一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统与流程

1.本发明涉及电力分析技术领域，并且更具体地，涉及一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统。


背景技术：

2.含新能源场站接入的电力系统，在两类场景下可能出现次/超同步振荡现象，一类是新能源接入弱交流系统，一类是双馈风机接入含串联补偿电容系统。次/超同步振荡现象表现为次同步（约1-50hz）频段内的发散或等幅的功率振荡，以及电网电流中含有一对次同步、超同步（约51-100hz）频率分量。上述振荡的发生机理，均与新能源机组变流器的控制特性有关。现有技术中，对新能源电力系统进行振荡模式的分析主要是依据人工划分或以单节点作为等值范围对电力网络进行戴维南等值建模，基于功率损耗一致原则进行新能源场站的馈线等值并形成场站等值模型，建立全系统的简化频域阻抗分析模型，按照预先设定的运行条件、采用频域阻抗法进行次/超同步振荡风险的离线分析。但上述技术方案存在如下不足：1、依据人工划分作为等值范围对电力网络进行戴维南等值建模，适用于多个新能源场站的总体分析，但需保留的全部的新能源并网节点的位置可能较为分散。对于这种传统的等值方式，保留的等值电网，其节点间一般仍是连续的、即保持原电网的连接关系，仅在等值的边界处进行分割，故最终保留的电力网络规模取决于详细电路拓扑；对于复杂网络而言，其等值系统规模仍然较大，难以达到足够的系统降阶的目标要求。
3.2、以单节点作为等值范围对电力网络进行戴维南等值建模，仅适用于多个新能源场站的独立、近似分析，一方面在分析时无法计及新能源场站等动态设备的模型，另一方面也忽略了其他新能源场站对所研究的单个新能源场站稳定性的交互影响。该电力网络模型难以实现振荡风险的精确分析。此外，上述两种电力网络等值方法在等值过程中均依据工频进行等值元件参数计算，也会引入一定的误差。
4.3、基于功率损耗一致原则进行新能源场站的馈线等值并形成场站等值模型主要适用于对新能源场站稳态输出特性的准确模拟。新能源并网系统的稳定性，应采用新能源机组、电力网络以及馈线阻抗的线性化微分方程进行描述，并不等效于稳态功率模型，因此该馈线等值模型从原理上来说，并不能反映馈线对系统稳定性的影响。
5.4、全系统的简化频域阻抗分析模型采用奈奎斯特简化阻抗判据，但该判据有效的前提是，需要准确进行子系统分割，使得两个子系统内部稳定，而潜在的振荡风险存在于这两个子系统之间。但在一些情况下，分割、判断过程复杂；另一些情况下，不同接入点的多个新能源场站均以类似程度参与振荡，则甚至难以找到合适的分割点。因此，对于复杂多新能源场站并网系统，频域阻抗方法将存在局限。
6.5、按照预先设定的运行条件、采用频域阻抗法进行次/超同步振荡风险的离线分析时，受风/光等条件的影响，新能源机组的开机、出力等往往存在频繁波动的现象。新能源场站的小扰动稳定特性，既与实际运行机组数量有密切关系，也受机组稳态工作点的影响，
稳态工作点包括输出功率、电压等运行条件。若只通过人工估算各新能源场站的实际运行条件，且不考虑开机、出力的变化，将使得振荡分析结果与现场实际情况不符，一定程度上影响分析精度。
7.综上所述，现有技术中通过电力网络，新能源场站等值建模进行新能源电力系统次/超同步振荡风险分析的技术方案在存在精度、效率或适用性不足的特点，迫切需要一种新的技术方案解决上述不足。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中通过建模分析新能源电力系统次/超同步振荡风险的技术方案存在的精度、效率、适用性不足的问题，本发明提供一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统。
9.根据本发明的一方面，本发明提供一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法，所述方法包括：离线获取新能源电力系统的电力网络参数和新能源场站的内部拓扑结构参数，以及在线获取新能源场站的运行参数；基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组；根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组；基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵；计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式。
10.可选地，基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组，包括：在次/超同步频段，选取典型频率作为等效角频率w
eq
；对于包含m个新能源场站节点，节点总数为n的新能源电力系统，将其电力网络中全部电压源短路、电流源开路，且假设全部新能源场站节点空载时，生成初始阻抗网络，其中，在所述初始阻抗网络中，全部m个新能源场站节点作为保留节点，组成r集并排列在后，其余n-m个节点编入t集并排列在前；根据所述电力网络参数，计算等效角频率为w
eq
时所述电力网络中全部线性元件和非线性元件的导纳值，并基于所述导纳值确定初始阻抗网络的节点导纳矩阵yn×n，所述节点导纳矩阵yn×n的表达式为：其中，1≤t≤n-m，1≤r≤m；将节点导纳矩阵yn×n中r集的节点保留，用高斯消去法将其余节点消去，形成仅含新能源场站节点的电力网络等值系统，并得到电力网络等值系统的节点导纳矩阵y
eq
，所述节点导纳矩阵y
eq
的表达式为：
根据所述节点导纳矩阵y
eq
中的元素值计算电力网络等值系统的支路阻抗z
eqij
，其中，所述支路阻抗z
eqij
的计算公式为：其中，电力网络等值系统的支路包括新能源场站节点间支路和新能源场站节点对地支路，当i=j时，z
eqij
为新能源场站节点i对地支路阻抗，当i≠j时，z
eqij
为新能源场站节点i和新能源场站节点j间的支路阻抗；当所述支路阻抗z
eqij
的阻抗幅值不大于设置的支路阻抗门槛值z
lim
时，保留支路ij；对于保留的支路ij，基于等效角频率为w
eq
，通过公式z
eqij
=r
eqij
jw
eq
l
eqij
或z
eqij
=r
eqij
j/(w
eqceqij
)确定支路ij的电阻值r
eqij
，以及电感值l
eqij
或电容值c
eqij
；根据保留的支路ij，保留的支路ij的电阻值r
eqij
，以及电感值l
eqij
或电容值c
eqij
生成所述电力网络等值系统的电力网络参数组cg。
11.可选地，基于新能源场站等值模型，根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数确定新能源场站等值参数组，包括：当新能源场站存在ng台在运机组时，根据每台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率计算新能源场站等值机的容量、稳态有功率和稳态无功功率，其计算公式为：
ꢀꢀ
式中，sn、pn和qn和分别为第n台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率，s
eq
、p
eq
和q
eq
分别为新能源场站等值机的容量、稳态有功功率和稳态无功功率，等值机保留新能源场站中单台机组的控制逻辑和标幺制参数；当新能源场站存在n
l
条馈线时，根据设置的等效角频率w
eq
、任两台机组间馈线段的阻抗平均值为z0(jw
eq
)，阻抗折算系数k0，以及在运机组台数ng计算新能源场站等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)，其计算公式为：
ꢀꢀ
式中，1≤k≤n
l
，0≤t≤n
gk-1，n
gk
为第k条馈线上的在运机组总数，z
lk
[0]等于无穷大；
根据新能源场站等值机的容量s
eq
、稳态有功功率p
eq
和稳态无功功率q
eq
，新能源场站等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)，以及新能源场站机组内部电路和控制参数生成新能源场站等值参数组cs。
[0012]
可选地，基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵，包括：当新能源电力系统包含m个新能源场站时，根据所述电力网络参数组cg，m个新能源场站等值参数组c
sy
，生成新能源电力系统的状态空间方程，其中， 1≤y≤m，所述状态空间方程的表达式为：式中，δx是状态变量，δu是全部新能源场站内部输入变量， 是状态变量的微分，状态矩阵a和输入矩阵b分别为全部电力网络参数和新能源场站等值参数的函数，其表达式为： 。
[0013]
可选地，计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式，包括：计算状态矩阵a的特征值和相关因子，其中，特征值实部表征振荡模式的阻尼，特征值虚部表征振荡模式的频率，相关因子表征振荡模式与状态变量间的相关性；当存在一对特征值对应的频率位于次同步频段内，且对应的阻尼值为正时，则新能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式，当新能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式时，根据相关因子的绝对值确定造成不稳定的次/超同步振荡模式的环节，其中，相关因子的绝对值越大，表明相关因子对应的环节与不稳定的次/超同步振荡模式的相关性越强。
[0014]
根据本发明的另一方面，本发明提供一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的系统，所述系统包括：数据获取模块，用于离线获取新能源电力系统的电力网络参数和新能源场站的内部拓扑结构参数，以及在线获取新能源场站的运行参数；第一参数模块，用于基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组；第二参数模块，用于根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组；状态方程模块，用于基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵；振荡模式模块，用于计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式。
[0015]
可选地，第一参数模块基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组，包括：
在次/超同步频段，选取典型频率作为等效角频率w
eq
；对于包含m个新能源场站节点，节点总数为n的新能源电力系统，将其电力网络中全部电压源短路、电流源开路，且假设全部新能源场站节点空载时，生成初始阻抗网络，其中，在所述初始阻抗网络中，全部m个新能源场站节点作为保留节点，组成r集并排列在后，其余n-m个节点编入t集并排列在前；根据所述电力网络参数，计算等效角频率为w
eq
时所述电力网络中全部线性元件和非线性元件的导纳值，并基于所述导纳值确定初始阻抗网络的节点导纳矩阵yn×n，所述节点导纳矩阵yn×n的表达式为：其中，1≤t≤n-m，1≤r≤m；将节点导纳矩阵yn×n中r集的节点保留，用高斯消去法将其余节点消去，形成仅含新能源场站节点的电力网络等值系统，并得到电力网络等值系统的节点导纳矩阵y
eq
，所述节点导纳矩阵y
eq
的表达式为：根据所述节点导纳矩阵y
eq
中的元素值计算电力网络等值系统的支路阻抗z
eqij
，其中，所述支路阻抗z
eqij
的计算公式为：其中，电力网络等值系统的支路包括新能源场站节点间支路和新能源场站节点对地支路，当i=j时，z
eqij
为新能源场站节点i对地支路阻抗，当i≠j时，z
eqij
为新能源场站节点i和新能源场站节点j间的支路阻抗；当所述支路阻抗z
eqij
的阻抗幅值不大于设置的支路阻抗门槛值z
lim
时，保留支路ij；对于保留的支路ij，基于等效角频率为w
eq
，通过公式z
eqij
=r
eqij
jw
eq
l
eqij
或z
eqij
=r
eqij
j/(w
eqceqij
)确定支路ij的电阻值r
eqij
，以及电感值l
eqij
或电容值c
eqij
；根据保留的支路ij，保留的支路ij的电阻值r
eqij
，以及电感值l
eqij
或电容值c
eqij
生成所述电力网络等值系统的电力网络参数组cg。
[0016]
可选地，第二参数模块根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组，包括：令新能源场站等值模型包括一个等值机和一个串联的等值馈线阻抗，则当新能源场站存在ng台在运机组时，根据每台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率计算新能源场站等值机的容量、稳态有功率和稳态无功功率，其计算公式为：
ꢀ
式中，sn、pn和qn和分别为第n台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率，s
eq
、p
eq
和q
eq
分别为新能源场站等值机的容量、稳态有功功率和稳态无功功率，等值机保留新能源场站中单台机组的控制逻辑和标幺制参数；当新能源场站存在n
l
条馈线时，根据设置的等效角频率w
eq
、任两台机组间馈线段的阻抗平均值为z0(jw
eq
)，阻抗折算系数k0，以及在运机组台数ng计算新能源场站等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)，其计算公式为：
ꢀꢀ
式中，1≤k≤n
l
，0≤t≤n
gk-1，n
gk
为第k条馈线上的在运机组总数，z
lk
[0]等于无穷大；根据新能源场站等值机的容量s
eq
、稳态有功功率p
eq
和稳态无功功率q
eq
，新能源场站等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)，以及新能源场站机组内部电路和控制参数生成新能源场站等值参数组cs。
[0017]
可选地，状态方程模块基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵，包括：当新能源电力系统包含m个新能源场站时，根据所述电力网络参数组cg，m个新能源场站等值参数组c
sy
，生成新能源电力系统的状态空间方程，其中， 1≤y≤m，所述状态空间方程的表达式为：式中，δx是状态变量，δu是全部新能源场站内部输入变量，是状态变量的微分，状态矩阵a和输入矩阵b分别为全部电力网络参数和新能源场站等值参数的函数，其表达式为：。
[0018]
可选地，振荡模式模块计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式，包括：计算状态矩阵a的特征值和相关因子，其中，特征值实部表征振荡模式的阻尼，特征值虚部表征振荡模式的频率，相关因子表征振荡模式与状态变量间的相关性；当存在一对特征值对应的频率位于次同步频段内，且对应的阻尼值为正时，则新能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式，当新能源电力系统存在不稳定的次/超同
步振荡模式时，根据相关因子的绝对值确定造成不稳定的次/超同步振荡模式的环节，其中，相关因子的绝对值越大，表明相关因子对应的环节与不稳定的次/超同步振荡模式的相关性越强。
[0019]
本发明技术方案提供的新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统通过将新能源电力系统的电力网络简化为仅保留新能源场站节点的等值模型后求取电力网络参数组，将每个新能源场站简化为一个等值机和一个串联的等值馈线阻抗的等值模型的基础上，利用新能源场站节点的内部拓扑结构参数和运行参数在线聚合确定新能源场站等值参数组，并采用特征值在线分析振荡风险。所述方法和系统有效解决了系统阶数过高带来的特征值求解难的问题，采用阻抗法对于复杂多机系统系统评估振荡风险的局限性问题，以及新能源运行状态多变带来的评估振荡风险不精确的问题，提高了振荡分析精度。
附图说明
[0020]
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为根据本发明优选实施方式的新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法的流程图；图2为根据本发明优选实施方式的新能源电力系统原始电力网络拓扑结构示意图；图3为根据本发明优选实施方式的电力网络等值系统的拓扑结构示意图；图4为根据本发明优选实施方式的单个新能源场站的内部拓扑结构示意图；图5为根据本发明优选实施方式的单个新能源场站等值模型；图6为根据本发明优选实施方式的电力网络等值系统的电路状态变量示意图；图7为根据本发明优选实施方式的新能源电力系统在线建模与振荡分析的系统的结构示意图。
具体实施方式
[0021]
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。
[0022]
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。
[0023]
图1为根据本发明优选实施方式的新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法从步骤101开始。
[0024]
在步骤101，离线获取新能源电力系统的电力网络参数和新能源场站的内部拓扑结构参数，以及在线获取新能源场站的运行参数。
[0025]
图2为根据本发明优选实施方式的新能源电力系统原始电力网络拓扑结构示意
图。如图2所示，本优选实施方式所述的新能源电力系统原始电力网络拓扑结构中，包含了5个新能源站点，也包含其他节点和线路。所述系统的电压等级可以是550kv的，也可以是220kv的，还可以是部分550kv，部分220kv，或者其他。通过电网信息采集平台，可以离线获取上述电力网络离线参数和新能源站点的内部拓扑结构参数，也可以在线获取新能源场站的运行参数。
[0026]
在步骤102，基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组。
[0027]
优选地，基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组，包括：在次/超同步频段，选取典型频率作为等效角频率w
eq
。在次/超同步频段，选取主要关注的典型频率作为等效角频率w
eq
。在分析弱交流系统下的振荡现象，可从超同步频段内选择，例如典型值75hz；在分析串联补偿电容的振荡现象，可从次同步频段内选择，例如典型值10hz。
[0028]
对于包含m个新能源场站节点，节点总数为n的新能源电力系统，将其电力网络中全部电压源短路、电流源开路，且假设全部新能源场站节点空载时，生成初始阻抗网络，其中，在所述初始阻抗网络中，全部m个新能源场站节点作为保留节点，组成r集并排列在后，其余n-m个节点编入t集并排列在前；根据所述电力网络参数，计算等效角频率为w
eq
时所述电力网络中全部线性元件和非线性元件的导纳值，并基于所述导纳值确定初始阻抗网络的节点导纳矩阵yn×n，所述节点导纳矩阵yn×n的表达式为：其中，1≤t≤n-m，1≤r≤m；将节点导纳矩阵yn×n中r集的节点保留，用高斯消去法将其余节点消去，形成仅含新能源场站节点的电力网络等值系统，并得到电力网络等值系统的节点导纳矩阵y
eq
，所述节点导纳矩阵y
eq
的表达式为：根据所述节点导纳矩阵y
eq
中的元素值计算电力网络等值系统的支路阻抗z
eqij
，其中，所述支路阻抗z
eqij
的计算公式为：其中，电力网络等值系统的支路包括新能源场站节点间支路和新能源场站节点对地支路，当i=j时，z
eqij
为新能源场站节点i对地支路阻抗，当i≠j时，z
eqij
为新能源场站节点i和新能源场站节点j间的支路阻抗；
当所述支路阻抗z
eqij
的阻抗幅值不大于设置的支路阻抗门槛值z
lim
时，保留支路ij；对于保留的支路ij，基于等效角频率为w
eq
，通过公式z
eqij
=r
eqij
jw
eq
l
eqij
或z
eqij
=r
eqij
j/(w
eqceqij
)确定支路ij的电阻值r
eqij
，以及电感值l
eqij
或电容值c
eqij
；根据保留的支路ij，保留的支路ij的电阻值r
eqij
，以及电感值l
eqij
或电容值c
eqij
生成所述电力网络等值系统的电力网络参数组cg。
[0029]
图3为根据本发明优选实施方式的电力网络等值系统的拓扑结构示意图。对于图2所示的新能源电力系统原始电力网络拓扑结构，通过离线等值，仅保留5个新能源场站节点，节点对地支路，以及任意两节点间支路，并进一步忽略阻抗过大支路，具体拓扑结构如图3所示，比较图2和图3可知，通过电力网络等值，大幅减少了需要建模的节点和支路。对于待研究的次/超同步频段而言，电力网络的频域特性总体呈现阻感特性，且在一定频率范围内与等效频率阻抗的差异不显著，因此该降阶等效过程具有理论意义的可行性。
[0030]
对于将原始电力网络方程进行降价，仅保留新能源场站节点的过程中，涉及到由原节点导纳矩阵yn×n计算等值节点导纳矩阵y
eq
，除了上述优选实施方式的计算公式外，还可采用其他计算公式实现同样的目的。例如：保留全部m个新能源场站节点、将其他节点消去，所形成的等值网络用含节点阻抗矩阵的节点电压方程表示，即z
eqm
×m×ieqm
×1=v
eqm
×1式中，矩阵z
eqm
×m的各元素可依据原始网络计算得到，即：设等值网络节点1对应原始网络的节点i，则z
eqm
×m的第1列元素分别可通过在节点i注入等效角频率电流时各节点的电压计算得到，以此类推可计算z
eqm
×m的全部元素。而矩阵z
eqm
×m的逆矩阵，即为等值网络的节点导纳矩阵y
eq
。
[0031]
在步骤103，根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组。
[0032]
优选地，根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组，包括：令新能源场站等值模型包括一个等值机和一个串联的等值馈线阻抗，则当新能源场站存在ng台在运机组时，根据每台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率计算新能源场站等值机的容量、稳态有功率和稳态无功功率，其计算公式为：其计算公式为： 式中，sn、pn和qn和分别为第n台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率，s
eq
、p
eq
和q
eq
分别为新能源场站等值机的容量、稳态有功功率和稳态无功功率，等值机保留新能源场站中单台机组的控制逻辑和标幺制参数。
[0033]
当新能源场站存在n
l
条馈线时，根据设置的等效角频率w
eq
、任两台机组间馈线段的阻抗平均值为z0(jw
eq
)，阻抗折算系数k0，以及在运机组台数ng计算新能源场站等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)，其计算公式为：
ꢀꢀ
式中，1≤k≤n
l
，0≤t≤n
gk-1，n
gk
为第k条馈线上的在运机组总数，z
lk
[0]等于无穷大。
[0034]
根据新能源场站等值机的容量s
eq
、稳态有功功率p
eq
和稳态无功功率q
eq
，新能源场站等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)，以及新能源场站机组内部电路和控制参数生成新能源场站等值参数组cs。
[0035]
在一个实施例中，新能源场站中包括n
l
条馈线。近似认为在等效角频率w
eq
附近，任两台机组间馈线段的阻抗平均值为z0(jw
eq
)，各台机组阻抗的平均值为zg(jw
eq
)，近似认为两者满足简单的比例关系，关系式如下：则基于新能源场站实际机组参数和馈线参数，通过上式则可以确定。此外，也可依据工程经验，取其他新能源场站的典型 值。
[0036]
令z
lk
为第k条馈线从首端看进去的输入阻抗。设z
lk
的初始值z
lk
[0]为无穷大，从馈线末端的机组开始，逐台机组通过迭代计算z
lk
，即：其中z
lk
[t 1]表示第t 1次迭代的z
lk
值，0≤t≤n
gk-1，n
gk
为第k条馈线上的机组总数，最终计算值z
lk
[n
gk
]为z0(jw
eq
)的函数。
[0037]
令zs(jw
eq
)为场站端口输入阻抗，该阻抗为全部n
l
条馈线首端输入阻抗并联得到，即：等值机端口串联的等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)的表达式为： 。
[0038]
图4为根据本发明优选实施方式的单个新能源场站的内部拓扑结构示意图。如图4所示，在本优选实施方式中，新能源场站为风电站，共有两条馈线，一条馈线上有n1个风电机组，另一条馈线上有n2个风电机组，将其折算到35kv侧进行场站等值建模。对于标幺化的计算体系中，将高电压等级的电力系统折算到低电压等级侧不影响振荡分析的准确性。
[0039]
图5为根据本发明优选实施方式的单个新能源场站等值模型。如图5所示，在本优选实施方式中，将1个新能源场站内全部机组聚合为一台等值机和一个串联的等值馈线阻抗，即2个节点，3条支路（包含附属对地支路）。但对于新能源场站的等值建模，除了采用单机等值外，还可通过对原始机群进行分群，聚合，得到多台等值机和多个串联的等值馈线阻抗的场站等值模型。比如对于图4所述场站，以2机等值为例，可将原始的机群按照功率水
平，或所属馈线分成2个子群，然后将每个子群聚合为1台等值机，每台等值机的容量，稳态有功功率和无功功率的计算公式则仍采用优选实施方式的计算公式。同理，由场站内部拓扑结构参数及运行参数计算每台等值机串联的馈线等值阻抗也可采用上述优选实施方式中的计算公式。
[0040]
在优选实施方式中，当新能源场站的开机数、单机功率出现变化时，即时进行等值参数的重新计算，从等值机容量、功率以及串联等值阻抗值等方面反映上述因素影响，使新能源场站的特性接近于实际设备；而对于电力网络，由于大多数情况下网架的变化较小、而简化过程相对复杂，因此采用离线建模的方式；最终系统模型由两部分联立而来，可提高次/超同步振荡的分析精度。
[0041]
在步骤104，基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵。
[0042]
优选地，基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵，包括：当新能源电力系统包含m个新能源场站时，根据所述电力网络参数组cg，m个新能源场站等值参数组c
sy
，生成新能源电力系统的状态空间方程，其中， 1≤y≤m，所述状态空间方程的表达式为：式中，δx是状态变量，δu是全部新能源场站内部输入变量，是状态变量的微分，状态矩阵a和输入矩阵b分别为全部电力网络参数和新能源场站等值参数的函数，其表达式为：。
[0043]
图6为根据本发明优选实施方式的电力网络等值系统的电路状态变量示意图。如图6所示，对于图3所示的电力网络等值系统，其状态变量x包括：
①
每个新能源场站内部状态变量，每个新能源场站即等值机的内部状态变量含2个内环比例积分环节变量、2个锁相环控制变量、2个外环比例积分环节变量（如有）等，在图中以状态方程的形式表示；
②
每个新能源场站节点中的动态设备的输出电流i1至i5；
③
每个新能源场站节点的对地电容电压u
c1
至u
c5
，该电容为额外追加的元件；
④
每个新能源并网节点的对地电感电流i
l1
至i
l5
，该对地电感即为节点自阻抗的电感；
⑤
每个新能源场站节点间支路电感电流，例如i
13
，i
14
，i
34
等，该支路电感即为节点间互阻抗。
[0044]
在步骤105，计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式。
[0045]
优选地，计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式，包括：计算状态矩阵a的特征值和相关因子，其中，特征值实部表征振荡模式的阻尼，特征值虚部表征振荡模式的频率，相关因子表征振荡模式与状态变量间的相关性；当存在一对特征值对应的频率位于次同步频段内，且对应的阻尼值为正时，则新
能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式，当新能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式时，根据相关因子的绝对值确定造成不稳定的次/超同步振荡模式的环节，其中，相关因子的绝对值越大，表明相关因子对应的环节与不稳定的次/超同步振荡模式的相关性越强。
[0046]
对于阻抗法等方法面对复杂多机系统的局限性问题，本优选实施方式采用适用性强的特征值分析作为风险评估手段，该方法可直接、准确的给出振荡的频率、阻尼等振荡模式信息，以及与振荡模式最为相关的环节。实际上，阻抗法往往只需要了解电网的部分端口特性，但特征值法则需要对待研究系统的每条支路进行详细的建模。因此，基于从数学上简化的系统节点导纳矩阵，建立了等效电路模型，该模型仅含新能源场站及其并网节点，所含阻抗支路及附加对地电容支路间状态变量独立，避免了消去中间变量的大量工作，便于自动生成各元件的状态空间模型，最终可形成全系统的状态空间方程并用于定量分析次/超同步振荡风险。
[0047]
图7为根据本发明优选实施方式的新能源电力系统在线建模与振荡分析的系统的结构示意图。如图7所示，本优选实施方式所述的新能源电力系统在线建模与振荡分析的系统包括：数据获取模块701，用于离线获取新能源电力系统的电力网络参数和新能源场站的内部拓扑结构参数，以及在线获取新能源场站的运行参数；第一参数模块702，用于基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组；第二参数模块703，用于根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组；状态方程模块704，用于基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵；振荡模式模块705，用于计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式。
[0048]
优选地，第一参数模块702基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组，包括：在次/超同步频段，选取典型频率作为等效角频率w
eq
；对于包含m个新能源场站节点，节点总数为n的新能源电力系统，将其电力网络中全部电压源短路、电流源开路，且假设全部新能源场站节点空载时，生成初始阻抗网络，其中，在所述初始阻抗网络中，全部m个新能源场站节点作为保留节点，组成r集并排列在后，其余n-m个节点编入t集并排列在前；根据所述电力网络参数，计算等效角频率为w
eq
时所述电力网络中全部线性元件和非线性元件的导纳值，并基于所述导纳值确定初始阻抗网络的节点导纳矩阵yn×n，所述节点导纳矩阵yn×n的表达式为：
其中，1≤t≤n-m，1≤r≤m；将节点导纳矩阵yn×n中r集的节点保留，用高斯消去法将其余节点消去，形成仅含新能源场站节点的电力网络等值系统，并得到电力网络等值系统的节点导纳矩阵y
eq
，所述节点导纳矩阵y
eq
的表达式为：根据所述节点导纳矩阵y
eq
中的元素值计算电力网络等值系统的支路阻抗z
eqij
，其中，所述支路阻抗z
eqij
的计算公式为：其中，电力网络等值系统的支路包括新能源场站节点间支路和新能源场站节点对地支路，当i=j时，z
eqij
为新能源场站节点i对地支路阻抗，当i≠j时，z
eqij
为新能源场站节点i和新能源场站节点j间的支路阻抗；当所述支路阻抗z
eqij
的阻抗幅值不大于设置的支路阻抗门槛值z
lim
时，保留支路ij；对于保留的支路ij，基于等效角频率为w
eq
，通过公式z
eqij
=r
eqij
jw
eq
l
eqij
或z
eqij
=r
eqij
j/(w
eqceqij
)确定支路ij的电阻值r
eqij
，以及电感值l
eqij
或电容值c
eqij
；根据保留的支路ij，保留的支路ij的电阻值r
eqij
，以及电感值l
eqij
或电容值c
eqij
生成所述电力网络等值系统的电力网络参数组cg。
[0049]
优选地，第二参数模块703根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组，包括：当新能源场站存在ng台在运机组时，根据每台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率计算新能源场站等值机的容量、稳态有功率和稳态无功功率，其计算公式为：其计算公式为： 式中，sn、pn和qn和分别为第n台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率，s
eq
、p
eq
和q
eq
分别为新能源场站等值机的容量、稳态有功功率和稳态无功功率，等值机保留新能源场站中单台机组的控制逻辑和标幺制参数；当新能源场站存在n
l
条馈线时，根据设置的等效角频率w
eq
、任两台机组间馈线段
的阻抗平均值为z0(jw
eq
)，阻抗折算系数k0，以及在运机组台数ng计算新能源场站等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)，其计算公式为：
ꢀꢀ
式中，1≤k≤n
l
，0≤t≤n
gk-1，n
gk
为第k条馈线上的在运机组总数，z
lk
[0]等于无穷大；根据新能源场站等值机的容量s
eq
、稳态有功功率p
eq
和稳态无功功率q
eq
，新能源场站等值馈线阻抗z
leq
(jw
eq
)，以及新能源场站机组内部电路和控制参数生成新能源场站等值参数组cs。
[0050]
优选地，状态方程模块704基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵，包括：当新能源电力系统包含m个新能源场站时，根据所述电力网络参数组cg，m个新能源场站等值参数组c
sy
，生成新能源电力系统的状态空间方程，其中，1≤y≤m，所述状态空间方程的表达式为：式中，δx是状态变量，δu是全部新能源场站内部输入变量， 是状态变量的微分，状态矩阵a和输入矩阵b分别为全部电力网络参数和新能源场站等值参数的函数，其表达式为： 。
[0051]
优选地，振荡模式模块705计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式，包括：计算状态矩阵a的特征值和相关因子，其中，特征值实部表征振荡模式的阻尼，特征值虚部表征振荡模式的频率，相关因子表征振荡模式与状态变量间的相关性；当存在一对特征值对应的频率位于次同步频段内，且对应的阻尼值为正时，则新能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式，当新能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式时，根据相关因子的绝对值确定造成不稳定的次/超同步振荡模式的环节，其中，相关因子的绝对值越大，表明相关因子对应的环节与不稳定的次/超同步振荡模式的相关性越强。
[0052]
本优选实施方式所述的新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统针对含多个新能源场站的复杂交流电网，对电力网络进行离线的简化等值，并对各新能源场站进行在线的聚合建模，最终通过特征值方法进行次/超同步振荡风险的在线分析的步骤，与本发明所述新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统采取的步骤相同，达到的技术效果也相同，此处不再赘述。
[0053]
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。
[0054]
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。
[0055]
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。
[0056]
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。
[0057]
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。
[0058]
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。
[0059]
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。