CN112014642A - 静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法和装置，包括以下步骤：获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵；通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。由此，给出了电网中频率耦合阻抗模型聚合的计算方法，为复杂频率耦合阻抗网络模型的聚合提供了理论依据，实现根据目标频率耦合阻抗模型矩阵的频率特性判断系统稳定性，从而提高系统稳定性判断的准确性。

Description

静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法和装置

技术领域

本发明涉及配电系统技术领域，尤其涉及一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法和装置。

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系统大量并网，给电力系统的建模与分析带来了挑战。阻抗模型方法由于其建模简单、模块化、物理意义明确等特点被广泛用于可再生能源发电系统的并网稳定性分析之中。

通常在分析具有复杂拓扑的大规模可再生能源发电并网系统时，首先需要对复杂系统内各个环节进行阻抗建模，得到其阻抗模型；然后，根据系统的拓扑将各联网设备阻抗进行连接，构成阻抗网络模型；接着，按照选定聚合路径将各联网设备的阻抗模型聚合成一个阻抗模型；最后，根据聚合阻抗模型的频率特性判断系统稳定性。

其中，若考虑电力电子联网设备的频率耦合效应，各电力联网设备的阻抗应建模为二维矩阵形式，而频率耦合阻抗网络的聚合过程相对复杂，目前对这种情形的阻抗网络聚合尚无详细的方法。

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静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法和装置，其目的是给出电网中频率耦合阻抗模型聚合的计算方法，为复杂频率耦合阻抗网络模型的聚合提供理论依据，实现根据目标频率耦合阻抗模型矩阵的频率特性判断系统稳定性，从而提高系统稳定性判断的准确性。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法，包括以下步骤：

获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵；通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。由此，给出了电网中频率耦合阻抗模型聚合的计算方法，为复杂频率耦合阻抗网络模型的聚合提供了理论依据，实现根据目标频率耦合阻抗模型矩阵的频率特性判断系统稳定性，从而提高系统稳定性判断的准确性。

另外，根据本发明上述实施例的静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，当各联网设备为串联关系时，获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵，包括：

在电网的各个节点处测量各联网设备的第一电压和第一电流；

根据第一电压和第一电流，确定各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当各联网设备为并联关系时，获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵，包括：

在电网的目标节点处测量各联网设备的第二电压和第二电流；

根据第二电压和第二电流，确定各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当各联网设备为1、2、…、k按顺序连接并存在串联关系时，通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵，包括：

聚合各联网设备1、2、…、k的频率耦合阻抗模型矩阵到目标节点k的公式为：

其中，

为节点j与节点k的工频电压相位差，Z_j为联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，j为小于k的所有正整数。

当连接在同一目标节点g上的各联网设备1、2、…、n存在并联关系时，通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵，包括：

聚合各联网设备1、2、…、n的频率耦合阻抗模型矩阵到并联目标节点g的公式为：

其中，Z_i为联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，i为小于等于n的所有正整数。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型矩阵的聚合计算装置，包括：获取模块，用于获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵；计算模块，用于通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。

另外，根据本发明上述实施例的静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型矩阵的聚合计算装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，当各联网设备为串联关系时，获取模块，在电网的各个节点处测量各联网设备的第一电压和第一电流；根据第一电压和第一电流，确定各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当各联网设备为并联关系时，获取模块，在电网的目标节点处测量各联网设备的第二电压和第二电流；根据第二电压和第二电流，确定各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当各联网设备为1、2、…、k按顺序连接并存在串联关系时，计算模块，根据聚合各联网设备1、2、…、k的频率耦合阻抗模型矩阵到目标节点k的公式完成计算，公式为：

其中，

为节点j与节点k的工频电压相位差，Z_j为联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，j为小于k的所有正整数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当连接在同一目标节点g上的各联网设备为1、2、…、n存在并联关系时，计算模块，根据聚合各联网设备1、2、…、n的频率耦合阻抗模型矩阵到并联目标节点g的公式完成计算，公式为：

其中，Z_i为联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，i为小于等于n的所有正整数。

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为本发明实施例的一种测量联网设备频率耦合阻抗模型矩阵的场景示意图；

图2为本发明实施例的一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的一种串联联网设备的场景示意图；

图4为本发明实施例的一种并联联网设备的场景示意图；

图5为本发明实施例的一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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。

为了便于理解本发明，在对本发明实施例的静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法进行说明之前，首先定义计算联网设备的频率耦合阻抗模型方程，定义如下：

其中，联网设备对应的频率耦合阻抗模型矩阵为二维矩阵Z。

Z₁₁和Z₂₂称为自阻抗，Z₁₂和Z₂₁称为互阻抗。

公式(1)中，

分别为在联网设备对应的阻抗测量点测得的两个耦合频率的电压分量，

分别为测得的两个耦合频率的电流分量，耦合指两个电压分量或两个电流分量的频率之和为2倍工频，右上标“*”表示取共轭，公式(1)中，各电压电流分量均以工频电压相位为基准，即工频电压

如图1所示的系统，假设节点a处工频正序电压相位为0，则在节点a处测量待测联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵可表示为Z。

若节点a处的工频正序电压相位为

则从节点a看向待测联网设备的频率耦合阻抗模型可表示为：

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法和装置。

图2为本发明实施例的一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法的流程示意图。

如图2所示，该基于静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算方法，包括：

步骤101，获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵。

具体的，根据各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵的定义，在计算获得各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵前，需要在各联网设备的阻抗测量点测得各联网设备的两组耦合频率的电压分量

和对应的电流分量

然后代入公式(1)中，即可获得各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵。当然，在一些可能的实施例中，也可以通过理论计算，获得各联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵。

需要说明的是，当各联网设备为串联关系时，在获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵时，需要先在电网的各个节点处测量各联网设备的包括两组耦合频率的第一电压分量和第一电流分量，然后将测得的两组耦合频率的第一电压分量和第一电流分量代入公式(1)中，确定各串联联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

而当各联网设备为并联关系时，在获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵时，需要先在目标节点处测量各联网设备的包括两组耦合频率的第二电压分量和第二电流分量，然后将测得的两组耦合频率的第二电压分量和第二电流分量代入公式(1)中确定各并联联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

步骤102，通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。

其中，由于各联网设备在电网中连接的拓扑关系的多样化，连接到目标节点的各联网设备之间的串并联关系也具有多样性，在聚合各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵到目标节点的过程中，需要使用不同的计算公式。

具体的，当各联网设备1、2、…、k按顺序连接并存在串联关系时，如图3所示，为了便于理解，首先分析将串联联网设备1和串联联网设备2的频率耦合阻抗模型聚合至节点2的方法：

在节点1测量得到的串联联网设备1的频率耦合阻抗模型为Z₁，在节点2测量得到的串联联网设备2的频率耦合阻抗模型为Z₂，在节点2处测得节点1与节点2工频电压相位差

则聚合后的频率耦合阻抗模型为：

Z′₂＝Φ₁₂ ^-1Z₁Φ₁₂+Z₂ 公式(4)

其中：

则将串联联网设备1、2、…、k的频率耦合阻抗模型聚合至k点的方法是：

测到各节点j与节点k的工频电压相位差

再使用公式(6)将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点k，得到将各联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点k以后的频率耦合阻抗模型矩阵Z′_k。

其中，

为节点j与节点k的工频电压相位差，Z_j为联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，j为小于k的所有正整数。

当连接在同一目标节点g上的各联网设备1、2、…、n存在并联关系时，如图4所示，则首先在节点g测量得到的并联设备1、2、…、n的频率耦合阻抗模型分别为Z₁、Z₂、…、Z_n，将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点g的公式为：

其中，Z_i为联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，i为小于等于n的所有正整数。

当连接到同一目标节点p上的各联网设备即存在串联关系，又存在并联关系的时候，可以先在串联电路上增加辅助目标节点p_x，将串联电路上的联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵聚合至辅助目标节点p_x，聚合以后，再将并联在辅助目标节点p_x的联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵聚合至辅助目标节点p_x，然后依次类推，最终得到目标节点p的频率耦合阻抗模型矩阵。

综上所述，通过获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵，然后通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。由此，给出了电网中频率耦合阻抗模型聚合的计算方法，为复杂频率耦合阻抗网络模型的聚合提供了理论依据，实现根据目标频率耦合阻抗模型矩阵的频率特性判断系统稳定性，从而提高系统稳定性判断的准确性。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型矩阵的聚合计算装置。

图5为本发明实施例提供的一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型矩阵的聚合计算装置的结构示意图。

如图5所示，该装置包括：获取模块501、计算模块502。

获取模块501，用于获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵。

计算模块502，用于通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。

进一步地，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，当各联网设备为串联关系时，获取模块501用于在电网的各个节点处测量各联网设备的第一电压和第一电流；根据第一电压和第一电流，确定各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

进一步地，在本发明实施例的一种可能的实现方式中，当各联网设备为并联关系时，获取模块501用于在电网的目标节点处测量各联网设备的第二电压和第二电流；根据第二电压和第二电流，确定各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当各联网设备为1、2、…、k按顺序连接并存在串联关系时，计算模块502聚合各联网设备1、2、…、k的频率耦合阻抗模型矩阵到目标节点k的公式为：

其中，

为节点j与节点k的工频电压相位差，Z_j为联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，j为小于k的所有正整数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当连接在同一目标节点g上的各联网设备为1、2、…、n存在并联关系时，计算模块502聚合各联网设备1、2、…、n的频率耦合阻抗模型矩阵到并联目标节点g的公式为：

其中，Z_i为联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，i为小于等于n的所有正整数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当连接到同一目标节点p上的各联网设备即存在串联关系，又存在并联关系的时候，可以先在串联电路上增加辅助目标节点p_x，将串联电路上的联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵聚合至辅助目标节点p_x，聚合以后，再将并联在辅助目标节点p_x的联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵聚合至辅助目标节点p_x，然后依次类推，最终得到目标节点p的频率耦合阻抗模型矩阵。

需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。

本发明实施例的静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型聚合计算装置，获取模块获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵，计算模块通过预设公式将各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。由此，实现了电网中频率耦合阻抗模型聚合的计算，为复杂频率耦合阻抗网络模型的聚合提供了理论依据，实现根据目标频率耦合阻抗模型矩阵的频率特性判断系统稳定性，从而提高系统稳定性判断的准确性。

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。

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。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。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 (10)

1.一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型矩阵的聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵；

通过预设公式将所述各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述各联网设备为串联关系时，所述获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵，包括：

在电网的各个节点处测量所述各联网设备的第一电压和第一电流；

根据所述第一电压和所述第一电流，确定所述各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述各联网设备为并联关系时，所述获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵，包括：

在电网的所述目标节点处测量所述各联网设备的第二电压和第二电流；

根据所述第二电压和所述第二电流，确定所述各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述各联网设备为1、2、…、k按顺序连接并存在串联关系时，所述通过预设公式将所述各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵包括：

聚合所述各联网设备1、2、…、k的频率耦合阻抗模型矩阵到所述目标节点k的公式为：

其中，

为节点j与节点k的工频电压相位差，Z_j为所述联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，j为小于k的所有正整数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当连接在同一目标节点g上的所述各联网设备为1、2、…、n存在并联关系时，所述通过预设公式将所述各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵包括：

聚合所述各联网设备1、2、…、n的频率耦合阻抗模型矩阵到并联所述目标节点g的公式为：

其中，Z_i为所述联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，i为小于等于n的所有正整数。

6.一种静止坐标系下电网频率耦合阻抗模型矩阵的聚合计算装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取各联网设备对应的各频率耦合阻抗模型矩阵；

计算模块，用于通过预设公式将所述各频率耦合阻抗模型矩阵聚合到目标节点，得到目标频率耦合阻抗模型矩阵。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述各联网设备为串联关系时，所述获取模块，具体用于：

在电网的各个节点处测量所述各联网设备的第一电压和第一电流；

根据所述第一电压和所述第一电流，确定所述各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述各联网设备为并联关系时，所述获取模块，具体用于：

在电网的所述目标节点处测量所述各联网设备的第二电压和第二电流；

根据所述第二电压和所述第二电流，确定所述各联网设备的各频率耦合阻抗模型矩阵。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述各联网设备为1、2、…、k按顺序连接并存在串联关系时，所述计算模块，具体用于：

根据聚合所述各联网设备1、2、…、k的频率耦合阻抗模型矩阵到所述目标节点k的公式完成计算，所述公式为：

其中，

为节点j与节点k的工频电压相位差，Z_j为所述联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，j为小于k的所有正整数。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当连接在同一目标节点g上的所述各联网设备为1、2、…、n存在并联关系时，所述计算模块，具体用于：

根据聚合所述各联网设备1、2、…、n的频率耦合阻抗模型矩阵到并联所述目标节点g的公式完成计算，所述公式为：

其中，Z_i为所述联网设备的频率耦合阻抗模型矩阵，i为小于等于n的所有正整数。

Images