CN113270878B - 一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统 - Google Patents

一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统，方法包括：结合各种影响因素，建立不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型；对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度，从而实现从多种影响因素出发，全面分析风电场并网系统的谐振。

Description

一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统
技术领域
本发明涉及风力发电并网系统电能质量分析领域，具体涉及一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统。
背景技术
高频谐振问题在电力电子变流器应用场景频繁发生，为电网的安全稳定运行带来了极大挑战。近年来，直驱风电场也有相关事故案例报道，引起国内外部分学者关注。随着风力发电装机容量提高，高频谐振现象将愈发显著，造成更严重影响。
有学者基于简单的单输入单输出模型分析了变流器控制参数对直驱风电场并网系统高频谐振稳定性的影响，基于说明了变流器延迟和电流控制环节的存在会导致系统出现高频谐振，但场景相对简单，参数影响分析不够全面。有学者进一步通过对大型直驱风电场并网的控制系统、滤波结构、电缆参数等的详细频域建模，从阻抗模型出发分析了系统高频谐振问题，确定高频谐振频率，并进行了相关仿真验证。但其控制系统结构考虑不全，且仅提出谐振频率确定方法，未涉及谐振影响程度。
目前相关机理分析表明该谐振问题是由于机组变流器控制系统与电网交互作用引起。同时，大规模风电场并网系统，其风电场内部机组间交互影响不可忽略，综合讨论上述两类交互影响，考虑多种扰动源的高频谐振分析技术尚存在空白。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的考虑多种扰动源的高频谐振分析技术尚存在空白的缺陷，从而提供一种风电场并网系统的谐振分析方法及系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种风电场并网系统的谐振分析方法，风电场并网系统包括多个直驱风机，分析方法包括：基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型；对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度。
在一实施例中，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型的过程，包括：对于单个直驱风机，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型；基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型。
在一实施例中，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型的过程，包括：基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构，建立各控制环节的传递函数模型；根据直驱风机控制系统的各控制环节的传递函数模型、延时的传递函数模型及调制增益，建立直驱风机控制系统的传递函数模型。
在一实施例中，基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型的过程，包括：对于风电场并网系统的每个节点，注入扰动电流，直驱风机等效为单端口网络，根据单端口网络及直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电流扰动的直驱风机单机等效导纳模型；对于风电场并网系统的每个节点，注入电压扰动，直驱风机等效为双端口网络，根据双端口网络及直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电压扰动的直驱风机单机等效导纳模型。
在一实施例中，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型的过程，包括：根据每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，采用单机聚合模型等效各子风电场，得到不同扰动频率下的各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型；根据子风电场的数量与非子风电场电路节点，结合各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型，得到不同扰动频率下的风电场并网系统等效导纳网络模型。
在一实施例中，对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点的过程，包括：对不同扰动频率下的风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，得到不同频率下的特征向量矩阵、特征向量逆矩阵及特征值矩阵；基于不同频率下的特征逆向量矩阵，得到节点电压方程，并基于节点电压方程，得到不同扰动频率下的模态电压向量、模态电流向量；采用模态分析方法，根据不同扰动频率下的模态电压向量、模态电流向量，对不同扰动频率进行分析，将特征值的倒数的极大值对应的频率作为该谐振模态的谐振频率；基于每个谐振模态的谐振频率下的特征向量矩阵、特征逆向量矩阵，计算得到每个节点在每个谐振模态的参与因子；将在预设范围内的参与因子对应的节点作为主谐振点。
在一实施例中，基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度的过程，包括：对于风电场并网系统中的任意一个节点，令该节点注入预设频率、预设电流幅值的扰动电流，其余节点的注入电流为零，基于特征值分解结果，得到其余节点对于扰动电流的电压-电流响应比；对于风电场并网系统中的任意一个节点，对其注入预设频率、预设电压幅值的扰动电压，基于特征值分解结果，得到各节点间谐波电压响应与扰动电压之比；当节点对于扰动电流的电压-电流响应比、间谐波电压响应与扰动电压之比越大时，判定该节点受到的谐振影响程度越大。
第二方面，本发明实施例提供一种风电场并网系统的谐振分析系统，包括：单机等效导纳模型模块，用于基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；系统等效导纳网络模型模块，用于将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型；模态分析模块，用于对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；响应分析模块，用于基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第一方面的风电场并网系统的谐振分析方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第一方面的风电场并网系统的谐振分析方法。
本发明技术方案，具有如下优点：依次分别描述独立权利要求的优点和从属权利要求的优点。
本发明提供的风电场并网系统的谐振分析方法及系统，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下所述风电场并网系统等效导纳网络模型；对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度，从而实现从多种影响因素出发，全面分析风电场并网系统的谐振，填补了目前研究对于大规模直驱风电场并网系统高频谐振分析技术的空白。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的谐波分析方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例提供的电压前馈滤波控制框图；
图3为本发明实施例提供的电流内环控制框图；
图4为本发明实施例提供的控制系统延时示意图；
图5为本发明实施例提供的单端口等效模型；
图6为本发明实施例提供的双端口等效模型；
图7为本发明实施例提供的谐波分析系统的一个具体示例的流程图；
图8为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种风电场并网系统的谐振分析方法，应用于对电场进行高频谐振分析的场合，如图1所示，风电场并网系统包括多个直驱风机，分析方法包括步骤S11～步骤S14，具体如下：
步骤S11：基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型。
具体地，本发明实施例的直驱风机可等效为三相变流器，由于变流器的各控制环节、控制延时、扰动类型等因素会造成直驱风机谐振，故结合各种因素，建立不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型，其步骤S11包括步骤S21～步骤S22，具体如下：
步骤S21：对于单个直驱风机，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型。
具体地，本发明实施例基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构，建立各控制环节的传递函数模型，根据直驱风机控制系统的各控制环节的传递函数模型、延时的传递函数模型及调制增益，建立直驱风机控制系统的传递函数模型。
具体地，假设本发明实施例的直驱风机的控制策略以电流内环、电压前馈滤波环节为例，其中，基于图2所示的含基波补偿环节的电压前馈滤波环节，其传递函数模型如式(1)所示，图1中，Tf为滤波时间常数，Egα0和Egβ0为相角补偿前并网点电压对应的αβ坐标系分量；Egα和Egβ为相角补偿后的αβ坐标系分量，经αβdq变换得到Egd与Egq，T和T-1分别表示从αβ坐标系向幅值相角的变换与逆变换过程。Kf与
Figure BDA0003150865110000086
分别为基频量的幅值补偿项和相角补偿项，为使得基波不受前馈滤波的影响，补偿参数一般设定为如式(2)所示。
Figure BDA0003150865110000081
Figure BDA0003150865110000082
式(1)中，
Figure BDA0003150865110000083
为交流侧电压，
Figure BDA0003150865110000084
为滤波环节输出电压，此处及后文对电压、电流量均采用dq坐标系下例如
Figure BDA0003150865110000085
的复频域表示，Tf为前馈滤波时间常数，ω0＝50Hz。
此外，将传递函数记做Fe(s)，式(1)简记为
Figure BDA0003150865110000091
本发明实施例中，基于图3所示的电流内环结构，由于电流参考值Igref设计用于进行基频50Hz电流控制，在高频段该电流参考值为0，其传递函数模型如式(3)所示。
Figure BDA0003150865110000092
式(3)中，Kpi和Tii分别为电流内环PI控制器增益系数和积分时间常数；Lf为滤波器总滤波电感；
Figure BDA0003150865110000093
为变流器交流侧电流。
此外，式(3)可简记为
Figure BDA0003150865110000094
在实际工况中，三相变流器通常采用进行SVPWM调制，本发明实施例的采样及调制会造成控制系统输出信号延时，其延时机理如图4所示。图4中理想输出结果表示：控制系统输入信号连续，控制系统无延时，即时输出至SVPWM调制，且调制过程无延时，即时作用在系统中的理想情况。
实际上，采样与调制在时序上都是离散的，且采样时间常数Td与变流器开关频率fc互为倒数。在t0时刻采样电压、电流后，得到的电流内环输出结果
Figure BDA0003150865110000095
将在t1时刻作为控制信号输入给变流器的SVPWM调制环节进行电压调制，这一过程存在1Td的延时；而后，该
Figure BDA0003150865110000096
信号将持续控制SVPWM调制，直到t2时刻新的控制信号被输入。如图4中实际输出等效结果所示，在连续变化情况下这一过程可以等效为该控制信号作用在t1和t2的中间时刻，这一过程存在0.5Td的延时。因此，变流器控制系统实际输出到SVPWM调制环节的输出信号
Figure BDA0003150865110000097
与理论输出信号
Figure BDA0003150865110000098
存在总计1.5Td的系统延时，即其总延时传递函数模型为：
Figure BDA0003150865110000101
定义Fd(s)为延时环节传递函数，有：
Figure BDA00031508651100001010
因开关频率fc为kHz级，该延时在低频段影响很小，但会使高频段扰动响应结果出现相位偏移。在较严重情况，控制系统实际输出结果
Figure BDA0003150865110000102
与理论输出信号
Figure BDA0003150865110000103
反向，可能会引起系统对扰动的正反馈响应。
此外，SVPWM调制的调制增益为：
Figure BDA0003150865110000104
式(5)中，Udc为直流电压，
Figure BDA0003150865110000105
为变流器交流输出电压，定义KPWM＝Udc/2为SVPWM调制的传递函数。
综上所述，在不同扰动频率下，变流器输出电压
Figure BDA0003150865110000106
关于采样电压
Figure BDA0003150865110000107
及电流
Figure BDA0003150865110000108
的响应表达式，即直驱风机控制系统的传递函数模型如式(6)所示。
Figure BDA0003150865110000109
式(6)中，Gi(s)＝KPWMFi(s)Fd(s)，Ge(s)＝KPWMFe(s)Fd(s)。
步骤S22：基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型。
具体地，本发明实施例对于风电场并网系统的每个节点，注入扰动电流，直驱风机等效为单端口网络，根据单端口网络及直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电流扰动的直驱风机单机等效导纳模型；对于风电场并网系统的每个节点，注入电压扰动，直驱风机等效为双端口网络，根据双端口网络及直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电压扰动的直驱风机单机等效导纳模型。
具体地，本发明实施例分别基于电流扰动、电压扰动两类扰动分析的直驱风机单机等效导纳模型，其中，对系统某节点注入电流扰动
Figure BDA0003150865110000111
直驱风机等效为如图5所示的单端口网络，其等效导纳YWT_H：
Figure BDA0003150865110000112
式(7)中，
Figure BDA0003150865110000113
为对应LCL滤波器电感Lf1、Lf2和电容Cf的阻抗。
本发明实施例对变流器输出电压扰动
Figure BDA0003150865110000114
直驱风机等效为如图6所示的双端口网络，其滤波输出节点的等效输入导纳YWT_H与转移导纳YWT_Hx如式(8)所示，图6中节点X为变流器输出电压对应的虚拟扰动节点。
Figure BDA0003150865110000115
步骤S12：将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型。
具体地，本发明实施例考虑风电场内部拓扑与机组间相互作用，将风电场分为多个子风电场，结合电路拓扑与直驱风机高频导纳模型，建立大规模直驱风电场并网系统的节点导纳网络模型，其步骤S12包括步骤S31～步骤S32，具体如下：
步骤S31：根据每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，采用单机聚合模型等效各子风电场，得到不同扰动频率下的各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型。
具体地，本发明实施例将大规模风电场等效为Ni个子风电场，采用单机聚合模型等效各个子风电场，基于式(7)及式(8)，结合每个子风电场运行机组台数Nwt_i得到其对应式式(7)及式(8)的等效输入导纳与转移导纳：
Figure BDA0003150865110000121
步骤S32：根据子风电场的数量与非子风电场电路节点，结合各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型，得到不同扰动频率下的风电场并网系统等效导纳网络模型。
具体地，假设风电场并网系统中共含Ni个子风电场的系统以及Np个非子风电场电路节点，结合子风电场等效导纳模型与电路拓扑模型得到不同扰动频率下的风电场并网系统等效导纳网络模型YH。
其中，若仅考虑电流扰动，可仅采用单端口模型等效子风电场，YH含M＝Ni+Np个节点，若考虑变流器输出电压扰动，采用双端口模型等效子风电场，YH含M＝2Ni+Np个节点。
步骤S13：对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点。
具体地，本发明实施例步骤S12得到的风电场并网系统等效导纳网络模型YH是基于不同频率下的各个子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型得到到，因此对其进行特征值分析方法，可以得到，其步骤S13包括步骤S41～步骤S45，具体如下：
步骤S41：对不同扰动频率下的风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，得到不同频率下的特征向量矩阵、特征向量逆矩阵及特征值矩阵。
具体地，对风电场并网系统等效导纳网络模型YH进行特征值分解，有：
YH＝LHΛHTH (10)
式(10)中，
Figure BDA0003150865110000131
步骤S42：基于不同频率下的特征逆向量矩阵，得到节点电压方程，并基于节点电压方程，得到不同扰动频率下的模态电压向量、模态电流向量。
具体地，基于不同频率下的特征逆向量矩阵，得到节点电压方程
Figure BDA0003150865110000132
取
Figure BDA0003150865110000133
为矩阵YH特征值的倒数
Figure BDA0003150865110000134
构成的对角矩阵。因此，定义
Figure BDA0003150865110000135
为系统的模态阻抗，模态电压向量为VH＝THUH，模态电流向量JH＝THIH。
步骤S43：采用模态分析方法，根据不同扰动频率下的模态电压向量、模态电流向量，对不同扰动频率进行分析，将特征值的倒数的极大值对应的频率作为该谐振模态的谐振频率。
具体地，由于风电场并网系统等效导纳网络模型YH中元素随频率变化，当某频率下，YH某特征值λm接近0时，使得模态电压向量VH＝THUH对模态电流向量JH＝THIH响应很大，表现为系统在该频率的高频电压谐振，称该频率为系统的谐振模态频率。因此，通过对不同频率扰动进行模态分析，模态阻抗
Figure BDA0003150865110000136
极大值对应频率即为系统对应m谐振模态的高频谐振频率。
步骤S44：基于每个谐振模态的谐振频率下的特征向量矩阵、特征逆向量矩阵，计算得到每个节点在每个谐振模态的参与因子。
步骤S45：将在预设范围内的参与因子对应的节点作为主谐振点。
具体地，a节点在m谐振模态的参与因子PFam可表示为：
PFam＝LamTma (11)
式(11)中，Lam和Tma分别LH和TH矩阵中对应位置(a,m)和(m,a)的元素。
本发明实施例中，参与因子表明各个节点对谐振模态的敏感性，参与因子越大，谐振可能性越大，且谐振电压越容易被激励与观察。
步骤S14：基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度。
具体地，本发明实施例通过在某个节点注入扰动电流、扰动电压，分析其他节点对两种扰动的电压、电流响应，从而对风电场并网系统中每个节点的谐振敏感程度进行分析，其步骤S14包括步骤S51～步骤S53，具体如下：
步骤S51：对于风电场并网系统中的任意一个节点，令该节点注入预设频率、预设电流幅值的扰动电流，其余节点的注入电流为零，基于特征值分解结果，得到其余节点对于扰动电流的电压-电流响应比。
具体地，针对j节点频率为ωh幅值Ix的注入电流
Figure BDA0003150865110000141
扰动，令其余节点注入电流为0，得到节点注入电流向量Ih。节点电压关于扰动电流Ih的响应
Figure BDA0003150865110000142
则系统各节点电压关于j节点扰动电流的U-I响应比为：
Figure BDA0003150865110000143
式(12)中，KU-I是由各节点i关于j节点扰动的U-I响应比KUi-Ij组成的向量，Ib和Ub分别为电流与电压的基准值。KU-I直观上反映了各节点电压对注入电流扰动的响应，其极大值点对应频率即为系统U-I响应比分析的谐振频率。
步骤S52：对于风电场并网系统中的任意一个节点，对其注入预设频率、预设电压幅值的扰动电压，基于特征值分解结果，得到各节点间谐波电压响应与扰动电压之比。
具体地，假设某机组变流器(某个节点)输出频率为ωh，幅值为Ux的扰动电压
Figure BDA0003150865110000151
可基于式(8)及式(9)建立的风电场并网系统等效导纳网络模型YH计算各节点间谐波电压响应与扰动电压之比，即U-U响应比：
Figure BDA0003150865110000152
式(13)中，KU-U是由各节点i关于j节点对应变流器输出电压扰动的电压-电流响应比KUi-Uj组成的向量，Ub_h和Ub分别为扰动节点与响应节点电压的基准值。
步骤S53：当节点对于扰动电流的电压-电流响应比、间谐波电压响应与扰动电压之比越大时，判定该节点受到的谐振影响程度越大。
实施例2
本发明实施例提供一种风电场并网系统的谐振分析系统，如图7所示，包括：
单机等效导纳模型模块1，用于基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。
系统等效导纳网络模型模块2，用于将风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。
模态分析模块3，用于对不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。
响应分析模块4，用于基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。
实施例3
本发明实施例提供一种计算机设备，如图8所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器(Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例1的风电场并网系统的谐振分析方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例1的风电场并网系统的谐振分析方法。
其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固降硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例1中的风电场并网系统的谐振分析方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1的风电场并网系统的谐振分析方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固降硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述风电场并网系统包括多个直驱风机，所述分析方法包括：
基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；
将所述风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下所述风电场并网系统等效导纳网络模型；
对所述不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；
基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度；
所述基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下所述风电场并网系统等效导纳网络模型的过程，包括：根据每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，采用单机聚合模型等效各子风电场，得到不同扰动频率下的各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型；根据子风电场的数量与非子风电场电路节点，结合各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型，得到不同扰动频率下的所述风电场并网系统等效导纳网络模型；
所述基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度的过程，包括：对于所述风电场并网系统中的任意一个节点，令该节点注入预设频率、预设电流幅值的扰动电流，其余节点的注入电流为零，基于特征值分解结果，得到其余节点对于扰动电流的电压-电流响应比；对于所述风电场并网系统中的任意一个节点，对其注入预设频率、预设电压幅值的扰动电压，基于特征值分解结果，得到各节点间谐波电压响应与扰动电压之比；当节点对于扰动电流的电压-电流响应比、间谐波电压响应与扰动电压之比越大时，判定该节点受到的谐振影响程度越大。
2.根据权利要求1所述的风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型的过程，包括：
对于单个直驱风机，基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型；
基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型。
3.根据权利要求2所述的风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立直驱风机控制系统的传递函数模型的过程，包括：
基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构，建立各控制环节的传递函数模型；
根据直驱风机控制系统的各控制环节的传递函数模型、延时的传递函数模型及调制增益，建立直驱风机控制系统的传递函数模型。
4.根据权利要求2所述的风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，所述基于直驱风机控制系统的传递函数模型、直驱风机的并网电路拓扑结构，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型的过程，包括：
对于所述风电场并网系统的每个节点，注入扰动电流，所述直驱风机等效为单端口网络，根据所述单端口网络及所述直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电流扰动的直驱风机单机等效导纳模型；
对于所述风电场并网系统的每个节点，注入电压扰动，所述直驱风机等效为双端口网络，根据所述双端口网络及所述直驱风机控制系统的传递函数模型，得到每个节点的不同频率下的电压扰动的直驱风机单机等效导纳模型。
5.根据权利要求1所述的风电场并网系统的谐振分析方法，其特征在于，对所述不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点的过程，包括：
对所述不同扰动频率下的风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，得到不同频率下的特征向量矩阵、特征向量逆矩阵及特征值矩阵；
基于不同频率下的特征逆向量矩阵，得到节点电压方程，并基于节点电压方程，得到不同扰动频率下的模态电压向量、模态电流向量；
采用模态分析方法，根据不同扰动频率下的模态电压向量、模态电流向量，对不同扰动频率进行分析，将特征值的倒数的极大值对应的频率作为该谐振模态的谐振频率；
基于每个谐振模态的谐振频率下的特征向量矩阵、特征逆向量矩阵，计算得到每个节点在每个谐振模态的参与因子；
将在预设范围内的参与因子对应的节点作为主谐振点。
6.一种风电场并网系统的谐振分析系统，其特征在于，包括：
单机等效导纳模型模块，用于基于直驱风机的并网电路拓扑结构、直驱风机的控制系统结构、直驱风机控制系统的延时，建立所述风电场并网系统各节点的不同频率下的多种扰动的直驱风机单机等效导纳模型；
系统等效导纳网络模型模块，用于将所述风电场并网系统等效为多个子风电场，基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下所述风电场并网系统等效导纳网络模型；
模态分析模块，用于对所述不同扰动频率下风电场并网系统等效导纳网络模型进行特征值分解，并基于分解结果，采用模态分析法确定各谐振模态的谐振频率及主要谐振节点；
响应分析模块，用于基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度；
所述基于扰动类型、每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，得到不同扰动频率下所述风电场并网系统等效导纳网络模型的过程，包括：根据每个子风电场的直驱风机的数量、直驱风机单机等效导纳模型，采用单机聚合模型等效各子风电场，得到不同扰动频率下的各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型；根据子风电场的数量与非子风电场电路节点，结合各子风电场的等效输入导纳模型及转移导纳模型，得到不同扰动频率下的所述风电场并网系统等效导纳网络模型；
所述基于特征值分解结果，采用响应比分析方法对风电场并网系统谐振影响程度进行分析，确定风电场并网系统各节点的谐振敏感程度的过程，包括：对于所述风电场并网系统中的任意一个节点，令该节点注入预设频率、预设电流幅值的扰动电流，其余节点的注入电流为零，基于特征值分解结果，得到其余节点对于扰动电流的电压-电流响应比；对于所述风电场并网系统中的任意一个节点，对其注入预设频率、预设电压幅值的扰动电压，基于特征值分解结果，得到各节点间谐波电压响应与扰动电压之比；当节点对于扰动电流的电压-电流响应比、间谐波电压响应与扰动电压之比越大时，判定该节点受到的谐振影响程度越大。
7.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-5中任一所述的风电场并网系统的谐振分析方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-5中任一所述的风电场并网系统的谐振分析方法。
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