CN110866338B - 基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法及装置，其中，该方法包括以下步骤：构造求取阻抗模型的测试系统；获取测试系统中待测设备的耦合阻抗模型和系统阻抗，并根据耦合阻抗模型和系统阻抗推导出耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系；判断待测设备是否存在频率耦合，若不存在频率耦合，则耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，若存在频率耦合，则根据耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取视在阻抗模型。该方法弥补了目前对耦合阻抗模型与视在阻抗模型关系研究的空白，为准确辨识电力设备阻抗模型提供了理论依据。

Description

基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统建模与分析技术领域，特别涉及一种基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法及装置。

背景技术

近些年来，基于电力电子变流器的可再生能源发电大量并网，引发了新型的次超同步振荡问题。在近期发生的多起振荡事件中，出现了明显的频率耦合效应。例如在2015年新疆哈密风电场并网引发的次同步振荡事故中，风电场的输出电流中除了次同步分量，还出现了明显的超同步分量，甚至该分量的赋值超过了基频电流幅值。耦合分量的出现会严重影响系统的中低频稳定性。

目前，阻抗模型分析法由于其准确、效率高，常被用于分析此类新型振荡问题。为了能够准确分析系统的中低频稳定性，一些学者已经提出了考虑频率耦合的耦合阻抗模型。该模型为2×2的阻抗矩阵，包含自阻抗和耦合阻抗。而通常在使用扰动测试进行阻抗辨识时，获取的一般为单一频率下的视在阻抗。但当前耦合阻抗模型与视在阻抗模型的内在联系尚不清楚。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决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基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，该方法弥补了目前对耦合阻抗模型与视在阻抗模型关系研究的空白。

本发明的另一个目的在于提出一种基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，包括以下步骤：构造求取阻抗模型的测试系统；获取所述测试系统中待测设备的耦合阻抗模型和系统阻抗，并根据所述耦合阻抗模型和所述系统阻抗推导出耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系；判断所述待测设备是否存在频率耦合，若不存在所述频率耦合，则所述耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，若存在所述频率耦合，则根据所述耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取所述视在阻抗模型。

本发明实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，通过理论推导给出了耦合阻抗模型与视在阻抗模型之间的内在联系，分多种情况讨论了从耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，弥补了目前对耦合阻抗模型与视在阻抗模型关系研究的空白，为准确辨识电力设备阻抗模型提供了理论依据。

另外，根据本发明上述实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述测试系统包括所述待测设备和测试电压源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述耦合阻抗模型表示为

的2维方阵，对角元素为自阻抗，非对角元素为耦合阻抗，所述系统阻抗表示为

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述若不存在所述频率耦合，则所述耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，包括：

若所述耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁为0，则不存在所述频率耦合，则所述视在阻抗模型Z～为所述耦合阻抗模型的对角元素Z₁₁。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述若存在所述频率耦合，则根据所述耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取所述视在阻抗模型，包括：

若所述耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁不为0，则存在所述频率耦合，所述视在阻抗模型与所述系统阻抗有关，所述视在阻抗模型为

其中，若所述系统阻抗中Z_t11＝Z_t12＝Z_t21＝Z_t22＝0，则所述视在阻抗模型为

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置，包括：构建模块，用于构造求取阻抗模型的测试系统；获取模块，用于获取所述测试系统中待测设备的耦合阻抗模型和系统阻抗，并根据所述耦合阻抗模型和所述系统阻抗推导出耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系；判断求取模块，用于判断所述待测设备是否存在频率耦合，若不存在所述频率耦合，则所述耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，若存在所述频率耦合，则根据所述耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取所述视在阻抗模型。

本发明实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置，通过理论推导给出了耦合阻抗模型与视在阻抗模型之间的内在联系，分多种情况讨论了从耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，弥补了目前对耦合阻抗模型与视在阻抗模型关系研究的空白，为准确辨识电力设备阻抗模型提供了理论依据。

另外，根据本发明上述实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述测试系统包括所述待测设备和测试电压源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述耦合阻抗模型表示为

的2维方阵，对角元素为自阻抗，非对角元素为耦合阻抗，所述系统阻抗表示为

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述若不存在所述频率耦合，则所述耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，包括：

若所述耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁为0，则不存在所述频率耦合，则所述视在阻抗模型Z～为所述耦合阻抗模型的对角元素Z₁₁。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述若存在所述频率耦合，则根据所述耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取所述视在阻抗模型，包括：

若所述耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁不为0，则存在所述频率耦合，所述视在阻抗模型与所述系统阻抗有关，所述视在阻抗模型为

其中，若所述系统阻抗中Z_t11＝Z_t12＝Z_t21＝Z_t22＝0，则所述视在阻抗模型为

本发明附加的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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法流程图；

图2为根据本发明一个实施例的求取阻抗模型的测试系统示意图；

图3为根据本发明一个实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法流程框图；

图4为根据本发明一个实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置结构示意图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法。

图1是本发明一个实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法流程图。

如图1所示，该基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法包括以下步骤：

在步骤S101中，构造求取阻抗模型的测试系统。

如图2所示，本发明实施例中测试系统包括待测设备和测试电压源。测试电压源注入一定频率的电压V_t，系统内阻为[Z_t]_2×2。

在步骤S102中，获取测试系统中待测设备的耦合阻抗模型和系统阻抗，并根据耦合阻抗模型和系统阻抗推导出耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系。

进一步地，在本发明的一个实施例中，耦合阻抗模型表示为

的2维方阵，对角元素为自阻抗，非对角元素为耦合阻抗，系统阻抗表示为

在步骤S103中，判断待测设备是否存在频率耦合，若不存在频率耦合，则耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，若存在频率耦合，则根据耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取视在阻抗模型。

进一步地，如图3所示，若频率耦合不存在，则耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，包括：

若耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁为0，则不存在频率耦合耦合，则视在阻抗模型

为耦合阻抗模型的对角元素Z₁₁。

进一步地，在本发明的一个实施例中，若频率耦合存在，根据耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取视在阻抗模型，包括：

若耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁不为0，则存在频率耦合，视在阻抗模型与系统阻抗有关，视在阻抗模型为

若系统阻抗中Z_t11＝Z_t12＝Z_t21＝Z_t22＝0，此时视在阻抗模型

下面对基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的求解过程进行详细说明。

首先，分别定义耦合阻抗模型和视在阻抗模型，如下：

耦合阻抗模型[Z]_2×2：包含耦合阻抗的二维矩阵

其中，Z₁₁和Z₂₂称为自阻抗，Z₁₂和Z₂₁称为耦合阻抗；

通过测量两个频率分量求解，测量方程为：

其中，

分别为两个耦合频率的电压分量，

分别为两个耦合频率的电流分量，右上标“*”表示取共轭。

视在阻抗模型

仅包含单个频率的阻抗，通过测量单个频率分量得到，测量方程为：

然后，推导耦合阻抗模型与视在阻抗的关系，具体如下：

如图2所示，构造求取阻抗模型的测试系统，并注入测试电压测量待测设备的视在阻抗模型。

设测试电压源的电压为

系统阻抗为

无穷大电源不包含测试电压源频率的分量，因此

从上式可得到

使用

表示耦合频率电流

即

所以，相同频率电压

与电流

之间的关系可以表示为

因此，耦合阻抗模型与视在阻抗的关系为：

判断待测设备是否存在频率耦合，根据不同情况下求取视在阻抗模型：

若获取的待测设备的耦合阻抗模型中Z₁₂＝Z₁₂＝0，则待测设备不存在频率耦合，视在阻抗为耦合阻抗的对角元，

频率解耦；

若获取的待测设备的耦合阻抗模型中Z₁₂≠0，Z₂₁≠0，则待测设备存在频率耦合，

跟Z_t21和Z_t22有关，此时测量得到的视在阻抗并非对角元的自阻抗，视在阻抗模型与系统阻抗有关，

进一步，若Z_t11＝Z_t12＝Z_t21＝Z_t22＝0，系统阻抗为0，则

根据本发明实施例提出的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，通过理论推导给出了耦合阻抗模型与视在阻抗模型之间的内在联系，分多种情况讨论了从耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，弥补了目前对耦合阻抗模型与视在阻抗模型关系研究的空白，为准确辨识电力设备阻抗模型提供了理论依据。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置装置。

图4是本发明一个实施例的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置结构示意图。

如图4所示，该装置10包括：构建模块100、获取模块200和判断求取模块300。

其中，构建模块100，用于构造求取阻抗模型的测试系统。获取模块200，用于获取测试系统中待测设备的耦合阻抗模型和系统阻抗，并根据耦合阻抗模型和系统阻抗推导出耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系。判断求取模块300，用于判断待测设备是否存在频率耦合，若不存在频率耦合，则耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，若存在频率耦合，则根据耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取视在阻抗模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，测试系统包括待测设备和测试电压源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，耦合阻抗模型表示为

的2维方阵，对角元素为自阻抗，非对角元素为耦合阻抗，系统阻抗表示为

进一步地，在本发明的一个实施例中，若不存在频率耦合，则耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，包括：

若耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁为0，则不存在频率耦合，则视在阻抗模型Z～为耦合阻抗模型的对角元素Z₁₁。

进一步地，在本发明的一个实施例中，若存在频率耦合，则根据耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取视在阻抗模型，包括：

若耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁不为0，则存在频率耦合，视在阻抗模型与系统阻抗有关，视在阻抗模型为

根据本发明实施例提出的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置，通过理论推导给出了耦合阻抗模型与视在阻抗模型之间的内在联系，分多种情况讨论了从耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，弥补了目前对耦合阻抗模型与视在阻抗模型关系研究的空白，为准确辨识电力设备阻抗模型提供了理论依据。

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 (6)

1.一种基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

构造求取阻抗模型的测试系统；

获取所述测试系统中待测设备的耦合阻抗模型和系统阻抗，并根据所述耦合阻抗模型和所述系统阻抗推导出耦合阻抗模型转换为视在阻抗模型的数学表达式；

判断所述待测设备是否存在频率耦合，若不存在所述频率耦合，则所述耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，若存在所述频率耦合，则根据所述耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取所述视在阻抗模型；

若所述耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁为0，则不存在所述频率耦合，则所述视在阻抗模型

为所述耦合阻抗模型的对角元素Z₁₁；

所述若存在所述频率耦合，则根据所述耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取所述视在阻抗模型，包括：

若所述耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁不为0，则存在所述频率耦合，所述视在阻抗模型与所述系统阻抗有关，所述视在阻抗模型为

其中，若所述系统阻抗中Z_t11＝Z_t12＝Z_t21＝Z_t22＝0，则所述视在阻抗模型为

2.根据权利要求1所述的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，其特征在于，所述测试系统包括所述待测设备和测试电压源。

3.根据权利要求1所述的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的方法，其特征在于，所述耦合阻抗模型表示为

的2维方阵，对角元素为自阻抗，非对角元素为耦合阻抗，所述系统阻抗表示为

其中，Zt11和Zt22表示系统自阻抗，Zt12和Zt21表示系统耦合阻抗。

4.一种基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置，其特征在于，包括：

构建模块，用于构造求取阻抗模型的测试系统；

获取模块，用于获取所述测试系统中待测设备的耦合阻抗模型和系统阻抗，并根据所述耦合阻抗模型和所述系统阻抗推导出耦合阻抗模型转换为视在阻抗模型的数学表达式；

判断求取模块，用于判断所述待测设备是否存在频率耦合，若不存在所述频率耦合，则所述耦合阻抗模型对角元为视在阻抗模型，若存在所述频率耦合，则根据所述耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取所述视在阻抗模型；

若所述耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁为0，则不存在所述频率耦合，则所述视在阻抗模型

为所述耦合阻抗模型的对角元素Z₁₁；

所述若存在所述频率耦合，则根据所述耦合阻抗模型与视在阻抗模型的关系求取所述视在阻抗模型，包括：

若所述耦合阻抗模型中的耦合阻抗Z₁₂和Z₂₁不为0，则存在所述频率耦合，所述视在阻抗模型与所述系统阻抗有关，所述视在阻抗模型为

其中，若所述系统阻抗中Z_t11＝Z_t12＝Z_t21＝Z_t22＝0，则所述视在阻抗模型为

5.根据权利要求4所述的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置，其特征在于，所述测试系统包括所述待测设备和测试电压源。

6.根据权利要求4所述的基于耦合阻抗模型求取视在阻抗模型的装置，其特征在于，所述耦合阻抗模型表示为

的2维方阵，对角元素为自阻抗，非对角元素为耦合阻抗，所述系统阻抗表示为

其中，Zt11和Zt22表示系统自阻抗，Zt12和Zt21表示系统耦合阻抗。

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