定性判断单元可以基于软件的方式实现，稳定性判断单元用于：
[0126]
确定电流公式，根据电流公式确定分别与每台变流器对应的第一类变流器输出阻抗项；分别计算每个第一类变流器输出阻抗项对应的第一类特征根；根据第一类特征根是否具有正实部确定输入至电网的电流是否稳定。
[0127]
稳定性判断单元还可以用于：
[0128]
确定环流公式，根据环流公式确定分别与每两台变流器对应的第二类变流器输出阻抗项，分别计算每个第二类变流器输出阻抗项对应的第二类特征根；根据第二类特征根是否具有正实部确定每台变流器的输出电流是否稳定。
[0129]
本实施例中，稳定性判断单元可以采用实施例一中记载的任意一种方式确定电流公式，进而确定第一类变流器输出阻抗项并计算第一类特征根；采用实施例一中记载的任意一种方式确定环流公式，进而确定第二类变流器输出阻抗项并计算第二类特征根；
[0130]
本实施例中，变流器并网稳定性分析装置的有益效果与实施例一中记载的对应内容相同。
[0131]
实施例三
[0132]
本实施例提出一种变流器并网稳定性分析系统，配置有控制器，控制器配置有可执行程序，可执行程序运行时用于实现实施例一记载的任意一种变流器并网稳定性分析方
法。
[0133]
实施例四
[0134]
本实施例提出一种存储介质，其存储有可执行程序，可执行程序运行时用于实现实施例一记载的任意一种变流器并网稳定性分析方法。
[0135]
示例性的，存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。
[0136]
计算机可读存储介质不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd
‑
rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0137]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0138]
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0139]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或终端上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0140]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。