CN113516364B - 一种高比例电力电子电力系统稳定评估的方法及装置 - Google Patents

一种高比例电力电子电力系统稳定评估的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于高比例电力电子电力系统稳定评估的方法及装置，包括：获取高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵、电力电子电源场站的传递函数矩阵以及高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵；基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵和电力电子电源场站的传递函数矩阵计算各场站的统一性稳定判据矩阵，并基于统一性稳定判据矩阵确定各电力电子电源场站的安全稳定性；基于交互作用矩阵计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵，基于相对增益矩阵确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度；基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵和电力电子电源场站的传递函数矩阵计算高比例电力电子电力系统的区域统一性稳定判据矩阵，基于区域统一性稳定判据矩阵确定各电力电子电源区域的安全稳定性。

Description

一种高比例电力电子电力系统稳定评估的方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统建模技术领域，更具体地，涉及一种高比例电力电子电力系统稳定评估的方法及系统。
背景技术
随着新能源并网规模快速增长，新能源宽频振荡、暂态过电压等稳定问题日益凸显。新版《电力系统安全稳定导则》明确提出“电力电子电源场站短路比应达到合理水平”，但缺少具体评价方法和标准，无法量化新能源集群接入交流电网的稳定程度。传统短路比(short circuit ratio，SCR)常被用于直流输电系统馈入受端交流电网后的电力系统稳定性分析，表征了受端交流电网对直流馈入系统的电压支撑能力。近年来，高比例电力电子电源密集接入送端电力系统，新能源机组、电力电子换流器、交流电力系统间存在的复杂交互作用使得送端电力系统安全稳定性问题日渐突出，传统SCR也被逐渐应用于送端系统的新能源并网稳定性分析，并取得了一定的应用成果。但现有SCR依然存在稳定判据不明确、适用范围小等不足，限制了其在高比例电力电子电力系统中的应用。
研究电力电子电源集群接入交流电网的稳定性评估新方法，对高比例电力电子电力系统的发展规划与安全稳定运行具有重要意义。
发明内容
本发明技术方案提供一种用于确定高比例电力电子电力系统的稳定性的方法及系统，以解决如何对高比例电力电子电力系统稳定评估进行评估问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种高比例电力电子电力系统稳定评估的方法，所述方法包括：
获取高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)、电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)以及高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)；
基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站，并基于各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性；
基于高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于所述相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度；
基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算所述高比例电力电子电力系统的区域统一性稳定判据矩阵USI|区域，基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性；
基于电力电子电源场站中各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站、区域统一性稳定判据矩阵USI|区域和高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
优选地，所述基于场站统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性，包括：
确定电力电子电源场站的最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max；
基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)；
基于所述电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站：
判断所述静态统一性稳定判据向量USI2|场站中所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据是否大于所述最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max；
当存在电力电子电源场站的静态统一性稳定判据大于所述最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max时，判断所述电力电子电源场站存在安全稳定风险。
优选地，对于判断出的存在安全稳定风险的电力电子电源场站，基于所述电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算存在安全稳定风险的电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站；
判断所述静态统一性稳定判据向量USI2|场站中存在安全稳定风险的电力电子电源场站的动态统一性稳定判据是否大于1：
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据大于1时，确定电力电子电源场站为安全稳定；
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据等于1时，确定电力电子电源场站为临界稳定；
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据小于1时，确定电力电子电源场站为临界不稳定。
优选地，其中第i个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据USI2|场站i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000031
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数；Gs -1(s)为其余系统传递函数的逆矩阵；Gg -1(s)为电力电子电源场站传递函数的逆矩阵；ω为控制器的动态响应频率。
电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站由所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据计算结果组成，表示为：
USI2|场站＝[USI2|场站1…USI2|场站n]
其中，USI2|场站n为第n个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据指标。
优选地，还包括：基于所述电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站：
计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i；
依次计算所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据；基于各电力电子电源场站的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站。
优选地，所述计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000041
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数；
电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站包括所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据的计算结果，表示为：
USI1|场站＝[USI1|场站1…USI1|场站n]。
优选地，所述基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性，包括：
确定电力电子电源区域的最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max；
基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)；
基于所述电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源区域的静态统一性稳定判据向量USI2|区域：
判断所述静态统一性稳定判据向量USI2|区域中所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据是否大于所述最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max；
当存在电力电子电源区域的静态统一性稳定判据大于所述最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max时，判断所述电力电子电源区域存在安全稳定风险。
优选地，对于判断出的存在安全稳定风险的电力电子电源区域，基于所述电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)，计算存在安全稳定风险的电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域；
判断所述静态统一性稳定判据向量USI2|区域中存在安全稳定风险的电力电子电源区域的动态统一性稳定判据是否大于1；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据大于1时，确定电力电子电源区域为安全稳定；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据等于1时，确定电力电子电源区域为临界稳定；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据小于1时，确定电力电子电源区域为临界不稳定。
优选地，第i个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000061
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源区域的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源区域外其余系统的传递函数。
优选地，还包括：基于所述电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域：
计算第i个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据USI1|区域i；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据；基于各电力电子电源区域的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域。
优选地，所述基于所述高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于所述相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度，包括：
计算仅有电力电子电源场站i接入时，电力电子电源场站i出口处的等效短路阻抗Zi,i，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000071
计算所有电力电子电源场站接入时，电力电子电源场站i出口处的等效短路阻抗Zi,j，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000072
生成电力电子电源场站间的交互作用矩阵Gm(s):
Figure BDA0003078065800000073
电力电子电源场站间的相对增益矩阵RRGA，Gm -1(s)为交互作用矩阵的逆矩阵，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000074
上式中，
Figure BDA0003078065800000078
表示矩阵的Hadamard乘积，RRGA表示为：
Figure BDA0003078065800000075
上式中，γi,j为电力电子电源场站i和电力电子电源场站j间的相对增益。
优选地，基于相对增益γi,j的交互作用确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性，包括：
当
Figure BDA0003078065800000076
时，则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间存在弱交互作用，基于各电力电子电源场站确定所述高比例电力电子电力系统的安全稳定性；
当
Figure BDA0003078065800000077
时，则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间的存在强交互作用较弱，基于电力电子电源区域确定所述高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
优选地，还包括：基于所述相对增益矩阵RRGA确定区域统一性稳定判据的研究对象：
S1，计算所述相对增益矩阵RRGA的对角元素数值，基于所述相对增益矩阵RRGA的对角元素数值确定存在强交互作用的电力电子电源场站Wj，j＝1,2,3,…，m，m≤n；
S2，计算所述相对增益矩阵RRGA的非对角元素数值，基于所述相对增益矩阵RRGA的非对角元素数值确定判断电力电子电源场站Wj间的交互作用；若电力电子电源场站Wj间存在强交互作用，则将存在强交互作用的电力电子电源场站合并确定为区域统一性稳定判据的研究对象；
S3，重复步骤S2，直至完成对电力系统中所有电力电子电源场站的搜索。
基于本发明的另一方面，本发明提供高比例电力电子电力系统稳定评估的装置，所述装置包括：
初始单元，用于获取高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)、电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)以及高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)；
场站确定单元，用于基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站，并基于各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性；
交互确定单元，用于基于高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于所述相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度；
区域确定单元，用于基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算所述高比例电力电子电力系统的区域统一性稳定判据矩阵USI|区域，基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性；
结果单元，用于基于电力电子电源场站中各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站、区域统一性稳定判据矩阵USI|区域和高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
本发明技术方案提出了一种用于分析和量化高比例电力电子电力系统稳定性评估稳定性的方法，细化了基于统一性稳定判据USI评估高比例电力电子电力系统风险的计算流程和判别标准。本发明技术方案实现了对高比例电力电子电力系统稳定性评估的有效判别和量化，且易于推广至复杂实际系统，为高比例电力电子电力系统的稳定性分析提供了一种新理论。
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高比例电力电子电力系统稳定评估的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的高比例电力电子电力系统稳定评估的方法流程图；
图3为根据本发明优选实施方式的高比例电力电子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示意图；以及
图5为根据本发明优选实施方式的一种高比例电力电子电力系统稳定评估的装置结构图。
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用于确定高比例电力电子电力系统的稳定性的方法流程图。本发明基于场站统一性稳定判据USI|场站、区域统一性稳定判据USI|区域和电力电子电源场站间相对增益矩阵RRGA，综合评估高比例电力电子电力系统的安全稳定性风险。
如图1所示，本发明提供一种用于确定高比例电力电子电力系统的稳定性的方法，方法包括：
步骤101：获取高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)、电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)以及高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)。
本发明实施方式首先确定高比例电力电子电力系统安全稳定性分析的研究对象，包括确定高比例电力电子电力系统中电力电子电源场站的参数信息，确定高比例电力电子电力系统中电力电子电源区域的参数信息，并基于电力电子电源场站的参数信息、电力电子电源区域的参数信息确定电力电子电源区域与场站间的隶属关系。
步骤102：基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站，并基于各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性。
优选地，基于场站统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性，包括：
确定电力电子电源场站的最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max；
基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)；
基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站：
判断静态统一性稳定判据向量USI2|场站中所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据是否大于最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max；
当存在电力电子电源场站的静态统一性稳定判据大于最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max时，判断电力电子电源场站存在安全稳定风险。
优选地，对于判断出的存在安全稳定风险的电力电子电源场站，基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算存在安全稳定风险的电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站；
判断静态统一性稳定判据向量USI2|场站中存在安全稳定风险的电力电子电源场站的动态统一性稳定判据是否大于1：
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据大于1时，确定电力电子电源场站为安全稳定；
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据等于1时，确定电力电子电源场站为临界稳定；
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据小于1时，确定电力电子电源场站为临界不稳定。
优选地，其中第i个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据USI2|场站i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000121
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数；Gs -1(s)为其余系统传递函数的逆矩阵；Gg -1(s)为电力电子电源场站传递函数的逆矩阵；ω为控制器的动态响应频率。
电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站由所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据计算结果组成，表示为：
USI2|场站＝[USI2|场站1…USI2|场站n]
其中，USI2|场站n为第n个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据指标。
优选地，还包括：基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站：
计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i；
依次计算所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据；基于各电力电子电源场站的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站。
优选地，计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000131
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数；
电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站包括所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据的计算结果，表示为：
USI1|场站＝[USI1|场站1…USI1|场站n]。
本发明基于系统传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站传递函数矩阵Gg(s)计算各电力电子电源场站的场站统一性稳定判据USI|场站，基于场站统一性稳定判据USI|场站进行各电力电子电源场站的安全稳定性评估。
本发明依据《电力系统安全稳定导则》确定电力电子电源场站的临界静态统一性稳定判据USI2_max；
本发明基于电力电子电源场站传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)。
本发明交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)的计算公式如下：
Figure BDA0003078065800000132
式中，Qii(s)为第i个电力电子电源场站的端口电压对第j个电力电子电源场站输出电流的耦合作用。
本发明基于Gg(s)和Gs(s)，可计算电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站，其计算方法如下：
计算第i个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据USI2|场站i；
依次计算所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据；
基于各电力电子电源场站的静态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站；
依据实际电力系统的USI2_max，初步筛选出存在安全稳定风险的电力电子电源场站。
本发明第i个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据USI2|场站i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000141
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数。
本发明电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站由所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据计算结果组成，可表示为：
USI2|场站＝[USI2|场站1…USI2|场站n]
本发明基于Gg(s)和Gs(s)，可计算电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站，其计算方法如下：
计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i；
依次计算所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据；
基于各电力电子电源场站的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站；
基于小增益定理，精确度量电力电子电源场站的安全稳定性风险。
第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000151
电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站由所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据计算结果组成，可表示为：
USI1|场站＝[USI1|场站1…USI1|场站n]
基于小增益定理判断和量化高比例电力电子电力系统的安全稳定性风险，具体判断标准为：
(1)USI1|场站>1时，表明高比例电力电子电力系统发生宽频振荡风险小，系统稳定；
(2)USI1|场站＝1时，表明高比例电力电子电力系统存在振荡风险，系统临界稳定；
(3)USI1|场站<1时，表明高比例电力电子电力系统宽频振荡风险极高，系统不稳定。
本发明基于的向量指标，形成电力电子电源场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站。，可表示为：
Figure BDA0003078065800000152
步骤103：基于高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度。
优选地，基于高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度，包括：
计算仅有电力电子电源场站i接入时，电力电子电源场站i出口处的等效短路阻抗Zi,i，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000161
计算所有电力电子电源场站接入时，电力电子电源场站i出口处的等效短路阻抗Zi,j，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000162
生成电力电子电源场站间的交互作用矩阵Gm(s):
Figure BDA0003078065800000163
电力电子电源场站间的相对增益矩阵RRGA，Gm -1(s)为交互作用矩阵的逆矩阵，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000164
上式中，
Figure BDA0003078065800000165
表示矩阵的Hadamard乘积，RRGA表示为：
Figure BDA0003078065800000166
上式中，γi,j为电力电子电源场站i和电力电子电源场站j间的相对增益。
优选地，基于相对增益γi,j的交互作用确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性，包括：
当
Figure BDA0003078065800000171
时，则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间存在弱交互作用，基于各电力电子电源场站确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性；
当
Figure BDA0003078065800000172
时，则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间的存在强交互作用较弱，基于高比例电力电子区域确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
优选地，还包括：基于相对增益矩阵RRGA确定区域统一性稳定判据的研究对象：
S1，计算相对增益矩阵RRGA的对角元素数值，基于相对增益矩阵RRGA的对角元素数值确定存在强交互作用的电力电子电源场站Wj，j＝1,2,3,…，m，m≤n；
S2，计算相对增益矩阵RRGA的非对角元素数值，基于相对增益矩阵RRGA的非对角元素数值确定判断电力电子电源场站Wj间的交互作用；若电力电子电源场站Wj间存在强交互作用，则将存在强交互作用的电力电子电源场站合并确定为区域统一性稳定判据的研究对象；
S3，重复步骤S2，直至完成对电力系统中所有电力电子电源场站的搜索。
本发明基于高比例电力电子电力系统交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度。
本发明中计算仅有电力电子电源场站i接入时，电力电子电源场站i出口处的等效自阻抗Zi,i，其计算方法如下：
Figure BDA0003078065800000181
本发明计算所有电力电子电源场站接入时，电力电子电源场站i出口处的互阻抗Zi,j，其计算方法如下：
Figure BDA0003078065800000182
本发明形成电力电子电源场站间的交互作用矩阵Gm(s):
Figure BDA0003078065800000183
本发明基于Gm(s)，计算电力电子电源场站间的相对增益矩阵RRGA，其计算方法如下：
Figure BDA0003078065800000184
式中，
Figure BDA0003078065800000185
表示矩阵的Hadamard乘积。RRGA可表示为：
Figure BDA0003078065800000186
式中，γi,j为电力电子电源场站i和场站j间的相对增益。
本发明基于RRGA，判断电力电子电源场站间的交互作用，具体判断标准为：
(1)若
Figure BDA0003078065800000187
则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间的交互作用较弱，基于各电力电子电源场站为研究对象，确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性；
(2)若
Figure BDA0003078065800000191
表明电力电子电源场站间存在强烈的交互作用，则需以电力电子电源区域为研究对象，进而评估高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
步骤104：基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算高比例电力电子电力系统的区域统一性稳定判据矩阵USI|区域，基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性。
优选地，基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性，包括：
确定电力电子电源区域的最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max；
基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)；
基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源区域的静态统一性稳定判据向量USI2|区域：
判断静态统一性稳定判据向量USI2|区域中所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据是否大于最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max；
当存在电力电子电源区域的静态统一性稳定判据大于最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max时，判断电力电子电源区域存在安全稳定风险。
优选地，对于判断出的存在安全稳定风险的电力电子电源区域，基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算存在安全稳定风险的电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域；
判断静态统一性稳定判据向量USI2|区域中存在安全稳定风险的电力电子电源区域的动态统一性稳定判据是否大于1；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据大于1时，确定电力电子电源区域为安全稳定；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据等于1时，确定电力电子电源区域为临界稳定；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据小于1时，确定电力电子电源区域为临界不稳定。
优选地，第i个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000201
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源区域的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源区域外其余系统的传递函数。
优选地，还包括：基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域：
计算第i个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据USI1|区域i；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据；基于各电力电子电源区域的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域。
本发明基于区域统一性稳定判据USI|区域对各电力电子电源场站的安全稳定性评估。
本发明依据《电力系统安全稳定导则》确定电力电子电源区域的临界静态统一性稳定判据USI2_max；
本发明基于电力电子电源区域开环系统的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算开环系统的传递函数矩阵Gs(s)。
新能源电源的传递函数矩阵Gg(s)的计算公式如下：
Figure BDA0003078065800000211
式中，Fi(s)为新能源电源传递函数矩阵Gg(s)的第i个对角线元素。
本发明交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)的计算公式如下：
Figure BDA0003078065800000212
式中，Qii(s)为第i个电力电子电源场站的端口电压对第j个电力电子电源场站输出电流的耦合作用。
基于Gg(s)和Gs(s)，可计算电力电子电源区域的静态统一性稳定判据向量USI2|区域，其计算方法如下：
计算第i个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域i；
依次计算所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据；
基于各电力电子电源区域的静态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源区域的静态统一性稳定判据向量USI2|区域；
依据实际电力系统的USI2_max，初步筛选出存在安全稳定风险的电力电子电源区域。
其中，第i个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000221
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源区域的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源区域外其余系统的传递函数。
其中，电力电子电源区域的静态统一性稳定判据向量USI2|区域由所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据计算结果组成，可表示为：
USI2|区域＝[USI2|区域1…USI2|区域n]
本发明基于Gg(s)和Gs(s)，可计算电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域，其计算方法如下：
计算第i个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据USI1|区域i；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据；
基于各电力电子电源区域的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域；
基于小增益定理，精确度量电力电子电源区域的安全稳定性风险。
第i个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据USI1|区域i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000222
电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域由所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据计算结果组成，可表示为：
USI1|区域＝[USI1|区域1…USI1|区域n]
基于小增益定理判断和量化高比例电力电子电力系统的安全稳定性风险，具体判断标准为：
(1)USI1|区域>1时，表明高比例电力电子电力系统发生宽频振荡风险小，系统稳定；
(2)USI1|区域＝1时，表明高比例电力电子电力系统存在振荡风险，系统临界稳定；
(3)USI1|区域<1时，表明高比例电力电子电力系统宽频振荡风险极高，系统不稳定。
本发明基于静态统一性稳定判据向量USI2|区域和动态统一性稳定判据向量USI1|区域的向量指标，形成电力电子电源区域的统一性稳定判据矩阵USI1|区域，表示为：
Figure BDA0003078065800000231
步骤105：基于电力电子电源场站中各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站、区域统一性稳定判据矩阵USI|区域和高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
本发明基于USI|场站、USI|区域和RRGA对高比例电力电子电力系统的安全稳定性评估。本发明提出了由动态统一性稳定判据、静态统一性稳定判据、相对增益矩阵RRGA组成的稳定性评估指标体系，构建了从电力电子电源场站到区域、进而扩展到高比例电力电子电力系统的稳定性评估框架；本发明考虑了新能源电源及其控制器的动态特性，可更准确的分析新能源并网系统的安全稳定性，具有严密的控制理论支撑和物理意义；本发明提出的指标体系既可以配合使用，也可以根据实际需求择一而用，以求满足评估精度、运算效率、工程规模等不同需求，具有重要的工程应用价值。图2为根据本发明优选实施方式的一种用于确定高比例电力电子电力系统的稳定性的方法流程图。本发明用图3所示的实际电力系统为例对本发明进一步的详细说明，如图2所示方法流程，具体步骤如下：
步骤A：建立或辨识高比例电力电子电力系统的线性化状态方程，并基于的线性化状态方程计算闭环传递函数矩阵H(s)；
步骤B：获取新能源电源的传递函数矩阵Gg(s)；
步骤C：基于闭环传递函数矩阵H(s)计算其余系统的传递函数矩阵Gs(s)；
步骤D：计算高比例电力电子电力系统的场站统一性稳定判据矩阵USI|场站；步骤E：计算高比例电力电子电力系统中电力电子电源场站间交互作用的程度，进而确定安全稳定性分析的研究对象；
步骤F：计算高比例电力电子电力系统的断面统一性稳定判据矩阵USI|区域；
步骤G：评估高比例电力电子电力系统的安全稳定性风险；
步骤H：验证本发明的可行性和有效性。
步骤A中，闭环传递函数矩阵H(s)的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000241
其中，ΔU、ΔI分别为d、q坐标系下，电力系统与风机相连接的PCC点电压、电流向量，电压、电流向量满足：
Figure BDA0003078065800000242
步骤B中，新能源电源的开环频率特性函数为：
Figure BDA0003078065800000251
其中，Ag、Bg、Cg和Dg为与输入输出变量无关的常数矩阵。
步骤C中，其余系统的传递函数矩阵Gs(s)的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000252
步骤D中，电力电子电源场站统一性稳定判据矩阵USI|场站的计算过程如公式(4)～(8)所示。高比例电力电子电力系统中共有电力电子电源场站18个，各电力电子电源场站的统一性稳定判据USI|场站计算结果如表1所示。
Figure BDA0003078065800000253
表1
步骤E中，电力电子电源场站间交互作用程度的计算公式与判断标准如公式(9)～(12)所示。电力电子电源区域A的电力电子电源场站W1与W7之间、新能源电源子系统B区的电力电子电源场站W8与W14之间存在强交互作用，其余场站间为弱交互或无交互作用。因此，应选择新能源电源子系统A区的汇集母线、新能源电源子系统B区的汇集母线、新能源电源子系统C区的电力电子电源场站W15的场站出口母线、W16场站出口母线、W17场站出口母线、W18场站出口母线作为研究对象。
步骤F中，系统断面统一性稳定判据矩阵USI|区域的计算过程如公式(13)～(17)所示。高比例电力电子电力系统中，18个电力电子电源场站汇集为3个新能源电源子系统(A、B、C区)，并经汇集母线D送出至大电网。将每个新能源子系统作为一个区域，各区域的统一性稳定判据USI|区域计算结果如表2所示。
Figure BDA0003078065800000261
表2
步骤G中，高比例电力电子电力系统安全稳定性评估标准如步骤2-4和4-4所示。高比例电力电子电力系统中，由于电力电子电源区域A中存在场站间的强交互作用，而电力电子电源区域B、C中不存在场站间的强交互作用。因此，采用场站统一性稳定判据USI|场站对电力电子电源区域B、C区的各场站进行安全稳定性风险评估，采用区域统一性稳定判据USI|区域对电力电子电源区域A进行安全稳定性风险评估。
本发明采用场站统一性稳定判据对电力电子电源区域B、C进行安全稳定性评估。首先，基于场站静态统一性稳定判据USI2|场站对各场站的安全稳定性风险进行初筛，得到高风险电力电子电源场站集；其次，采用场站动态统一性稳定判据USI1|场站对高风险电力电子电源场站进行风险的精确度量；最后，基于步骤2-4和4-4所述的安全稳定性评估标准，衡量各电力电子电源场站的安全稳定性风险，计算结果表明：电力电子电源区域B、C中的各电力电子电源场站均处于安全稳定状态。
本发明采用区域统一性稳定判据对电力电子电源区域A进行安全稳定性评估。首先，首先，基于区域静态统一性稳定判据USI2|区域对电力电子电源区域的安全稳定性风险进行初筛，得到高风险电力电子电源区域集；其次，采用区域动态统一性稳定判据USI1|区域对高风险电力电子电源区域进行风险的精确度量；最后，基于步骤2-4和4-4所述的安全稳定性评估标准，衡量各电力电子电源区域的安全稳定性风险，计算结果表明：电力电子电源区域A存在危险状态。
步骤H中，为了验证本发明成果的可用性和有效性，对实际电力系统进行特征根分析，特征根分析结果如表3所示。计算结果表明，电力电子电源区域A的两个电力电子电源场站间存在强交互作用，进而造成系统阻尼出现负值，电力系统处于失稳状态。分析结果验证了本发明的有效性。
Figure BDA0003078065800000271
表3
对新能源电源子系统A区的进一步测试表明，不同数量的电力电子电源场站并入高比例电力电子电力系统时，机端有功、系统有功在扰动清除后恢复稳态的动态过程中存在明显差异。如图4所示，当两个强交互电力电子电源场站均未并入电力系统时，扰动清除后的系统功率将很快恢复稳态值；当强交互电力电子电源场站中的任一个电力电子电源场站并入电力系统时，扰动清除后的系统功率也将很快恢复稳态值；当两个强交互电力电子电源场站同时并入电力系统时，两场站间的强交互作用使得系统功率振荡发散，出现严重的安全稳定性问题。
基于实际电力系统的案例验证表明了本发明方法的有效性，本发明提出的电力系统安全稳定评估方法具有严密的理论支撑，充分考虑了新能源机组及其控制器的动态过程，实现了对高比例电力电子电力系统失稳风险的准确评估。此外，强交互电力电子电源场站间的振荡模式往往是造成电力系统失稳的主要原因，以单场站为依据的电力系统安全稳定性风险评估往往存在较大的误判可能性，应在综合考虑电力电子电源场站间交互作用程度的基础上，对电力系统安全稳定性风险进行评估。
本发明实施方式提出的基于统一性稳定判据的稳定性评估方法可以有效度量高比例电力电子电力系统的安全稳定性风险。
图5为根据本发明优选实施方式的一种用于确定高比例电力电子电力系统的稳定性的装置结构图。如图5所示，本发明提供一种用于确定高比例电力电子电力系统的稳定性的装置，装置包括：
初始单元501，用于获取高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)、电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)以及高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)；
场站确定单元502，用于基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站，并基于各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性。
优选地，场站确定单元502用于基于场站统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性，包括：
确定电力电子电源场站的最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max；
基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)；
基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站：
判断静态统一性稳定判据向量USI2|场站中所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据是否大于最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max；
当存在电力电子电源场站的静态统一性稳定判据大于最小允许静态统一性稳定判据USI场站_max时，判断电力电子电源场站存在安全稳定风险。
优选地，对于判断出的存在安全稳定风险的电力电子电源场站，基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算存在安全稳定风险的电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站；
判断静态统一性稳定判据向量USI2|场站中存在安全稳定风险的电力电子电源场站的动态统一性稳定判据是否大于1：
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据大于1时，确定电力电子电源场站为安全稳定；
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据等于1时，确定电力电子电源场站为临界稳定；
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据小于1时，确定电力电子电源场站为临界不稳定。
优选地，其中第i个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据USI2|场站i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000291
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数；Gs -1(s)为其余系统传递函数的逆矩阵；Gg -1(s)为电力电子电源场站传递函数的逆矩阵；ω为控制器的动态响应频率。
电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站由所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据计算结果组成，表示为：
USI2|场站＝[USI2|场站1…USI2|场站n]
其中，USI2|场站n为第n个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据指标。
优选地，还包括：基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站：
计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i；
依次计算所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据；基于各电力电子电源场站的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站。
优选地，计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000301
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数；
电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站包括所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据的计算结果，表示为：
USI1|场站＝[USI1|场站1…USI1|场站n]。
交互确定单元503，用于基于高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度。
优选地，交互确定单元503用于基于高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度，包括：
计算仅有电力电子电源场站i接入时，电力电子电源场站i出口处的等效短路阻抗Zi,i，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000311
计算所有电力电子电源场站接入时，电力电子电源场站i出口处的等效短路阻抗Zi，j，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000312
生成电力电子电源场站间的交互作用矩阵Gm(s):
Figure BDA0003078065800000313
电力电子电源场站间的相对增益矩阵RRGA，Gm -1(s)为交互作用矩阵的逆矩阵，计算方法为：
Figure BDA0003078065800000314
上式中，
Figure BDA0003078065800000321
表示矩阵的Hadamard乘积，RRGA表示为：
Figure BDA0003078065800000322
上式中，γi，j为电力电子电源场站i和电力电子电源场站j间的相对增益。
优选地，基于相对增益γi，j的交互作用确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性，包括：
当
Figure BDA0003078065800000323
时，则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间存在弱交互作用，基于各电力电子电源场站确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性；
当
Figure BDA0003078065800000324
时，则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间的存在强交互作用较弱，基于电力电子电源区域确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
优选地，还包括：基于相对增益矩阵RRGA确定区域统一性稳定判据的研究对象：
S1，计算相对增益矩阵RRGA的对角元素数值，基于相对增益矩阵RRGA的对角元素数值确定存在强交互作用的电力电子电源场站Wj，j＝1，2,3，…，m，m≤n；
S2，计算相对增益矩阵RRGA的非对角元素数值，基于相对增益矩阵RRGA的非对角元素数值确定判断电力电子电源场站Wj间的交互作用；若电力电子电源场站Wj间存在强交互作用，则将存在强交互作用的电力电子电源场站合并确定为区域统一性稳定判据的研究对象；
S3，重复步骤S2，直至完成对电力系统中所有电力电子电源场站的搜索。
区域确定单元504，用于基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算高比例电力电子电力系统的区域统一性稳定判据矩阵USI|区域，基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性。
优选地，区域确定单元504用于基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性，包括：
确定电力电子电源区域的最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max；
基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)；
基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源区域的静态统一性稳定判据向量USI2|区域：
判断静态统一性稳定判据向量USI2|区域中所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据是否大于最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max；
当存在电力电子电源区域的静态统一性稳定判据大于最小允许静态统一性稳定判据USI区域_max时，判断电力电子电源区域存在安全稳定风险。
优选地，对于判断出的存在安全稳定风险的电力电子电源区域，基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算存在安全稳定风险的电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域；
判断静态统一性稳定判据向量USI2|区域中存在安全稳定风险的电力电子电源区域的动态统一性稳定判据是否大于1；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据大于1时，确定电力电子电源区域为安全稳定；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据等于1时，确定电力电子电源区域为临界稳定；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据小于1时，确定电力电子电源区域为临界不稳定。
优选地，第i个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域i的计算公式为：
Figure BDA0003078065800000341
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源区域的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源区域外其余系统的传递函数。
优选地，还包括：基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域：
计算第i个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据USI1|区域i；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据；基于各电力电子电源区域的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域。
结果单元505，用于基于电力电子电源场站中各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站、区域统一性稳定判据矩阵USI|区域和高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
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。
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。
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//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、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 (14)

1.一种高比例电力电子电力系统稳定评估的方法，所述方法包括：
获取高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)、电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)以及高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)；
基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站，并基于各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性；
基于高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于所述相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度；
基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算所述高比例电力电子电力系统的区域统一性稳定判据矩阵USI|区域，基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性；
基于电力电子电源场站中各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站、区域统一性稳定判据矩阵USI|区域和高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
2.根据权利要求1所述的方法，所述基于场站统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性，包括：
确定电力电子电源场站允许的最小静态统一性稳定判据USI场站_min；
基于电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)；
基于所述电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站：
判断所述静态统一性稳定判据向量USI2|场站中所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据是否大于所述允许的最小静态统一性稳定判据USI场站_min；
当存在电力电子电源场站的静态统一性稳定判据大于所述允许的最小静态统一性稳定判据USI场站_min时，判断所述电力电子电源场站存在安全稳定风险。
3.根据权利要求2所述的方法，对于判断出的存在安全稳定风险的电力电子电源场站，基于所述电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算存在安全稳定风险的电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站；
判断所述静态统一性稳定判据向量USI2|场站中存在安全稳定风险的电力电子电源场站的动态统一性稳定判据是否大于1：
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据大于1时，确定电力电子电源场站为安全稳定；
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据等于1时，确定电力电子电源场站为临界稳定；
当存在电力电子电源场站的动态统一性稳定判据小于1时，确定电力电子电源场站为临界不稳定。
4.根据权利要求2所述的方法，其中第i个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据USI2|场站i的计算公式为：
Figure FDA0003497628600000031
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数；Gs -1(s)为其余系统传递函数的逆矩阵；Gg -1(s)为电力电子电源场站传递函数的逆矩阵；ω为控制器的动态响应频率；
电力电子电源场站的静态统一性稳定判据向量USI2|场站由所有电力电子电源场站的静态统一性稳定判据计算结果组成，表示为：
USI2|场站＝[USI2|场站1 … USI2|场站n]
其中，USI2|场站n为第n个电力电子电源场站的静态统一性稳定判据指标。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括：基于所述电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站：
计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i；
依次计算所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据；基于各电力电子电源场站的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站。
6.根据权利要求5所述的方法，所述计算第i个电力电子电源场站的动态统一性稳定判据USI1|场站i的计算公式为：
Figure FDA0003497628600000041
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源场站的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源场站外其余系统的传递函数；
电力电子电源场站的动态统一性稳定判据向量USI1|场站包括所有电力电子电源场站的动态统一性稳定判据的计算结果，表示为：
USI1|场站＝[USI1|场站1 … USI1|场站n]。
7.根据权利要求1所述的方法，所述基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性，包括：
确定电力电子电源区域的允许的最小静态统一性稳定判据USI区域_min；
基于电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)计算交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)；
基于所述电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源区域的静态统一性稳定判据向量USI2|区域：
判断所述静态统一性稳定判据向量USI2|区域中所有电力电子电源区域的静态统一性稳定判据是否大于所述允许的最小静态统一性稳定判据USI区域_min；
当存在电力电子电源区域的静态统一性稳定判据大于所述允许的最小静态统一性稳定判据USI区域_min时，判断所述电力电子电源区域存在安全稳定风险。
8.根据权利要求7所述的方法，对于判断出的存在安全稳定风险的电力电子电源区域，基于所述电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算存在安全稳定风险的电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域；
判断所述静态统一性稳定判据向量USI2|区域中存在安全稳定风险的电力电子电源区域的动态统一性稳定判据是否大于1；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据大于1时，确定电力电子电源区域为安全稳定；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据等于1时，确定电力电子电源区域为临界稳定；
当存在电力电子电源区域的动态统一性稳定判据小于1时，确定电力电子电源区域为临界不稳定。
9.根据权利要求7所述的方法，第i个电力电子电源区域的静态统一性稳定判据USI2|区域i的计算公式为：
Figure FDA0003497628600000051
其中，ρ(·)表示对矩阵进行谱半径运算，Ggi(s)为第i个电力电子电源区域的传递函数，Gsi(s)为除第i个电力电子电源区域外其余系统的传递函数。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括：基于所述电力电子电源区域的传递函数矩阵Gg(s)和所述交流电网开环系统的传递函数矩阵Gs(s)计算电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域：
计算第i个电力电子电源区域的动态统一性稳定判据USI1|区域i；
依次计算所有电力电子电源区域的动态统一性稳定判据；基于各电力电子电源区域的动态统一性稳定判据计算结果，形成电力电子电源区域的动态统一性稳定判据向量USI1|区域。
11.根据权利要求1所述的方法，所述基于所述高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于所述相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度，包括：
计算仅有电力电子电源场站i接入时，电力电子电源场站i出口处的等效短路阻抗Zi,i，计算方法为：
Figure FDA0003497628600000061
计算所有电力电子电源场站接入时，电力电子电源场站i出口处的等效短路阻抗Zi,j，计算方法为：
Figure FDA0003497628600000062
生成电力电子电源场站间的交互作用矩阵Gm(s):
Figure FDA0003497628600000063
电力电子电源场站间的相对增益矩阵RRGA，Gm -1(s)为交互作用矩阵的逆矩阵，计算方法为：
Figure FDA0003497628600000071
上式中，
Figure FDA0003497628600000072
表示矩阵的Hadamard乘积，RRGA表示为：
Figure FDA0003497628600000073
上式中，γi,j为电力电子电源场站i和电力电子电源场站j间的相对增益。
12.根据权利要求11所述的方法，基于相对增益γi,j的交互作用确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性，包括：
当
Figure FDA0003497628600000074
时，则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间存在弱交互作用，基于各电力电子电源场站确定所述高比例电力电子电力系统的安全稳定性；
当
Figure FDA0003497628600000075
时，则第i个电力电子电源场站与第j个电力电子电源场站间的存在强交互作用较弱，基于电力电子电源区域确定所述高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于所述相对增益矩阵RRGA确定区域统一性稳定判据的研究对象：
S1，计算所述相对增益矩阵RRGA的对角元素数值，基于所述相对增益矩阵RRGA的对角元素数值确定存在强交互作用的电力电子电源场站Wj，j＝1,2,3,…,m，m≤n；
S2，计算所述相对增益矩阵RRGA的非对角元素数值，基于所述相对增益矩阵RRGA的非对角元素数值确定判断电力电子电源场站Wj间的交互作用；若电力电子电源场站Wj间存在强交互作用，则将存在强交互作用的电力电子电源场站合并确定为区域统一性稳定判据的研究对象；
S3，重复步骤S2，直至完成对电力系统中所有电力电子电源场站的搜索。
14.一种高比例电力电子电力系统稳定评估的装置，所述装置包括：
初始单元，用于获取高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)、电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)以及高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)；
场站确定单元，用于基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站，并基于各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站确定各电力电子电源场站的安全稳定性；
交互确定单元，用于基于高比例电力电子电力系统的交互作用矩阵Gm(s)计算高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA，基于所述相对增益矩阵RRGA确定电力系统中各电力电子电源场站间的交互作用程度；
区域确定单元，用于基于高比例电力电子电力系统的闭环传递函数矩阵H(s)和电力电子电源场站的传递函数矩阵Gg(s)计算所述高比例电力电子电力系统的区域统一性稳定判据矩阵USI|区域，基于区域统一性稳定判据矩阵USI|区域确定各电力电子电源区域的安全稳定性；
结果单元，用于基于电力电子电源场站中各场站的统一性稳定判据矩阵USI|场站、区域统一性稳定判据矩阵USI|区域和高比例电力电子电力系统的相对增益矩阵RRGA确定高比例电力电子电力系统的安全稳定性。
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