CN110309625B - 一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统，属于风机并网稳定域研究技术领域，解决了现阶段风电并网系统稳定运行问题。步骤如下：从稳定域参数空间中选择总阻尼能量为正的某一运行点为初始搜索点，由双馈风电并网系统中所有节点的有功功率注入构成所述稳定域参数空间；以初始搜索点为起点，获得可行搜索范围内的基本搜索点集合；从基本搜索点集合中确定其中的不稳定搜索点；分别建立初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，进行临界点搜索，得到临界点集合；根据临界点集合中每一临界点的节点有功功率注入求取相应的总阻尼能量，以所有临界点求取的总阻尼能量构成能量稳定域边界，并得到双馈风机并网系统的能量稳定域。

Description

一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统

技术领域

本发明涉及风电并网系统能量稳定域研究技术领域，尤其涉及一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统。

背景技术

长期以来，针对电力系统安全性和稳定性的分析，一般都是按特定运行状态，在一种或多种故障方式下进行分析，这类方法称为逐点法。现有的一些研究方法如特征值分析、频域分析与时域仿真，均属于逐点法的范畴。这些方法侧重于从系统潮流的角度出发，分析风电并网对系统的振荡模态和阻尼特性的影响，但所得结论与系统当前运行状态严格一致，一旦系统的运行状态发生变化，则需要重复计算。因此，逐点法难以对电网的运行状态提出整体评价。

稳定域方法是在逐点法的基础上发展起来的新方法，从域的角度出发考虑问题，描述系统整体可安全稳定运行的区域。稳定域的边界由系统失稳的临界点构成，通过分析系统运行点与稳定域边界的相对关系，不仅能够获取系统安全或不安全、稳定或不稳定的信息，还能对电网的运行状态进行量化，如当前运行点距离稳定边界有多远、稳定裕度有多大等，使电力系统的在线实时安全监视、防御与控制更科学、有效。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统，用以解决现阶段风电并网系统稳定运行问题的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法，包括如下步骤：

从稳定域参数空间中选择总阻尼能量为正的某一运行点为初始搜索点，由所述双馈风电并网系统中所有节点的有功功率注入构成所述稳定域参数空间；

以所述初始搜索点为起点，获得可行搜索范围内的基本搜索点集合；

从所述基本搜索点集合中确定其中的不稳定搜索点；

分别建立所述初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，进行临界点搜索，得到临界点集合；

根据所述临界点集合中每一临界点的节点有功功率注入求取相应的总阻尼能量，以所有临界点求取的总阻尼能量构成能量稳定域边界，拟合所述能量稳定域边界，得到所述双馈风机并网系统的能量稳定域。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，通过以下公式计算运行点为p时的总阻尼能量：

其中，i表示网络拓扑；k表示风电并网系统节点数量；p表示风电并网系统节点功率注入向量；E_DFIG(p)表示双馈风电机组阻尼能量，E_SG(p)表示同步发电机阻尼能量；o^2k表示满足功率约束范围的节点功率注入向量空间；R^2k表示2k维实数空间。

进一步，所述双馈风电机组阻尼能量E_DFIG(p)：

其中，u_s表示双馈风电机组定子电压，K_ω表示，K_{P_PLL}表示锁相环PI环节的比例增益，T_ω表示虚拟惯量控制的微分系数，ω₀表示双馈风电机组的额定转子角速度，ω₁表示双馈风电机组的转子角速度与额定转速的偏差。

进一步，所述同步发电机阻尼能量E_SG(p)：

其中，D_z表示阻尼系数，ω₂表示同步发电机转子角速度与同步速的偏差。

进一步，通过以下方式从所述基本搜索点集合中确定其中的不稳定搜索点：

计算当前搜索点处的总的有功功率注入，以及此时的总阻尼能量；

若所述总阻尼能量大于总的有功功率注入，则当前搜索点稳定；否则，当前搜索点不稳定。

进一步，由所述稳定域参数空间中每一节点满足潮流约束条件的有功功率注入上下限构成所述可行搜索范围。

进一步，所述以所述初始搜索点为起点，获得可行搜索范围内的基本搜索点集合，包括：

当所述参数空间为2维空间时，以初始搜索点P_start为起点，构建与纵轴夹角为θ＝iΔθ的射线i，其中i＝0,1,2,...且满足iΔθ∈[0,360°)，求解实用可行搜索范围W的边界与特定射线i的交点P_si，将所述交点P_si作为基本搜索点，由所有的基本搜索点构成基本搜索点集合S₀；

当所述参数空间为3维以上维度的多维空间时，采取拟正交选点的方式确定多维空间中所有可能的搜索方向，分别求取所有射线方向与可行搜索范围W的交点P_si，将所述交点P_si作为基本搜索点，由所有的基本搜索点构成基本搜索点集合S₀。

进一步，所述分别建立所述初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，得到临界点集合，包括：

将初始搜索点P_start与每个不稳定的搜索点P_si连线，借助二分法进行临界点搜索，所得结果构成基本临界点集合C_element：

4)令P_left＝P_start，P_right＝P_si，P_left与P_right的距离为D；

5)将P_left与P_right的中点作为P_search，分析P_search的稳定性；

6)若P_search满足稳定条件，且D＞d即距离不满足收敛条件，令P_left＝P_search，并重复上述分析过程；若P_search不满足稳定条件，且D＞d即距离不满足收敛条件，令P_right＝P_search，并重复上述分析过程；直至P_search满足稳定条件，且D＜d即距离满足收敛条件，则P_search可视为稳定域边界上的一个基本临界点；

以基本临界点集合C_element为起点，在其邻域内进行扩展搜索，获取新的临界点构成所述临界点集合：

4)根据拟正交选点的方式确定扩展搜索方向，对基本临界点集合C_element中的每个点进行扩展，获取新的搜索点P_new，分析P_new的稳定性；

5)若P_new满足稳定条件，令P_left＝P_new，P_right＝P_si；若P_new不满足稳定条件，令P_left＝P_start，P_right＝P_new；

重复上述用二分法进行临界点搜索的步骤，所有满足条件的P_new构成所述临界点集合。

本发明还公开了一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定系统，所述系统包括初始搜索点获取模块、临界点集合获取模块、能量稳定域获取模块；其中，

初始搜索点获取模块，用于从稳定域参数空间中选择总阻尼能量为正的某一运行点为初始搜索点，由所述双馈风电并网系统中所有节点的有功功率注入构成所述稳定域参数空间；

临界点集合获取模块，用于以所述初始搜索点为起点，获得可行搜索范围内的基本搜索点集合；还用于从所述基本搜索点集合中确定其中的不稳定搜索点；还用于分别建立所述初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，进行临界点搜索，得到临界点集合；

能量稳定域获取模块，用于根据所述临界点集合中每一临界点的节点有功功率注入求取相应的总阻尼能量，以所有临界点求取的总阻尼能量构成能量稳定域边界，并得到所述双馈风机并网系统的能量稳定域；

其中，通过以下公式计算运行点为p时的总阻尼能量：

i表示网络拓扑；k表示风电并网系统节点数量；p表示风电并网系统节点功率注入向量；E_DFIG(p)表示双馈风电机组阻尼能量，E_SG(p)表示同步发电机阻尼能量；o^2k表示满足功率约束范围的节点功率注入向量空间；R^2k表示2k维实数空间；

所述双馈风电机组阻尼能量

其中，u_s表示双馈风电机组定子电压，K_ω表示，K_{P_PLL}表示锁相环PI环节的比例增益，T_ω表示虚拟惯量控制的微分系数，ω₀表示双馈风电机组的额定转子角速度，ω₁表示双馈风电机组的转子角速度与额定转速的偏差；

所述同步发电机阻尼能量

其中，D_z表示阻尼系数，ω₂表示同步发电机转子角速度与同步速的偏差。

在上述方案的基础上，还做出了以下改进：

进一步，在所述临界点集合获取模块中，

通过执行以下操作从所述基本搜索点集合中确定其中的不稳定搜索点：

计算当前搜索点处的总的有功功率注入，以及此时的总阻尼能量；

若所述总阻尼能量大于总的有功功率注入，则当前搜索点稳定；否则，当前搜索点不稳定；

还由所述稳定域参数空间中每一节点满足潮流约束条件的有功功率注入上下限构成所述可行搜索范围。

本发明有益效果如下：

本发明提出了双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法，以总阻尼能量为正的某一运行点作为初始搜索点，进行稳定域边界的搜索；在搜索过程中，利用总阻尼能量和系统中所有节点有功功率注入的关系，判断各搜索点的稳定性，从而得到临界点集合；并根据所述临界点集合中每一临界点的节点有功功率注入求取相应的总阻尼能量，以所有临界点求取的总阻尼能量构成能量稳定域边界，从而确定双馈风机并网系统的能量稳定域。上述方法通过分析系统运行点与能量稳定域边界的相对关系，能够从参数和能量两个维度得到系统的稳定裕度，以确定风电并网系统是否稳定，保证了风电并网系统整体安全稳定的运行。

同时，本发明中方法是基于同步发电机、双馈风电机组、网络与负荷等环节的风电并网系统能量模型实现的。通过分析同步发电机、双馈风电机组振荡过程中的振荡能量，创造性地提炼出其中影响系统运行的阻尼能量表达式，量化同步发电机、双馈风电机组阻尼消耗的能量，并将二者能量之和作为整个双馈风电并网系统的总阻尼能量，为上述方法的实现提供了数学基础。

本发明基于IEEE4机11节点系统的仿真算例验证了采用本发明的方法或系统确定能量稳定域的准确性；还通过设置不同的虚拟惯量与锁相环控制参数，验证了不同控制参数对能量稳定域的影响。

此外，由于本发明系统与上述方法原理相同，所以本系统也具有上述方法相应的技术效果。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1中双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法流程图；

图2为二维节点注入空间中能量稳定域示意图；

图3为本发明实施例2中4机11节点系统结构图；

图4为本发明实施例2中风电并网系统的能量稳定域；

图5为本发明实施例2中不同扰动能量下稳定域的边界图；

图6为本发明实施例2中在能量稳定域内、外与边界点的稳定性分析图；

图7为本发明实施例2中锁相环比例参数变化后风电并网系统的能量稳定域；

图8为本发明实施例2中锁相环比例参数变化后不同扰动能量下稳定域的边界图；

图9为本发明实施例2中虚拟惯量比例参数变化后风电并网系统的能量稳定域；

图10为本发明实施例2中虚拟惯量比例参数变化后不同扰动能量下稳定域的边界图；

图11为本发明实施例2中虚拟惯量微分参数变化后风电并网系统的能量稳定域；

图12为本发明实施例2中虚拟惯量微分参数变化后不同扰动能量下稳定域的边界图；

图13为本发明实施例3中双馈风电并网系统的能量稳定域确定系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

风电并网系统的能量稳定域(Energy Stability Region,ESR)是指在某一运行点能够使系统保持功角稳定的扰动能量的集合。首先，需要明确的是，双馈风电并网系统受扰后发生的振荡过程本质上是能量注入、交互和耗散的过程。振荡的过程既受到外界扰动的作用，还受到自身阻尼的影响。而当系统最终达到稳定状态时，系统内部与外部的能量也同时达到平衡，即外界扰动对系统输入的能量等于系统自身阻尼消耗的能量。在本发明中，将外界注入的有功功率作为外界扰动，将同步发电机阻尼能量、双馈风电机组阻尼能量作为系统内部的自身阻尼。因此，可以根据不同扰动能量和系统阻尼能量之间的关系判断系统的稳定性，建立节点注入空间的能量稳定域。

本发明的一个具体实施例，公开了一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法，由于风电并网系统ESR边界的拓扑性质是未知的，因此本发明利用拟合的方法来求取ESR的边界。其基本原理为：在有功功率的注入空间上，从系统的正常运行状态开始，沿搜索方向，逐渐改变节点的有功功率注入，使系统的运行点发生缓慢变化，对于每个运行点，施加由小到大的扰动能量，直到搜索到系统总阻尼能量由正变负的场景，在保证收敛误差的前提下，该运行点即可视为ESR边界上的一个临界点。图1示出了能量稳定域确定方法流程图，包括如下步骤：

步骤S1：从稳定域参数空间中选择满足总阻尼能量为正的某一运行点作为初始搜索点P_start，由所述双馈风电并网系统中所有节点的有功功率注入(将各个节点可能存在的功率变化定义为节点有功功率注入)构成所述稳定域参数空间[x₁,x₂,...,x_k]；

步骤S2：以所述初始搜索点为起点，构建实用可行搜索范围内的基本搜索点集合；具体地，

步骤S21：确定由节点1-k满足潮流约束条件的有功功率注入上下限所构成的实用可行搜索范围W；

步骤S22：对于2维空间，以初始搜索点P_start为起点，构建与纵轴夹角为θ＝iΔθ的射线i，其中i＝0,1,2,...且满足iΔθ∈[0,360°)，求解实用可行搜索范围W的边界与特定射线i的交点P_si，所有的P_si构成集合S₀；

对于k维空间(k≥3)，若通过所有的射线方向来确定基本搜索点的集合，会导致巨大的计算量。因此可采取拟正交选点的方式，来确定k维空间中所有可能的搜索方向，分别求取所有射线方向与可行搜索范围W的交点P_si，所有的P_si构成集合S₀。

步骤S3：对所述基本搜索点集合S₀内的每一搜索点均进行阻尼能量分析，判断是否稳定，由所有不稳定的搜索点构成不稳定搜索点集合S_U；

步骤S4：分别建立所述初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，借助二分法进行临界点搜索，得到临界点集合；具体地，

步骤S41：将初始搜索点P_start与每个不稳定的搜索点P_si(P_si∈S_U)连线，借助二分法进行临界点搜索，所得结果构成基本临界点集合C_element。

1)令P_left＝P_start，P_right＝P_si，P_left与P_right的距离为D；

2)将P_left与P_right的中点作为P_search，分析P_search的稳定性；

3)若P_search满足稳定条件，且D＞d即距离不满足收敛条件，令P_left＝P_search，并重复上述分析过程。若P_search不满足稳定条件，且D＞d即距离不满足收敛条件，令P_right＝P_search，并重复上述分析过程。直至P_search满足稳定条件，且D＜d即距离满足收敛条件，则P_search可视为稳定域边界上的一个点。

步骤S42：以基本临界点集合C_element为起点，在其邻域内进行扩展搜索，获取新的临界点构成集合C_expand。

1)根据拟正交选点的方式确定扩展搜索方向，对基本临界点集合C_element中的每个点进行扩展，获取新的搜索点P_new，分析P_new的稳定性；

2)若P_new满足稳定条件，令P_left＝P_new，P_right＝P_si(P_si∈S_U)。若P_new不满足稳定条件，令P_left＝P_start，P_right＝P_new；

3)重复上述用二分法进行临界点搜索的步骤，所有满足条件的P_new构成新的临界点集合C_expand。

步骤S5：根据所述临界点集合中每一临界点的节点有功功率注入求取相应的总阻尼能量，以所有临界点求取的总阻尼能量构成能量稳定域边界，拟合所述能量稳定域边界，得到所述双馈风机并网系统的能量稳定域。

在整个搜索过程中，可以通过调整搜索的步长、收敛条件等参数来控制搜索的精度。另外，还可以通过改变双馈风电机组锁相环、虚拟惯量的控制参数来定性分析风电并网系统ESR的变化。

优选地，可通过以下公式计算运行点为p时的总阻尼能量：

其中，i表示网络拓扑；k表示风电并网系统节点数量；p表示风电并网系统节点功率注入向量；E_DFIG(p)表示双馈风电机组阻尼能量，E_SG(p)表示同步发电机阻尼能量；o^2k表示满足功率约束范围的节点功率注入向量空间；R^2k表示2k维实数空间。图2为二维节点注入空间中能量稳定域示意图，底面表示注入功率的维度，纵轴表示系统在当前运行点能承受扰动能量的限度。通过分析系统运行点与稳定域边界的相对关系，能够从注入功率和能量两个角度反映系统稳定裕度。

优选地，本发明还给出了双馈风电机组阻尼能量及同步发电机组阻尼能量的计算公式：

双馈风电机组阻尼能量

其中，u_s表示双馈风电机组定子电压，K_ω表示，K_{P_PLL}表示锁相环PI环节的比例增益，T_ω表示虚拟惯量控制的微分系数，ω₀表示双馈风电机组的额定转子角速度，ω₁表示双馈风电机组的转子角速度与额定转速的偏差。

同步发电机阻尼能量

其中，D_z表示阻尼系数，ω₂表示同步发电机转子角速度与同步速的偏差。

上述两个计算公式通过以下推导过程得到：

(1)对同步发电机进行建模，可以得到振荡过程中同步发电机向电网中输送的振荡能量，表达式为：

已知

可得

根据上述表达式可知，振荡过程中同步发电机向电网中输送的振荡能量包括两部分：其中第一项

表示同步发电机暂态能量的变化，第二项

表示同步发电机阻尼消耗的能量，具有阻尼效应，因此将其定义为同步发电机的阻尼能量。式中：δ表示同步发电机的转子角，ω₂表示转子角速度与同步速的偏差，M表示惯性常数，P_m表示机械转矩，D表示阻尼系数。

(2)对双馈风电机组进行建模，可以得到振荡过程中双馈风电机组向电网中输送的振荡能量，表达式为：

根据上述表达式可知，振荡过程中双馈风电机组向电网中输送的振荡能量包括两部分：其中第一项

表示双馈发电机组暂态能量的变化，包含动能与势能，第二项

表示双馈发电机组阻尼消耗的能量，具有阻尼效应，因此将其定义为双馈发电机组的阻尼能量。式中：x_PLL为引入的状态变量，表示跟踪定子d轴电压的误差积累；u_s表示双馈风电机组定子电压；δ_PLL为引入的状态变量，表示观测到的定子电压矢量领先xy坐标系中x轴的角度，即锁相环的输出相位；K_{P_PLL}与K_{I_PLL}为锁相环的PI环节，分别表示比例与积分增益；x_ω为引入的状态变量，表示系统频率偏差；T_ω表示虚拟惯量控制的微分系数；ω₀表示双馈风电机组的额定转子角速度，ω₁表示双馈风电机组的转子角速度与额定转速的偏差。

通过分析双馈风电机组阻尼能量及同步发电机组阻尼能量的计算公式，可以得出以下结论：锁相环的比例环节参数、虚拟惯量的比例环节和微分环节参数会影响双馈风电机组阻尼能量的大小。在同步机部分保持不变的情况下，双馈风电机组阻尼能量的增大会提升各运行点的功角稳定性，使能量稳定区域变大；反之，双馈风电机组阻尼能量的减小会削弱各运行点的功角稳定性，使能量稳定区域变小。

实施例2

以图3改进IEEE4机11节点系统为例，双馈风电机组控制参数为：K_{P_PLL}＝1p.u.，K_ω＝1p.u.，T_ω＝0.1p.u.。以负荷L1与L2的功率作为注入功率空间的两个维度，绘制风电并网系统的能量稳定域及边界如图4、图5所示。

为验证能量稳定域的正确性，在图5所示的能量稳定域内、外与边界分别取3个点(A、B、C)，分析其稳定性，如图6所示。由图6可知，稳定域内的A点是稳定的，稳定域外的C点是不稳定的，稳定域的边界上的B点处于临界稳定状态。即该能量稳定域能够描述风电并网系统整体可安全稳定运行的区域。

进一步验证锁相环的比例环节、虚拟惯量的比例环节和微分环节对风电并网系统能量稳定域的影响，首先验证锁相环比例参数的影响，将其数值提高到10p.u.，绘制风电并网系统的能量稳定域及边界如图7、图8所示。由图7与图8可知，在一定范围内，增大锁相环的比例参数，会导致各风电并网系统的能量稳定域整体变小，影响系统稳定。具体特征表现为：1)各运行点能够承受的扰动能量略有降低；2)有功功率注入空间的边界范围略有收缩；3)能量稳定域最高点对应的运行点无明显偏移。实际测试中发现，能量稳定域及边界对锁相环的比例参数数值变化敏感度较低。

然后验证虚拟惯量比例参数对风电并网系统能量稳定域的影响，将其数值提高到2p.u.，绘制风电并网系统的能量稳定域及边界如图9、图10所示。由图9与图10可知，在一定范围内，增大虚拟惯量的比例参数，会导致各风电并网系统的能量稳定域整体变小，影响系统稳定。具体特征表现为：1)各运行点能够承受的扰动能量显著降低；2)有功功率注入空间的边界范围略有收缩；3)能量稳定域最高点对应的运行点无明显偏移。实际测试中发现，能量稳定域及边界对虚拟惯量的比例参数数值变化敏感度较高。

进一步验证虚拟惯量微分参数对风电并网系统能量稳定域的影响，将其数值提高到，绘制风电并网系统的能量稳定域及边界如图11、图12所示。由图11与图12可知，在一定范围内，增大虚拟惯量的微分参数，会导致各风电并网系统的能量稳定域整体变大，影响系统稳定。具体特征表现为：1)各运行点能够承受的扰动能量升高；2)有功功率注入空间的边界范围略有扩大；3)能量稳定域最高点对应的运行点无明显偏移。

风机控制参数的调整会对风电并网系统能量稳定域各运行点的整体稳定性产生影响，有功功率注入空间的边界与能量稳定域最高点对应的运行点无明显变化，与前述分析结果一致。

综上可知，利用本发明所构建的风电并网系统的能量域系统及方法仿真算例验证了能量稳定域的合理性与分析结果的正确性。

实施例3

本发明实施例3公开了一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定系统，示意图如图13所示，系统包括初始搜索点获取模块、临界点集合获取模块、能量稳定域获取模块；其中，初始搜索点获取模块，用于从稳定域参数空间中选择满足总阻尼能量为正的某一运行点作为初始搜索点，由所述双馈风电并网系统中所有节点的有功功率注入构成所述稳定域参数空间；临界点集合获取模块，用于以所述初始搜索点为起点，构建实用可行搜索范围内的基本搜索点集合；还用于对所述基本搜索点集合内的每一搜索点均进行阻尼能量分析，判断是否稳定，由所有不稳定的搜索点构成不稳定搜索点集合；还用于分别建立所述初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，借助二分法进行临界点搜索，得到临界点集合；能量稳定域获取模块，用于根据所述临界点集合中每一临界点的节点有功功率注入求取相应的总阻尼能量，以所有临界点求取的总阻尼能量构成能量稳定域边界，拟合所述能量稳定域边界，得到所述双馈风机并网系统的能量稳定域；

其中，通过以下公式计算运行点为p时的总阻尼能量：

i表示网络拓扑；k表示风电并网系统节点数量；p表示风电并网系统节点功率注入向量；E_DFIG(p)表示双馈风电机组阻尼能量，E_SG(p)表示同步发电机阻尼能量；o^2k表示满足功率约束范围的节点功率注入向量空间；R^2k表示2k维实数空间；

所述双馈风电机组阻尼能量

其中，u_s表示双馈风电机组定子电压，K_ω表示，K_{P_PLL}表示锁相环PI环节的比例增益，T_ω表示虚拟惯量控制的微分系数，ω₀表示双馈风电机组的额定转子角速度，ω₁表示双馈风电机组的转子角速度与额定转速的偏差；

所述同步发电机阻尼能量

其中，D_z表示阻尼系数，ω₂表示同步发电机转子角速度与同步速的偏差。

优选地，在所述临界点集合获取模块中，通过执行以下操作对所述基本搜索点集合内的每一搜索点进行阻尼能量分析：计算当前搜索点处的总的有功功率注入，以及此时的总阻尼能量；若所述总阻尼能量大于总的有功功率注入，则当前搜索点稳定；否则，当前搜索点不稳定；还通过执行以下操作确定所述实用可行搜索范围：由所述稳定域参数空间中每一节点满足潮流约束条件的有功功率注入上下限构成可行搜索范围。

本发明系统实施例的具体实施过程参见上述方法实施例即可，本实施例在此不再赘述。由于本实施例与上述方法实施例原理相同，所以本系统也具有上述方法实施例相应的技术效果。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

从稳定域参数空间中选择总阻尼能量为正的某一运行点为初始搜索点，由所述双馈风电并网系统中所有节点的有功功率注入构成所述稳定域参数空间；

以所述初始搜索点为起点，获得可行搜索范围内的基本搜索点集合；

计算当前搜索点处的总的有功功率注入，以及此时的总阻尼能量；

若所述总阻尼能量大于总的有功功率注入，则当前搜索点稳定；否则，当前搜索点不稳定；

分别建立所述初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，进行临界点搜索，得到临界点集合；

根据所述临界点集合中每一临界点的节点有功功率注入求取相应的总阻尼能量，以所有临界点求取的总阻尼能量构成能量稳定域边界，并得到所述双馈风电并网系统的能量稳定域；

通过以下公式计算运行点为p时的总阻尼能量：

其中，i表示网络拓扑；k表示风电并网系统节点数量；p表示风电并网系统节点功率注入向量；E_DFIG(p)表示双馈风电机组阻尼能量，E_SG(p)表示同步发电机阻尼能量；o^2k表示满足功率约束范围的节点功率注入向量空间；R^2k表示2k维实数空间；

所述双馈风电机组阻尼能量E_DFIG(p)：

其中，u_s表示双馈风电机组定子电压，K_ω表示，K_{P_PLL}表示锁相环PI环节的比例增益，T_ω表示虚拟惯量控制的微分系数，ω₀表示双馈风电机组的额定转子角速度，ω₁表示双馈风电机组的转子角速度与额定转速的偏差；

所述同步发电机阻尼能量E_SG(p)：

其中，D_z表示阻尼系数，ω₂表示同步发电机转子角速度与同步速的偏差。

2.根据权利要求1所述的双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法，其特征在于，

由所述稳定域参数空间中每一节点满足潮流约束条件的有功功率注入上下限构成所述可行搜索范围。

3.根据权利要求1所述的双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法，其特征在于，所述以所述初始搜索点为起点，获得可行搜索范围内的基本搜索点集合，包括：

当所述参数空间为2维空间时，以初始搜索点P_start为起点，构建与纵轴夹角为θ＝iΔθ的射线i，其中i＝0,1,2,...且满足iΔθ∈[0,360°)，求解实用可行搜索范围W的边界与特定射线i的交点P_si，将所述交点P_si作为基本搜索点，由所有的基本搜索点构成基本搜索点集合S₀；

当所述参数空间为3维以上维度的多维空间时，采取拟正交选点的方式确定多维空间中所有可能的搜索方向，分别求取所有射线方向与可行搜索范围W的交点P_si，将所述交点P_si作为基本搜索点，由所有的基本搜索点构成基本搜索点集合S₀。

4.根据权利要求3所述的双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法，其特征在于，所述分别建立所述初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，进行临界点搜索，得到临界点集合，包括：

将初始搜索点P_start与每个不稳定的搜索点P_si连线，借助二分法进行临界点搜索，所得结果构成基本临界点集合C_element：

1)令P_left＝P_start，P_right＝P_si，P_left与P_right的距离为D；

2)将P_left与P_right的中点作为P_search，分析P_search的稳定性；

3)若P_search满足稳定条件，且D＞d即距离不满足收敛条件，令P_left＝P_search，并重复上述分析过程；若P_search不满足稳定条件，且D＞d即距离不满足收敛条件，令P_right＝P_search，并重复上述分析过程；直至P_search满足稳定条件，且D＜d即距离满足收敛条件，则P_search可视为稳定域边界上的一个基本临界点；

以基本临界点集合C_element为起点，在其邻域内进行扩展搜索，获取新的临界点构成所述临界点集合：

1)根据拟正交选点的方式确定扩展搜索方向，对基本临界点集合C_element中的每个点进行扩展，获取新的搜索点P_new，分析P_new的稳定性；

2)若P_new满足稳定条件，令P_left＝P_new，P_right＝P_si；若P_new不满足稳定条件，令P_left＝P_start，P_right＝P_new；

3)重复上述用二分法进行临界点搜索的步骤，所有满足条件的P_new构成所述临界点集合。

5.一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定系统，其特征在于，所述系统包括初始搜索点获取模块、临界点集合获取模块、能量稳定域获取模块；其中，

初始搜索点获取模块，用于从稳定域参数空间中选择总阻尼能量为正的某一运行点为初始搜索点，由所述双馈风电并网系统中所有节点的有功功率注入构成所述稳定域参数空间；

临界点集合获取模块，用于以所述初始搜索点为起点，获得可行搜索范围内的基本搜索点集合；还用于从所述基本搜索点集合中确定其中的不稳定搜索点；还用于分别建立所述初始搜索点与每一所述不稳定搜索点之间的连线，进行临界点搜索，得到临界点集合；

能量稳定域获取模块，用于根据所述临界点集合中每一临界点的节点有功功率注入求取相应的总阻尼能量，以所有临界点求取的总阻尼能量构成能量稳定域边界，并得到所述双馈风电并网系统的能量稳定域；

其中，通过以下公式计算运行点为p时的总阻尼能量：

i表示网络拓扑；k表示风电并网系统节点数量；p表示风电并网系统节点功率注入向量；E_DFIG(p)表示双馈风电机组阻尼能量，E_SG(p)表示同步发电机阻尼能量；o^2k表示满足功率约束范围的节点功率注入向量空间；R^2k表示2k维实数空间；

所述双馈风电机组阻尼能量

其中，u_s表示双馈风电机组定子电压，K_ω表示，K_{P_PLL}表示锁相环PI环节的比例增益，T_ω表示虚拟惯量控制的微分系数，ω₀表示双馈风电机组的额定转子角速度，ω₁表示双馈风电机组的转子角速度与额定转速的偏差；

所述同步发电机阻尼能量

其中，D_z表示阻尼系数，ω₂表示同步发电机转子角速度与同步速的偏差。

6.根据权利要求5所述的双馈风电并网系统的能量稳定域确定系统，其特征在于，在所述临界点集合获取模块中，

通过执行以下操作从所述基本搜索点集合中确定其中的不稳定搜索点：

计算当前搜索点处的总的有功功率注入，以及此时的总阻尼能量；

若所述总阻尼能量大于总的有功功率注入，则当前搜索点稳定；否则，当前搜索点不稳定；

还由所述稳定域参数空间中每一节点满足潮流约束条件的有功功率注入上下限构成所述可行搜索范围。

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