CN107086588B - 电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法及系统，包括：获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵；根据所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据；根据所述行列式判据，检测所述电力电子系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼。本发明根据次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据，并以行列式判据判断整个系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼，实现了量化分析电力电子系统振荡的主要因素。

Description

电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统电磁稳定分析技术领域，特别涉及一种电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法及系统。

背景技术

发电机组之间的低频振荡和大型汽轮发电机与电网中的串补线路相互作用引发的次同步振荡等是电力系统中经常发生的振荡现象。针对这些现象的研究侧重于发电机与电网之间的相互作用，相应的分析与控制方法已臻于成熟。随着电网中接入换流器的数量逐渐增多，换流器与电网之间的相互作用日益复杂，出现了新的振荡形式，例如多换流器与相邻网络之间出现的高频谐波振荡问题以及大型风电场与相邻串补线路之间发生的新型次同步振荡问题。导致上述振荡现象的原因通常来自于两方面：1)与换流器相邻的电网强度较弱时，容易引起换流器控制中的电流环路不稳定，从而引发振荡现象；2)换流器的控制策略在特定频率下表现的弱阻尼或负阻尼特性。可见，交流电网与换流器的动态特性均会对换流器与电网之间的振荡现象产生影响。振荡涉及的影响因素众多，相互影响复杂。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法。该电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法根据次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据，并以行列式判据判断整个系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼，实现了量化分析电力电子系统振荡的主要因素。

本发明的另一个目的在于提出一种电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统。

为了实现上述目的，本发明的一方面公开了一种电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法，包括：获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵；根据所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据；根据所述行列式判据，检测所述电力电子系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼。

根据本发明的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法，根据次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据，并以行列式判据判断整个系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼，实现了量化分析电力电子系统振荡的主要因素。

另外，根据本发明上述实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，根据正弦激励信号获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵。

进一步地，所述正弦激励信号表示为：

其中，I_d,I_d,c分别为次同步和超同步电流的幅值，ω_d为次同步频率，ω_d,c＝2ω₀-ω_d为与次同步频率对应的超同步频率，分别为次同步和超同步频率的初相位。

进一步地，所述行列式判据通过行列式曲线作为判据。

本发明的另一方面公开了一种电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统，包括：获取耦合阻抗矩阵模块，用于获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵；获取行列式判据模块，用于根据所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据；检测分析模块，用于根据所述行列式判据，检测所述电力电子系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼。

根据本发明的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统，根据次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据，并以行列式判据判断整个系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼，实现了量化分析电力电子系统振荡的主要因素。

另外，根据本发明上述实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，根据正弦激励信号获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵。

进一步地，所述正弦激励信号表示为：

其中，I_d,I_d,c分别为次同步和超同步电流的幅值，ω_d为次同步频率，ω_d,c＝2ω₀-ω_d为与次同步频率对应的超同步频率，分别为次同步和超同步频率的初相位。

进一步地，所述行列式判据通过行列式曲线作为判据。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法及系统。

图1是根据本发明一个实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法的流程图。

如图1所示，根据本发明一个实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法，包括：

S10：获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵。

其中，电力电子系统包括由各个相关电力电子系统的设备，特别是换流器，和电网。

在一些实施例中，根据正弦激励信号获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵。

进一步地，正弦激励信号表示为：

其中，I_d,I_d,c分别为次同步和超同步电流的幅值，ω_d为次同步频率，ω_d<ω₀，ω_d,c＝2ω₀-ω_d为与次同步频率对应的超同步频率，分别为次同步和超同步频率的初相位。

当改变ω_d的大小，即，可得到第i个设备对应的次同步和超同步耦合阻抗矩阵，记成：

其中，为各自频率下的自阻抗。该阻抗反应了同一频率下电压与电流之间的关系；/>为不同频率下的互阻抗。该阻抗反应了不同频率下电压与电流之间的耦合关系。

根据网络拓扑的连接关系，可以计算出电力电子系统公共母线(电网)的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵，记成：

其中，z_∑11,z_∑22为各自频率下的自阻抗。该阻抗反应了同一频率下电压与电流之间的关系；z_∑12,z_∑21为不同频率下的互阻抗。该阻抗反应了不同频率下电压与电流之间的耦合关系。

S20：根据等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据。

具体的，根据等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵，得到对应的行列式，以电网的次同步和超同步耦合阻抗矩阵为例，记成：

D(ω)＝Det{Z_Σ(ω)}＝Z_Σ11Z_Σ22-Z_Σ21Z_Σ12

满足：

X(ω)＝Im{D(ω)},R(ω)＝Re{D(ω)}

其中，Det{}表示对应矩阵的行列式，Im{},Re{}分别表示实部和虚部，X(ω),R(ω)分别表示D(ω)的实部和虚部。

S30：根据行列式判据，检测电力电子系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼。

进一步地，行列式判据通过行列式曲线作为判据。

特别是对换流器和电网之间的振荡的主要因素进行分析。

具体为，对于不同的频率ω_d，得到X(ω)(D(ω)的实部)与频率之间的关系，从而确定X(ω)的过零点次同步ω_sub，满足：X(ω_sub)＝0,ω_sub<ω₀。

在次同步ω_sub和超同步频率ω_sup下的稳定性通过R(ω),X(ω)穿过零点的斜率来确定。当X(ω)过零点具有正斜率(当ω增加时，X(ω)从容性变成感性)，若R(ω_sub)>0，则系统稳定，电力电子系统不会发生次同步/超同步频率下的振荡；若R(ω_sub)<0，则系统不稳定，电力电子系统会发生次同步/超同步频率下的振荡，次同步频率为ω_sub，超同步频率ω_sup满足：ω_sup＝2ω₀-ω_sub。

根据本发明的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法，根据次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据，并以行列式判据判断整个系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼，实现了量化分析电力电子系统振荡的主要因素。

图2是根据本发明一个实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统的结构图。

如图2所示，本发明实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统200，包括：获取耦合阻抗矩阵模块210、获取行列式判据模块220和检测分析模块230。

其中，获取耦合阻抗矩阵模块210用于获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵。获取行列式判据模块220用于根据等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据。检测分析模块230用于根据行列式判据，检测电力电子系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼。

根据本发明的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统，根据次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据，并以行列式判据判断整个系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼，实现了量化分析电力电子系统振荡的主要因素。

在一些实施例中，根据正弦激励信号获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵。

在一些实施例中，正弦激励信号表示为：

其中，I_d,I_d,c分别为次同步和超同步电流的幅值，ω_d为次同步频率，ω_d,c＝2ω₀-ω_d为与次同步频率对应的超同步频率，分别为次同步和超同步频率的初相位。

在一些实施例中，行列式判据通过行列式曲线作为判据。

需要说明的是，本发明实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统的具体实现方式与本发明实施例的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法的具体实现方式类似，具体请参见电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法，其特征在于，包括：

根据正弦激励信号获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵；所述正弦激励信号表示为：

其中，I_d，I_d,c分别为次同步和超同步电流的幅值，ω_d为次同步频率，ω_d,c＝2ω₀-ω_d为与次同步频率对应的超同步频率，分别为次同步和超同步频率的初相位；所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵对应的行列式为D(ω)＝Det{Z_∑(ω)}＝Z_∑11Z_∑22-Z_∑21Z_∑12，其中，ω为频率，Z_∑11，Z_∑22为各自频率下的自阻抗，Z_∑21，Z_∑12为各自频率下的互阻抗；

根据所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据；

根据所述行列式判据，检测所述电力电子系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼；所述行列式判据通过行列式曲线作为判据。

2.根据权利要求1所述的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法，其特征在于，所述自阻抗表示同一频率下电压与电流之间的关系。

3.根据权利要求2所述的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法，其特征在于，所述互阻抗表示不同频率下电压与电流之间的耦合关系。

4.根据权利要求1所述的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析方法，其特征在于，通过改变所述次同步频率ω_d，获取不同设备对应的所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵。

5.一种电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统，其特征在于，包括：

获取耦合阻抗矩阵模块，用于根据正弦激励信号获取电力电子系统的等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵；所述正弦激励信号表示为：

其中，I_d，I_d,c分别为次同步和超同步电流的幅值，ω_d为次同步频率，ω_d,c＝2ω₀-ω_d为与次同步频率对应的超同步频率，分别为次同步和超同步频率的初相位；所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵对应的行列式为D(ω)＝Det{Z_∑(ω)}＝Z_∑11Z_∑22-Z_∑21Z_∑12，其中，ω为频率，Z_∑11，Z_∑22为各自频率下的自阻抗，Z_∑21，Z_∑12为各自频率下的互阻抗；

获取行列式判据模块，用于根据所述等值次同步和超同步耦合阻抗矩阵获取行列式判据；

检测分析模块，用于根据所述行列式判据，检测所述电力电子系统的稳定性，并分析次同步/超同步振荡对应的频率和阻尼；所述行列式判据通过行列式曲线作为判据。

6.根据权利要求5所述的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统，其特征在于，所述自阻抗表示同一频率下电压与电流之间的关系。

7.根据权利要求6所述的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统，其特征在于，所述互阻抗表示不同频率下电压与电流之间的耦合关系。

8.根据权利要求5所述的电力电子系统的次同步/超同步振荡分析系统，其特征在于，所述行列式判据通过行列式曲线作为判据。