CN113221367B - 一种电力电子电源区域稳定性判据的方法及装置 - Google Patents

一种电力电子电源区域稳定性判据的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力电子电源区域稳定性判据的方法及装置，其中方法包括：计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1；计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2；基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据。

Description

一种电力电子电源区域稳定性判据的方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统建模技术领域，更具体地，涉及一种电力电子电源区域稳定性判据的方法及装置。
背景技术
近年来，我国的风电、光伏等新能源发电事业进入大规模发展阶段，传统电力系统正快速呈现出高比例电力电子化和高比例新能源电源的新特征。我国的风能、太阳能等新能源具有分布集中度高、开发集中连片的特点，促使电力电子电源场站多以集中并网方式接入交流电力系统，现已于我国“三北”地区形成了多个电力电子电源场站密集落点的大规模电力电子电源发电基地，对送端系统的安全稳定性提出了更大的挑战。
传统短路比(short circuit ratio,SCR)已广泛应用于电力电子电源送端系统的并网稳定性分析，并取得了一定的应用成果。然而，高比例电力电子电源区域的稳定特性、动态过程与单场站并网系统存在明显差异。具体而言，高比例电力电子电源区域往往具有并网落点密集、场站间电气距离相对较近的特点，极易出现由并网变换器间强耦合关系引发的持续功率振荡，造成局部电力系统的系统强度不足；此外，经同一并网点密集接入的各电力电子电源场站还具有机组类型多样、控制器参数不同、动态特性各异的特点，其抗扰能力和受扰后的功率恢复过程存在明显差异，难以采用机理建模的方法实现精确估计。
高比例电力电子电源区域的稳定特性、动态过程与单场站并网系统存在明显差异。现有技术以单个电力电子电源场站为研究对象的电力系统稳定性评估方法，忽略了电力电子电源场站间的功率交互作用及其影响，使得基于此方法的稳定性分析结果存在漏判或误判的可能性，限制了其在高比例电力电子电力系统中的应用。
因此，需要一种技术，以实现对电力电子电源区域稳定性判据进行确定。
发明内容
本发明技术方案提供一种用电力电子电源区域稳定性判据的方法及装置，以解决如何对电力电子电源区域稳定性判据进行确定的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种电力电子电源区域稳定性判据的方法，所述方法包括：
计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1；
计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2；
基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据。
优选地，所述计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2，包括：
计算第k个电力电子电源区域的馈入容量Sg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000021
其中，Sgi为第i个电力电子电源场站的馈入容量，l为电力电子电源场站的数量；
计算第k个电力电子电源场站的参与因子wi为：
Figure BDA0003078057920000022
计算第k个电力电子电源区域的等效电压值Ug|区域k为：
Figure BDA0003078057920000031
其中，Ugi为第i个电力电子电源场站的电压值；
计算第k个电力电子电源区域的等效阻抗值Zg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000032
其中，Zgi为第i个电力电子电源场站的等效阻抗值；
第k个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域k为：
Figure BDA0003078057920000033
依次计算所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域静态统一性判据指标向量USI2：
USI2＝[USI2|区域1 … USI2|区域m]
USI2|区域1为第1个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，USI2|区域m为第m个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据。
优选地，所述计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1，包括：
计算第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和除当前电力电子电源区域的其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)；
基于所述第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)计算第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)；
基于所述第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)计算第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)；
基于所述第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)计算述第k个电力电子电源区域的动态统一性判据；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域动态统一性判据指标向量USI1：
USI1＝[USI1|区域1 … USI1|区域m]
USI1|区域1为第1个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，USI1|区域m为第m个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据。
优选地，所述基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据，还包括：
Figure BDA0003078057920000041
优选地，还包括：所述电力电子电源区域包括多个电力电子电源场站；
所述电力电子电源场站包括：直驱风机、双馈风机。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种电力电子电源区域稳定性判据的装置，所述装置包括：
计算单元，用于计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1；计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2；
结果单元，用于基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据。
优选地，所述计算单元，用于计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2，用于：
计算第k个电力电子电源区域的馈入容量Sg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000051
其中，Sgi为第i个电力电子电源场站的馈入容量，l为电力电子电源场站的数量；
计算第k个电力电子电源场站的参与因子wi为：
Figure BDA0003078057920000052
计算第k个电力电子电源区域的等效电压值Ug|区域k为：
Figure BDA0003078057920000053
其中，Ugi为第i个电力电子电源场站的电压值；
计算第k个电力电子电源区域的等效阻抗值Zg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000054
其中，Zgi为第i个电力电子电源场站的等效阻抗值；
第k个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域k为：
Figure BDA0003078057920000055
依次计算所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域静态统一性判据指标向量USI2：
USI2＝[USI2|区域1 … USI2|区域m]
USI2|区域1为第1个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，USI2|区域m为第m个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据。
优选地，所述计算单元还用于：
计算第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和除当前电力电子电源区域的其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)；
基于所述第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)计算第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)；
基于所述第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)计算第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)；
基于所述第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)计算述第k个电力电子电源区域的动态统一性判据；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域动态统一性判据指标向量USI1：
USI1＝[USI1|区域1 … USI1|区域m]
USI1|区域1为第1个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，USI1|区域m为第m个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据。
优选地，所述计算单元用于基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据，还用于：
Figure BDA0003078057920000061
优选地，还包括：所述电力电子电源区域包括多个电力电子电源场站；
所述电力电子电源场站包括：直驱风机、双馈风机。
本发明技术方案实现了对高比例电力电子电源区域安全稳定性的有效评估，并提出了一种考虑场站间交互作用强度的区域稳定性分析方法，构造了基于多维评价指标的高比例电力电子电力系统安全稳定性评估框架。
附图说明
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一种电力电子电源区域稳定性判据的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的一种用于确定电力电子电源区域稳定性判据的方法流程图；
图3为根据本发明优选实施方式的实际电力系统模型示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的实际电网算例的时域仿真结果示意图；以及
图5为根据本发明优选实施方式的一种电力电子电源区域稳定性判据的装置结构图。
具体实施方式
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。
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。
图1为根据本发明优选实施方式的一种用于确定电力电子电源区域稳定性判据的方法流程图。本发明提供了一种面向高比例电力电子电力系统的电力电子电源区域稳定性判据的方法及系统。本发明提出了区域动态统一性稳定判据(unification stabilityindex of dynamic state,USI1)和区域静态统一性稳定判据(unification stabilityindex of static state,USI2)的定义与计算方法，并论述了其物理含义与理论依据；此外，本发明还提出了由区域动态判据USI1、区域静态判据USI2组成的电力电子电源区域稳定性评估指标体系，构建了计及电力电子电源场站、电力电子电源区域的稳定性评估框架。
如图1所示，本发明提供了一种用于确定电力电子电源区域稳定性判据的方法，方法包括：
优选地，在步骤101：计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1。优选地，还包括：电力电子电源区域包括多个电力电子电源场站；电力电子电源场站包括：直驱风机、双馈风机。
本发明基于实际高比例电力电子电力系统建立其仿真模型，高比例电力电子电力系统包括多个由电力电子电源场站组成的电力电子电源区域。电力电子电源场站包括了直驱风机、双馈风机等类型的电力电子电源机组；电力电子电源区域中的电力电子电源场站经同一枢纽变集中馈入送端交流系统；送端交流系统由于馈入大量电力电子电源，而具有系统强度较弱的特点。
假设高比例电力电子电力系统中共包含m个电力电子电源区域、n个电力电子电源场站(m≤n)。其中，第k个电力电子电源区域包含l个电力电子电源场站。
优选地，计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1，包括：
计算第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和除当前电力电子电源区域的其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)；
基于第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)计算第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)；
基于第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)计算第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)；
基于第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)计算述第k个电力电子电源区域的动态统一性判据；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域动态统一性判据指标向量USI1：
USI1＝[USI1|区域1 … USI1|区域m]
USI1|区域1为第1个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，USI1|区域m为第m个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据。
本发明基于电力电子电源区域的闭环传递函数计算其等效传递函数，并将其转换为频率响应矩阵形式；将电力电子电源区域中各信道的动态判据指标最小值定义为该区域的区域动态判据USI1，进而形成包含电力系统中各电力电子电源区域动态稳定性信息的动态判据指标，用以实现电力电子电源区域的安全稳定性风险的精确计算；
步骤101具体包括以下步骤：
步骤101-1：计算或辨识得到第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和其余电力系统的传递函数矩阵Gs(s)；
步骤101-2：基于Gg(s)和Gs(s)，计算第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)；
步骤101-3：基于Geq|区域k，得到第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)；
步骤101-4：计算第k个电力电子电源区域中各信道的动态判据指标USI1|区域k,ij；
步骤101-5：计算第k个电力电子电源区域的动态判据指标USI1|区域k；
步骤101-6：重复上述步骤，直至计算完成电力系统中所有电力电子电源区域的动态判据指标向量。
步骤101-1中，基于高比例电力电子电力系统模型计算其闭环传递函数，进而得到第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg，k(s)和其余电力系统的传递函数矩阵Gs,k(s)；
步骤101-2中，第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)为：
Geq|区域k(s)＝Gs,k(s)Gg,k(s)
步骤101-4中，第k个电力电子电源区域中各信道的动态判据指标USI1|区域k,ij：
Figure BDA0003078057920000101
其中，Geq|区域k,ij(s)为频率响应矩阵Geq|区域k(jω)中第i行j列的值。
步骤101-5中，计算第k个电力电子电源区域的动态判据指标USI1|区域k为：
USI1|区域k＝min{USI1|区域k,ij}
其中，min{·}表示计算频率响应矩阵在各信道中的最小值，并将其定义为电力电子电源区域k的动态统一性判据指标。
步骤101-6中，重复上述步骤，直至计算完成电力系统中所有电力电子电源区域的动态统一性判据指标，进而形成电力系统的电力电子电源区域动态统一性判据指标向量USI1，可表示为：
USI1＝[USI1|区域1 … USI1|区域m]
最后，形成电力系统中各电力电子电源区域的统一性判据指标矩阵(USI)，计算公式如下：
Figure BDA0003078057920000111
优选地，在步骤102：计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2。
优选地，计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2，包括：
计算第k个电力电子电源区域的馈入容量Sg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000112
其中，Sgi为第i个电力电子电源场站的馈入容量，l为电力电子电源场站的数量；
计算第k个电力电子电源场站的参与因子wi为：
Figure BDA0003078057920000113
计算第k个电力电子电源区域的等效电压值Ug|区域k为：
Figure BDA0003078057920000114
其中，Ugi为第i个电力电子电源场站的电压值；
计算第k个电力电子电源区域的等效阻抗值Zg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000115
其中，Zgi为第i个电力电子电源场站的等效阻抗值；
第k个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域k为：
Figure BDA0003078057920000121
依次计算所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域静态统一性判据指标向量USI2：
USI2＝[USI2|区域1 … USI2|区域m]
USI2|区域1为第1个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，USI2|区域m为第m个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据。
本发明基于电力电子电源区域的静态等效模型计算其区域静态判据USI2，进而形成包含电力系统中各电力电子电源区域静态稳定性信息的区域静态判据指标向量；并依据《电力系统安全稳定导则》实现高风险电力电子电源区域的初筛。
步骤具体包括以下步骤：
步骤102-1：计算电力电子电源区域的馈入容量；
步骤102-2：计算电力电子电源场站的权重因子；
步骤102-3：计算电力电子电源区域的等效电压值；
步骤102-4：计算电力电子电源区域的等效阻抗值；
步骤102-5：计算电力电子电源区域的静态统一性稳定判据；
步骤102-6：重复上述步骤，直至计算完成电力系统中所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据。
步骤102-1中，第k个电力电子电源区域的馈入容量Sg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000122
其中，Sgi为第i个电力电子电源场站的馈入容量，单位：M·VA。
步骤102-2中，第k个电力电子电源场站的参与因子wi为：
Figure BDA0003078057920000131
步骤102-3中，第k个电力电子电源区域的等效电压值Ug|区域k为：
Figure BDA0003078057920000132
其中，Ugi为第i个电力电子电源场站的电压值，单位：kV。
步骤102-4中，第k个电力电子电源区域的等效阻抗值Zg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000133
其中，Zgi为第i个电力电子电源场站的等效阻抗值，单位：Ω。
步骤102-5中，第k个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域k为：
Figure BDA0003078057920000134
步骤102-6中：重复上述步骤，依次计算完成电力系统中所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域k，进而组成高比例电力电子电力系统中电力电子电源区域的统一性稳定判据向量USI2，可表示为：
USI2＝[USI2|区域1 … USI2|区域m]。
优选地，在步骤103：基于区域的动态统一性判据指标向量USI1和区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据。
优选地，基于区域的动态统一性判据指标向量USI1和区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据，还包括：
Figure BDA0003078057920000141
本发明提出的一种基于多变量频域控制理论的区域统一性稳定指标，从控制理论角度实现了对高比例电力电子电力系统稳定性的统一度量；
本发明提出的区域统一性稳定判据计及了电力电子电源场站间存在的交互作用，可以准确反映并网系统的失稳风险，为大规模高比例电力电子电力系统失稳风险高效评估提供了解决方案；
本发明提出的稳定性评估方法适用于多种电力电子电源场站类型、不同动态特性的高比例电力电子电力系统，基于实际工程的案例验证了本文方法的有效性。
以下对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供了一种面向高比例电力电子电力系统的电力电子电源区域稳定性判据算法及系统，方法包括以下步骤：
步骤1：算法准备工作；
步骤2：计算区域动态判据USI1；
步骤3：计算区域静态判据USI2；
步骤4：形成电力电子电源区域的统一性指标体系(USI)；
步骤1中，基于实际高比例电力电子电力系统建立其仿真模型(如图3)高比例电力电子电力系统包含电力电子电源区域A、B、C。其中，电力电子电源区域A包含电力电子电源场站W1～7，电力电子电源区域B包含电力电子电源场站W8～14，电力电子电源区域C包含电力电子电源场站W15～16。此外，电力电子电源送端系统包含6台火电机组，并通过一回直流送出至受端系统。
步骤2中，基于电力电子电源区域的静态等效模型计算其静态判据USI2，进而形成包含电力系统中各电力电子电源区域静态稳定性信息的静态判据指标向量；并依据《电力系统安全稳定导则》实现高风险电力电子电源区域的初筛。
步骤2具体包括以下步骤：
步骤2-1：计算电力电子电源区域的馈入容量；
步骤2-2：计算电力电子电源场站的权重因子；
步骤2-3：计算电力电子电源区域的等效电压值；
步骤2-4：计算电力电子电源区域的等效阻抗值；
步骤2-5：计算电力电子电源区域的静态判据USI2；
步骤2-6：重复上述步骤，直至计算完成电力系统中所有电力电子电源区域的静态判据USI2。
步骤2-1中，第k个电力电子电源区域的馈入容量Sg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000151
其中，Sgi为第i个电力电子电源场站的馈入容量，单位：M·VA。
步骤2-2中，第k个电力电子电源场站的参与因子wi为：
Figure BDA0003078057920000152
步骤2-3中，第k个电力电子电源区域的等效电压值Ug|区域k为：
Figure BDA0003078057920000153
其中，Ugi为第i个电力电子电源场站的电压值，单位：kV。
步骤2-4中，第k个电力电子电源区域的等效阻抗值Zg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000154
其中，Zgi为第i个电力电子电源场站的等效阻抗值，单位：Ω。
步骤2-5中，第k个电力电子电源区域的静态统一性指标判据USI2|区域k为：
Figure BDA0003078057920000155
步骤2-6中：重复上述步骤，依次计算完成电力系统中所有电力电子电源区域的静态统一性指标判据USI2|区域k，进而组成高比例电力电子电力系统中电力电子电源区域的区域静态判据USI2，可表示为：
USI2＝[USI2|区域1 … USI2|区域m] (17)
如图3的高比例电力电子电力系统中，基于静态统一性指标判据对电力电子电源区域进行风险初筛。依据步骤2的流程，计算各电力电子电源区域的USI2，计算结果如表1所示。计算结果表明：电力电子电源区域A和B的USI2计算值为2.024，接近临界稳定值USI2_max，电力电子电源区域C的USI2计算值为1.785，已明显低于临界稳定值USI2_max。3个电力电子电源区域USI2均偏低，应归入高风险集，并对其开展进一步的风险程度精确计算。
表1
Figure BDA0003078057920000161
步骤3中，基于电力电子电源区域的闭环传递函数计算其等效传递函数，并将其转换为频率响应矩阵形式；将电力电子电源区域中各信道的动态统一性判据最小值定义为该区域的区域动态判据USI1，进而形成包含电力系统中各电力电子电源区域动态稳定性信息的区域动态判据指标向量，用以实现电力电子电源区域的安全稳定性风险的精确计算；
步骤3具体包括以下步骤：
步骤3-1：计算或辨识得到第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和其余电力系统的传递函数矩阵Gs(s)；
步骤3-2：基于Gg(s)和Gs(s)，计算第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)；
步骤3-3：基于Geq|区域k，得到第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)；
步骤3-4：计算第k个电力电子电源区域中各信道的区域动态判据USI1|区域k,ij；
步骤3-5：计算第k个电力电子电源区域的区域动态判据USI1区域k；
步骤3-6：重复上述步骤，直至计算完成电力系统中所有电力电子电源区域的动态判据。
步骤3-1中，基于高比例电力电子电力系统模型计算其闭环传递函数，进而得到第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg,k(s)和其余电力系统的传递函数矩阵Gs,k(s)；
步骤3-2中，第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)为：
Geq|区域k(s)＝Gs,k(s)Gg,k(s) (18)
步骤3-4中，第k个电力电子电源区域中各信道的动态统一性判据USI1|区域k,ij：
Figure BDA0003078057920000171
其中，Geq|区域k,ij(s)为频率响应矩阵Geq|区域k(jω)中第i行j列的值。
步骤3-5中，计算第k个电力电子电源区域的动态统一性判据USI1|区域k为：
USI1|区域k＝min{USI1|区域k,ij} (20)
其中，min{·}表示计算频率响应矩阵在各信道中的最小值，并将其定义为电力电子电源区域k的动态统一性判据。
步骤3-6中，重复上述步骤，直至计算完成电力系统中所有电力电子电源区域的动态统一性判据，进而形成电力系统的电力电子电源区域动态统一性判据向量USI1，可表示为：
USI1＝[USI1|区域1 … USI1|区域m] (21)
如图3的高比例电力电子电力系统中，基于动态统一性判据对电力电子电源区域的安全稳定性风险进行精确计算。依据步骤3的流程，计算各电力电子电源区域的USI1，计算结果如表2所示。计算结果表明：电力电子电源区域A的USI1计算值为0.414，已明显低于安全稳定边界。电力电子电源区域B和C的USI1计算值分别为1.427、1.371，均大于安全稳定边界，且具有一定的稳定裕度。基于计算结果的分析结论可归结为：电力电子电源区域A存在较大的安全稳定性问题，电力系统将因电力电子电源区域A引发的稳定性问题而处于危险状态。
表2
Figure BDA0003078057920000181
步骤4中，形成电力系统中各电力电子电源区域的统一性稳定判据矩阵(USI)，计算公式如下：
Figure BDA0003078057920000182
为了验证本发明的电力电子电源区域统一性稳定判据的有效性。基于特征根分析法对本例的高比例电力电子电力系统进行稳定性分析，计算结果如表3所示。分析结果表明：本应用实例共存在5个振荡模式。其中，振荡模式1为电力电子电源区域A中场站W1和W7对交流系统的振荡模式，其振荡频率约为27.38Hz，阻尼比小于零，为本应用实例的主导振荡模式。因此，本应用实例并网系统出现的功率振荡由的发散振荡后，快速波及全网。电力电子电源区域A引发，经过约0.25s。
表3
Figure BDA0003078057920000183
本发明基于时域仿真法复核本应用实例的有效性，小扰动下的电力系统将出现发散的功率振荡。如图4。本文提出的区域统一性稳定判据方法得到了与特征根分析方法、时域仿真法相一致的稳定性评估结果，且存在着明显的计算效率优势。
图5为根据本发明优选实施方式的一种电力电子电源区域稳定性判据的装置结构图。如图5所示，本发明提供一种电力电子电源区域稳定性判据的装置，装置包括：
计算单元501，用于计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1；计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2。优选地，还包括：电力电子电源区域包括多个电力电子电源场站；电力电子电源场站包括：直驱风机、双馈风机。
优选地，计算单元501，用于计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2，还用于：
计算第k个电力电子电源区域的馈入容量Sg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000191
其中，Sgi为第i个电力电子电源场站的馈入容量，l为电力电子电源场站的数量；
计算第k个电力电子电源场站的参与因子wi为：
Figure BDA0003078057920000192
计算第k个电力电子电源区域的等效电压值Ug|区域k为：
Figure BDA0003078057920000201
其中，Ugi为第i个电力电子电源场站的电压值；
计算第k个电力电子电源区域的等效阻抗值Zg|区域k为：
Figure BDA0003078057920000202
其中，Zgi为第i个电力电子电源场站的等效阻抗值；
第k个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域k为：
Figure BDA0003078057920000203
依次计算所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域静态统一性判据指标向量USI2：
USI2＝[USI2|区域1 … USI2|区域m]
USI2|区域1为第1个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，USI2|区域m为第m个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据。
优选地，计算单元501还用于：
计算第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和除当前电力电子电源区域的其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)；
基于第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)计算第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)；
基于第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)计算第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)；
基于第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)计算述第k个电力电子电源区域的动态统一性判据；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域动态统一性判据指标向量USI1：
USI1＝[USI1|区域1 … USI1|区域m]
USI1|区域1为第1个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，USI1|区域m为第m个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据。
优选地，计算单元501用于基于区域的动态统一性判据指标向量USI1和区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据，还用于：
Figure BDA0003078057920000211
结果单元502，用于基于区域的动态统一性判据指标向量USI1和区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据。
本发明优选实施方式的一种电力电子电源区域稳定性判据的装置500与本发明优选实施方式的一种电力电子电源区域稳定性判据的方法100相对应，在此不再进行赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
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。
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。
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。
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。
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。

Claims (6)

1.一种生成电力电子电源区域稳定性判据的方法，所述方法包括：
计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1，包括：
计算第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和除当前电力电子电源区域的其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)；
基于所述第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)计算第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)；
基于所述第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)计算第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)；
基于所述第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)计算述第k个电力电子电源区域的动态统一性判据；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域动态统一性判据指标向量USI1：
USI1＝[USI1|区域1 … USI1|区域m]
USI1|区域1为第1个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，USI1|区域m为第m个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据；
计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2，包括：
计算第k个电力电子电源区域的馈入容量Sg|区域k为：
Figure FDA0003507058370000011
其中，Sgi为第i个电力电子电源场站的馈入容量，l为电力电子电源场站的数量；
计算第k个电力电子电源场站的参与因子wi为：
Figure FDA0003507058370000021
计算第k个电力电子电源区域的等效电压值Ug|区域k为：
Figure FDA0003507058370000022
其中，Ugi为第i个电力电子电源场站的电压值；
计算第k个电力电子电源区域的等效阻抗值Zg|区域k为：
Figure FDA0003507058370000023
其中，Zgi为第i个电力电子电源场站的等效阻抗值；
第k个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域k为：
Figure FDA0003507058370000024
依次计算所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域静态统一性判据指标向量USI2：
USI2＝[USI2|区域1 … USI2|区域m]
USI2|区域1为第1个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，USI2|区域m为第m个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据；
基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据。
2.根据权利要求1所述的方法，所述基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据，还包括：
Figure FDA0003507058370000031
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：所述电力电子电源区域包括多个电力电子电源场站；
所述电力电子电源场站包括：直驱风机、双馈风机。
4.一种生成电力电子电源区域稳定性判据的装置，所述装置包括：
计算单元，用于计算电力电子电源区域中各区域的动态统一性判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域的动态统一性判据指标向量USI1，计算第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和除当前电力电子电源区域的其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)；
基于所述第k个电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述其余电力电子电源区域的传递函数矩阵Gs(s)计算第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)；
基于所述第k个电力电子电源区域的等效传递函数矩阵Geq|区域k(s)计算第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)；
基于所述第k个电力电子电源区域的频率响应矩阵Geq|区域k(jω)计算述第k个电力电子电源区域的动态统一性判据；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，基于各区域的动态统一性判据生成区域动态统一性判据指标向量USI1：
USI1＝[USI1|区域1 … USI1|区域m]
USI1|区域1为第1个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据，USI1|区域m为第m个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据；计算电力电子电源区域中各区域的静态统一性判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域的静态统一性判据指标向量USI2，用于：
计算第k个电力电子电源区域的馈入容量Sg|区域k为：
Figure FDA0003507058370000041
其中，Sgi为第i个电力电子电源场站的馈入容量，l为电力电子电源场站的数量；
计算第k个电力电子电源场站的参与因子wi为：
Figure FDA0003507058370000042
计算第k个电力电子电源区域的等效电压值Ug|区域k为：
Figure FDA0003507058370000051
其中，Ugi为第i个电力电子电源场站的电压值；
计算第k个电力电子电源区域的等效阻抗值Zg|区域k为：
Figure FDA0003507058370000052
其中，Zgi为第i个电力电子电源场站的等效阻抗值；
第k个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域k为：
Figure FDA0003507058370000053
依次计算所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，基于各区域的静态统一性判据生成区域静态统一性判据指标向量USI2：
USI2＝[USI2|区域1 … USI2|区域m]
USI2|区域1为第1个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据，USI2|区域m为第m个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据；
结果单元，用于基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据。
5.根据权利要求4所述的装置，所述计算单元用于基于所述区域的动态统一性判据指标向量USI1和所述区域的静态统一性判据指标向量USI2生成电力电子电源区域稳定性的统一性判据，还用于：
Figure FDA0003507058370000061
6.根据权利要求4所述的装置，还包括：所述电力电子电源区域包括多个电力电子电源场站；
所述电力电子电源场站包括：直驱风机、双馈风机。
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