CN113783232A - 一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法和系统，以及存储介质和电子设备，其中，所述方法包括：根据采集的参数计算实时相对锁相角，以及确定新能源并网系统的同步可运行范围，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，并由新能源并网系统的同步可运行范围和相对锁相角的安全边界确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，最后通过判断实时锁相角是否存在于基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围内来判断新能源并网系统的同步安全稳定性。所述方法和系统有效避免了由过电压引发的新能源发电设备安全问题，充分保障了新能源并网系统的同步安全稳定运行。

Description

一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法和装置

技术领域

本发明涉及电力控制领域,并且更具体地，涉及一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法和装置，以及存储介质和电子设备。

背景技术

随着电网中风电、光伏等新能源装机比例不断提升，新能源发电量占电网总发电量的比例也不断增加，新能源电源将逐渐成为能源增量的主体。

相比于传统同步电源，以电力电子变换器为并网接口的新能源电源具有明显的多时间尺度耦合、多控制环节交互、非线性动态和低惯性等特点，其在弱电网条件下引发的电力系统同步稳定性问题已引起国内外研究者的广泛关注。目前，针对新能源电源、FACTS等电力电子型并网接口设备的同步稳定性研究主要以平衡点存在性、暂态过程虚拟转子的动能变化为研究对象对新能源发电设备并网系统的同步稳定性进行分析。

近年来，以过电压为代表的电力系统安全性问题日渐凸显，具有无功控制特性的新能源发电设备在暂态过程中因控制不协调引发的无功短时盈余，是引发高比例新能源电力系统过电压的主要原因之一。然而，现有同步稳定性分析与控制相关研究仅从新能源发电设备自身的同步运行能力出发，并未考虑新能源发电设备所接入的交流系统安全稳定运行要求对设备同步运行的约束，难以保障所接入交流系统的安全稳定运行。

因此，需要一种技术，能够考虑过电压对新能源并网系统同步稳定性的影响，从而在过电压可能引发新能源发电设备脱网风险或设备绝缘击穿等设备安全问题前提供预警信息。

发明内容

为了解决现有技术中对新能源并网系统进行同步安全稳定性评估时，没有考虑过电压影响的技术问题，本申请提供一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法，其中，所述新能源并网系统包括新能源发电设备和交流电网，新能源发电设备基于电压源型换流器VSC接入交流电网，并通过VSC中的锁相环PLL实现与交流电网的同步运行，所述方法包括：

当新能源并网系统发生故障时，采集新能源发电设备的机端电压、交流母线电压、交流电网电压和输入新能源发电设备的电流；

基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角；

基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围；

根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束；

根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界；

根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围；

根据所述实时相对锁相角和所述基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息。

进一步地，所述基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角，包括：

将所述机端电压代入预先建立的PLL控制逻辑，计算新能源并网系统的锁相角，其中，PLL控制逻辑的表达式为：

(1)

式中，u _r为新能源发电设备的机端电压；u _r ^q为新能源发电设备机端电压的q轴分量；θ_pll为新能源并网系统的锁相角，

为计算所述锁相角的一阶导数，k _{p_pll}、k _{i_pll}为PLL的比例积分控制参数，x _pll为引入的中间变量，

为计算所述中间变量的一阶导数；

将新能源并网系统的锁相角代入实时相对锁相角计算公式，确定新能源并网系统的实时相对锁相角，其中，实时相对锁相角计算公式为：

(2)

式中，δ_pll为新能源并网系统的实时相对锁相角，ω_g为交流电网电压u _g的角频率，t为时间变量。

进一步地，基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围包括：

根据预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑确定稳定平衡点计算公式，其中，所述新能源发电设备的机端电压控制逻辑的表达式为：

(3)

式中，i _c为输入新能源发电设备的电流；u _r和u _g分别为新能源机端电压和交流电网电压；u _r ^d和u _r ^q分别为新能源发电设备机端电压的d、q轴分量；u _g ^d和u _g ^q分别为交流电网电压的d、q轴分量；i _c ^d和i _c ^q分别为输入新能源发电设备的电流的d、q轴分量；L _r和L _g分别为线路电感和交流电网的戴维南等效电感，L _∑为并网电感，其表达式为L _∑=L _r+L _g；ω_pll为PLL的角频率；

公式（3）中，令u _r ^q=0，则得到稳定平衡点计算公式，其中，所述稳定平衡点计算公式为：

(4)

式中，U _g为交流电网电压的幅值；

对公式（4）求解，确定新能源并网系统的同步可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]，其中，δ_UEP1=-180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)，δ_UEP2=180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)。

进一步地，根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束包括：

比较所述机端电压的幅值U _r与设置的机端过电压保护定值U _rN，以及所述交流母线电压的幅值U _s与设置的母线过电压绝缘限值U _sN，其中：

有且仅有所述机端电压的幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导；

有且仅有交流母线电压的幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压幅值U _s主导；

当机端电压幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN，且交流母线电压幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导。

进一步地，根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界包括：

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(5)

式中，δ₀为新能源并网系统在额定运行状态下的相对锁相角；

当新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压的幅值U _s主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(6)

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导时，在机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1为根据公式（5）确定的机端电压的幅值U _r约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，或者根据公式（6）确定的在交流母线电压的幅值U _s约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界。

进一步地，根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围包括：

将新能源并网系统的同步可运行范围[δ_UEP1,δ_UEP2]的上限值δ_UEP1和下限值δ_UEP2分别与相对锁相角的安全边界δ_DOC1进行比较，当δ_UEP1≤δ_DOC1<δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_DOC1,δ_UEP2]；当δ_DOC1<δ_UEP1或δ_DOC1≥δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]。

进一步地，根据所述实时相对锁相角和所述相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息包括：

当δ₁≤δ_pll≤δ₂时，确定新能源并网系统处于同步安全稳定运行状态，其中，δ₁和δ₂分别为新能源并网系统的相对锁相角可运行范围的下限值和上限值；

当δ_pll<δ₁，或者δ₂<δ_pll时，确定新能源并网系统处于偏离同步安全稳定运行状态。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的装置，其中，所述新能源并网系统包括新能源发电设备和交流电网，新能源发电设备基于电压源型换流器VSC接入交流电网，并通过VSC中的锁相环PLL实现与交流电网的同步运行，所述装置包括：

数据采集单元，用于当新能源并网系统发生故障时，采集新能源发电设备的机端电压、交流母线电压、交流电网电压和输入新能源发电设备的电流；

第一计算单元，用于基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角；

第二计算单元，用于基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围；

主导约束单元，用于根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束；

第三计算单元，用于根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界；

第四计算单元，用于根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围；

安全预警单元，用于根据所述实时相对锁相角和所述基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息。

进一步地，所述第一计算单元基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角，包括：

将所述机端电压代入预先建立的PLL控制逻辑，计算新能源并网系统的锁相角，其中，PLL控制逻辑的表达式为：

(1)

式中，u _r为新能源发电设备的机端电压；u _r ^q为新能源发电设备机端电压的q轴分量；θ_pll为新能源并网系统的锁相角，

为计算所述锁相角的一阶导数，k _{p_pll}、k _{i_pll}为PLL的比例积分控制参数，x _pll为引入的中间变量，

为计算所述中间变量的一阶导数；

将新能源并网系统的锁相角代入实时相对锁相角计算公式，确定新能源并网系统的实时相对锁相角，其中，实时相对锁相角计算公式为：

(2)

式中，δ_pll为新能源并网系统的实时相对锁相角，ω_g为交流电网电压u _g的角频率，t为时间变量。

进一步地，所述第二计算单元基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围包括：

根据预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑确定稳定平衡点计算公式，其中，所述新能源发电设备的机端电压控制逻辑的表达式为：

(3)

式中，i _c为输入新能源发电设备的电流；u _r和u _g分别为新能源机端电压和交流电网电压；u _r ^d和u _r ^q分别为新能源发电设备机端电压的d、q轴分量；u _g ^d和u _g ^q分别为交流电网电压的d、q轴分量；i _c ^d和i _c ^q分别为输入新能源发电设备的电流的d、q轴分量；L _r和L _g分别为线路电感和交流电网的戴维南等效电感，L _∑为并网电感，其表达式为L _∑=L _r+L _g；ω_pll为PLL的角频率；

公式（3）中，令u _r ^q=0，则得到稳定平衡点计算公式，其中，所述稳定平衡点计算公式为：

(4)

式中，U _g为交流电网电压的幅值；

对公式（4）求解，确定新能源并网系统的同步可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]，其中，δ_UEP1=-180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)，δ_UEP2=180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)。

进一步地，所述主导约束单元根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束包括：

比较所述机端电压的幅值U _r与设置的机端过电压保护定值U _rN，以及所述交流母线电压的幅值U _s与设置的母线过电压绝缘限值U _sN，其中：

有且仅有所述机端电压的幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导；

有且仅有交流母线电压的幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压幅值U _s主导；

当机端电压幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN，且交流母线电压幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导。

进一步地，所述第三计算单元根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界包括：

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(5)

式中，δ₀为新能源并网系统在额定运行状态下的相对锁相角；

当新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压的幅值U _s主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(6)

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导时，在机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1为根据公式（5）确定的机端电压的幅值U _r约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，或者根据公式（6）确定的在交流母线电压的幅值U _s约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界。

进一步地，所述第四计算单元根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围包括：

将新能源并网系统的同步可运行范围[δ_UEP1,δ_UEP2]的上限值δ_UEP1和下限值δ_UEP2分别与相对锁相角的安全边界δ_DOC1进行比较，当δ_UEP1≤δ_DOC1<δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_DOC1,δ_UEP2]；当δ_DOC1<δ_UEP1或δ_DOC1≥δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]。

进一步地，所述安全预警单元根据所述实时相对锁相角和所述相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息包括：

当δ₁≤δ_pll≤δ₂时，确定新能源并网系统处于同步安全稳定运行状态，其中，δ₁和δ₂分别为新能源并网系统的相对锁相角可运行范围的下限值和上限值；

当δ_pll<δ₁，或者δ₂<δ_pll时，确定新能源并网系统处于偏离同步安全稳定运行状态。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行所述监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法中的任意一种。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现所述监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法中的任意一种。

本发明的技术方案提供一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法和系统，以及存储介质和电子设备，其中，所述方法包括：根据采集的参数计算实时相对锁相角，以及确定新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，并由新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，最后通过判断实时锁相角是否存在于基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围内来判断新能源并网系统的同步安全稳定性。所述方法和系统通过计算过电压约束下新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，并判断实时相对锁相角是否在过电压约束下新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围内，从而有效避免了由过电压引发的新能源发电设备脱网风险或设备绝缘击穿等设备安全问题及后续可能引发的系统连锁性事故，充分保障了新能源并网系统的同步安全稳定运行。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1是本发明一示例性实施例提供的监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法的流程示意图；

图2是本发明一示例性实施例提供的新能源并购系统的拓扑结构图；

图3是本发明一示例性实施例提供的对新能源并网系统的同步运行范围进行仿真验证的曲线图；

图4是本发明一示例性实施例提供的基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围的示意图；

图5是本发明一示例性实施例提供的监测新能源并网系统的同步安全稳定性的装置的结构示意图；

图6是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。

应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

还应理解，在本发明实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。

还应理解，对于本发明实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。

另外，本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还应理解，本发明对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。

终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。

示例性方法

图1是本发明一示例性实施例提供的监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法的流程示意图。本实施例可应用在电子设备上，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101，当新能源并网系统发生故障时，采集新能源发电设备的机端电压、交流母线电压、交流电网电压和输入新能源发电设备的电流。

图2是本发明一示例性实施例提供的新能源并购系统的拓扑结构图。如图2所示，在一实施例中，所述新能源并网系统包括新能源发电设备和交流电网，新能源发电设备基于电压源型换流器VSC接入交流电网，并通过VSC中的锁相环PLL实现与交流电网的同步运行，其中，i _c为输入新能源发电设备的电流；u _r和u _g分别为新能源机端电压和交流电网电压；L _r和L _g分别为线路电感和交流电网的戴维南等效电感。

步骤102，基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角。

可选地，所述基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角，包括：

将所述机端电压代入预先建立的PLL控制逻辑，计算新能源并网系统的锁相角，其中，PLL控制逻辑的表达式为：

(1)

式中，u _r为新能源发电设备的机端电压；u _r ^q为新能源发电设备机端电压的q轴分量；θ_pll为新能源并网系统的锁相角，

为计算所述锁相角的一阶导数，k _{p_pll}、k _{i_pll}为PLL的比例积分控制参数，x _pll为引入的中间变量，

为计算所述中间变量的一阶导数；

将新能源并网系统的锁相角代入实时相对锁相角计算公式，确定新能源并网系统的实时相对锁相角，其中，实时相对锁相角计算公式为：

(2)

式中，δ_pll为新能源并网系统的实时相对锁相角，ω_g为交流电网电压u _g的角频率，t为时间变量。

步骤103，基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围。

可选地，基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围包括：

根据预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑确定稳定平衡点计算公式，其中，所述新能源发电设备的机端电压控制逻辑的表达式为：

(3)

结合图2可知，式中，i _c为输入新能源发电设备的电流；u _r和u _g分别为新能源机端电压和交流电网电压；u _r ^d和u _r ^q分别为新能源发电设备机端电压的d、q轴分量；u _g ^d和u _g ^q分别为交流电网电压的d、q轴分量；i _c ^d和i _c ^q分别为输入新能源发电设备的电流的d、q轴分量；L _r和L _g分别为线路电感和交流电网的戴维南等效电感，L _∑为并网电感，其表达式为L _∑=L _r+L _g；ω_pll为PLL的角频率；

公式（3）中，令u _r ^q=0，则得到稳定平衡点计算公式，其中，所述稳定平衡点计算公式为：

(4)

式中，U _g为交流电网电压的幅值；

对公式（4）求解，确定新能源并网系统的同步可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]，其中，δ_UEP1=-180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)，δ_UEP2=180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)。

在一实施例中，通过建立考虑控制外环、控制内环、PLL和线路动态的高阶PSCAD/EMTDC模型对本实施例所述的新能源并网系统进行时域仿真，假设i ^d=0，i ^q=-1。将电流假设条件带入公式(4)中，可知：系统的稳态平衡点δ_SEP=0^o，稳定区域的下限为：δ_UEP1=-180^o，稳定区域的上限为：δ_UEP2=180^o。因此，所述系统的同步运行范围为[-180^o,180^o]。

步骤104，根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束。

可选地，根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束包括：

比较所述机端电压的幅值U _r与设置的机端过电压保护定值U _rN，以及所述交流母线电压的幅值U _s与设置的母线过电压绝缘限值U _sN，其中：

有且仅有所述机端电压的幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导；

有且仅有交流母线电压的幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压幅值U _s主导；

当机端电压幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN，且交流母线电压幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导。

在一实施例中，为保证故障恢复过程中新能源发电设备的安全性，本实施例设置新能源机端过电压保护的机端过电压保护定值U _rN=1.30p.u.，交流母线电压的绝缘配合限值U _sN=1.367p.u.。根据新能源并网系统发生故障时采集的新能源发电设备的机端电压和交流母线电压确定本实施例中，新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导。

步骤105，根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界。

可选地，根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界包括：

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(5)

式中，δ₀为新能源并网系统在额定运行状态下的相对锁相角；

当新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压的幅值U _s主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(6)

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导时，在机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1为根据公式（5）确定的机端电压的幅值U _r约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，或者根据公式（6）确定的在交流母线电压的幅值U _s约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界。

在一实施例中，当新能源发电设备的机端电压的幅值U _r触碰机端过电压保护定值U _rN时，机端过电压保护无延时动作。基于公式(5)可得新能源发电设备机端过电压保护动作瞬间，过电压约束下的相对锁相角的安全边界为δ_DOC1=-21.91^o，远小于新能源并网系统的同步运行范围的下限值-180^o。

为了验证本实施例的方法的有效性，基于高阶PSCAD/EMTDC模型对新能源并网系统的同步运行范围进行仿真验证。

图3是本发明一示例性实施例提供的对新能源并网系统的同步运行范围进行仿真验证的曲线图。如图3所示，仿真结果表明：t=3.066s时新能源发电设备的机端电压达到1.30p.u.，触发新能源机端过电压约束，与实际运行时采集的数据一致。新能源机端过电压约束无延时动作，越限的新能源发电设备被快速切除，系统中的短时无功盈余被快速清除，系统电压快速回落，在满足新能源发电设备安全性的同时保证了高比例新能源电力系统的安全性，避免了由过电压引发的新能源大面积脱网风险。触发新能源机端过电压约束瞬间，VSC电压d轴分量与交流电网等效电源电动势间的夹角δ_pll摆开至-21.09^o。

步骤106，根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围。

可选地，根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围包括：

将新能源并网系统的同步可运行范围[δ_UEP1,δ_UEP2]的上限值δ_UEP1和下限值δ_UEP2分别与相对锁相角的安全边界δ_DOC1进行比较，当δ_UEP1≤δ_DOC1<δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_DOC1,δ_UEP2]；当δ_DOC1<δ_UEP1或δ_DOC1≥δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]。

图4是本发明一示例性实施例提供的基于新能源并网系统的过电压约束的相对锁相角可运行范围的示意图。如图4所示，在实施例中，新能源并网系统存在稳态平衡点δ_SEP=0^o，所述系统的同步运行范围为[-180^o,180^o]。但当其VSC电压d轴分量与交流电网电压u _g间的夹角δ_pll摆开至-21.09^o时，将因新能源机端电压越限引发过电压保护动作，危及新能源并网系统的安全性，令基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1=-21.09^o，则当新能源并网系统的相对锁相角位于（-180^o，-21.91^o）区间时，会因为新能源机端电压越限引发过电压保护动作，因此，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为(-21.91^o, 180^o)。基于时域仿真的计算结果验证了本发明方法的有效性，过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围被大幅缩减。

步骤107，根据所述实时相对锁相角和所述基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息。

可选地，根据所述实时相对锁相角和所述相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息包括：

当δ₁≤δ_pll≤δ₂时，确定新能源并网系统处于同步安全稳定运行状态，其中，δ₁和δ₂分别为新能源并网系统的相对锁相角可运行范围的下限值和上限值；

当δ_pll<δ₁，或者δ₂<δ_pll时，确定新能源并网系统处于偏离同步安全稳定运行状态。

在一实施例中，通过步骤106确定了新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围为(-21.91^o,180^o)，则当根据采集的参数计算的实时相对锁相角在所述可运行范围(-21.91^o, 180^o)内时，则确定新能源并网系统处于同步安全稳定运行状态，反之，当实时相对锁相角不在所述可运行范围(-21.91^o,180^o)内时，则确定新能源并网系统偏离了同步安全稳定运行状态。

示例性装置

图5是本发明一示例性实施例提供的监测新能源并网系统的同步安全稳定性的装置的结构示意图。如图5所示，本实施例所述的监测新能源并网系统的同步安全稳定性的装置，其中，所述新能源并网系统包括新能源发电设备和交流电网，新能源发电设备基于电压源型换流器VSC接入交流电网，并通过VSC中的锁相环PLL实现与交流电网的同步运行，所述装置包括：

数据采集单元501，用于当新能源并网系统发生故障时，采集新能源发电设备的机端电压、交流母线电压、交流电网电压和输入新能源发电设备的电流；

第一计算单元502，用于基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角；

第二计算单元503，用于基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围；

主导约束单元504，用于根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束；

第三计算单元505，用于根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界；

第四计算单元506，用于根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围；

安全预警单元507，用于根据所述实时相对锁相角和所述基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息。

可选地，所述第一计算单元502基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角，包括：

将所述机端电压代入预先建立的PLL控制逻辑，计算新能源并网系统的锁相角，其中，PLL控制逻辑的表达式为：

(1)

式中，u _r为新能源发电设备的机端电压；u _r ^q为新能源发电设备机端电压的q轴分量；θ_pll为新能源并网系统的锁相角，

为计算所述锁相角的一阶导数，k _{p_pll}、k _{i_pll}为PLL的比例积分控制参数，x _pll为引入的中间变量，

为计算所述中间变量的一阶导数；

将新能源并网系统的锁相角代入实时相对锁相角计算公式，确定新能源并网系统的实时相对锁相角，其中，实时相对锁相角计算公式为：

(2)

式中，δ_pll为新能源并网系统的实时相对锁相角，ω_g为交流电网电压u _g的角频率，t为时间变量。

可选地，所述第二计算单元503基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围包括：

根据预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑确定稳定平衡点计算公式，其中，所述新能源发电设备的机端电压控制逻辑的表达式为：

(3)

式中，i _c为输入新能源发电设备的电流；u _r和u _g分别为新能源机端电压和交流电网电压；u _r ^d和u _r ^q分别为新能源发电设备机端电压的d、q轴分量；u _g ^d和u _g ^q分别为交流电网电压的d、q轴分量；i _c ^d和i _c ^q分别为输入新能源发电设备的电流的d、q轴分量；L _r和L _g分别为线路电感和交流电网的戴维南等效电感，L _∑为并网电感，其表达式为L _∑=L _r+L _g；ω_pll为PLL的角频率；

公式（3）中，令u _r ^q=0，则得到稳定平衡点计算公式，其中，所述稳定平衡点计算公式为：

(4)

式中，U _g为交流电网电压的幅值；

对公式（4）求解，确定新能源并网系统的同步可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]，其中，δ_UEP1=-180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)，δ_UEP2=180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)。

可选地，所述主导约束单元504根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束包括：

比较所述机端电压的幅值U _r与设置的机端过电压保护定值U _rN，以及所述交流母线电压的幅值U _s与设置的母线过电压绝缘限值U _sN，其中：

有且仅有所述机端电压的幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导；

有且仅有交流母线电压的幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压幅值U _s主导；

当机端电压幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN，且交流母线电压幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导。

可选地，所述第三计算单元505根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界包括：

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(5)

式中，δ₀为新能源并网系统在额定运行状态下的相对锁相角；

当新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压的幅值U _s主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(6)

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导时，在机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1为根据公式（5）确定的机端电压的幅值U _r约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，或者根据公式（6）确定的在交流母线电压的幅值U _s约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界。

可选地，所述第四计算单元506根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围包括：

将新能源并网系统的同步可运行范围[δ_UEP1,δ_UEP2]的上限值δ_UEP1和下限值δ_UEP2分别与相对锁相角的安全边界δ_DOC1进行比较，当δ_UEP1≤δ_DOC1<δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_DOC1,δ_UEP2]；当δ_DOC1<δ_UEP1或δ_DOC1≥δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]。

可选地，所述安全预警单元507根据所述实时相对锁相角和所述相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息包括：

当δ₁≤δ_pll≤δ₂时，确定新能源并网系统处于同步安全稳定运行状态，其中，δ₁和δ₂分别为新能源并网系统的相对锁相角可运行范围的下限值和上限值；

当δ_pll<δ₁，或者δ₂<δ_pll时，确定新能源并网系统处于偏离同步安全稳定运行状态。

本发明所述监测新能源并网系统的同步安全稳定性的装置通过对新能源并网系统发生故障时采集的参数进行计算分析，从而判断实时相对锁相角是否在基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围内的步骤，与本发明所述监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法采取的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。

示例性电子设备

图6是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构。该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备，该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号。图6图示了根据本公开实施例的电子设备的框图。如图6所示，电子设备包括一个或多个处理器601和存储器602。

处理器601可以是中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。

存储器602可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器601可以运行所述程序指令，以实现上文所述的被公开的各个实施例的软件程序的监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法以及/或者其他期望的功能。在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置603和输出装置604，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。

此外，该输入装置603还可以包括例如键盘、鼠标等等。

该输出装置604可以向外部输出各种信息。该输出设备34可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图6中仅示出了该电子设备中与本公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。

示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质

除了上述方法和设备以外，本公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据被公开各种实施例的监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的对历史变更记录进行信息挖掘的方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

还需要指出的是，在本公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (16)

1.一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的方法，其中，所述新能源并网系统包括新能源发电设备和交流电网，新能源发电设备基于电压源型换流器VSC接入交流电网，并通过VSC中的锁相环PLL实现与交流电网的同步运行，其特征在于，所述方法包括：

当新能源并网系统发生故障时，采集新能源发电设备的机端电压、交流母线电压、交流电网电压和输入新能源发电设备的电流；

基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角；

基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围；

根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束；

根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界；

根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围；

根据所述实时相对锁相角和所述基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角，包括：

将所述机端电压代入预先建立的PLL控制逻辑，计算新能源并网系统的锁相角，其中，PLL控制逻辑的表达式为：

(1)

式中，u _r为新能源发电设备的机端电压；u _r ^q为新能源发电设备机端电压的q轴分量；θ_pll为新能源并网系统的锁相角，

为计算所述锁相角的一阶导数，k _{p_pll}、k _{i_pll}为PLL的比例积分控制参数，x _pll为引入的中间变量，

为计算所述中间变量的一阶导数；

将新能源并网系统的锁相角代入实时相对锁相角计算公式，确定新能源并网系统的实时相对锁相角，其中，实时相对锁相角计算公式为：

(2)

式中，δ_pll为新能源并网系统的实时相对锁相角，ω_g为交流电网电压u _g的角频率，t为时间变量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围包括：

根据预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑确定稳定平衡点计算公式，其中，所述新能源发电设备的机端电压控制逻辑的表达式为：

(3)

式中，i _c为输入新能源发电设备的电流；u _r和u _g分别为新能源机端电压和交流电网电压；u _r ^d和u _r ^q分别为新能源发电设备机端电压的d、q轴分量；u _g ^d和u _g ^q分别为交流电网电压的d、q轴分量；i _c ^d和i _c ^q分别为输入新能源发电设备的电流的d、q轴分量；L _r和L _g分别为线路电感和交流电网的戴维南等效电感，L _∑为并网电感，其表达式为L _∑=L _r+L _g；ω _pll为PLL的角频率；

公式（3）中，令u _r ^q=0，则得到稳定平衡点计算公式，其中，所述稳定平衡点计算公式为：

(4)

式中，U _g为交流电网电压的幅值；

对公式（4）求解，确定新能源并网系统的同步可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]，其中，δ_UEP1=-180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)，

δ_UEP2=180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束包括：

比较所述机端电压的幅值U _r与设置的机端过电压保护定值U _rN，以及所述交流母线电压的幅值U _s与设置的母线过电压绝缘限值U _sN，其中：

有且仅有所述机端电压的幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导；

有且仅有交流母线电压的幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压幅值U _s主导；

当机端电压幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN，且交流母线电压幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界包括：

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ _DOC1的计算公式为：

(5)

式中，δ₀为新能源并网系统在额定运行状态下的相对锁相角；

当新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压的幅值U _s主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ _DOC1的计算公式为：

(6)

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导时，在机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1为根据公式（5）确定的机端电压的幅值U _r约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，或者根据公式（6）确定的在交流母线电压的幅值U _s约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围包括：

将新能源并网系统的同步可运行范围[δ_UEP1,δ_UEP2]的上限值δ_UEP1和下限值δ_UEP2分别与相对锁相角的安全边界δ_DOC1进行比较，当δ_UEP1≤δ_DOC1<δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_DOC1,δ_UEP2]；当δ_DOC1<δ_UEP1或δ_DOC1≥δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述实时相对锁相角和所述相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息包括：

当δ₁≤δ_pll≤δ₂时，确定新能源并网系统处于同步安全稳定运行状态，其中，δ₁和δ₂分别为新能源并网系统的相对锁相角可运行范围的下限值和上限值；

当δ_pll<δ₁，或者δ₂<δ_pll时，确定新能源并网系统处于偏离同步安全稳定运行状态。

8.一种监测新能源并网系统的同步安全稳定性的装置，其中，所述新能源并网系统包括新能源发电设备和交流电网，新能源发电设备基于电压源型换流器VSC接入交流电网，并通过VSC中的锁相环PLL实现与交流电网的同步运行，其特征在于，所述系统包括：

数据采集单元，用于当新能源并网系统发生故障时，采集新能源发电设备的机端电压、交流母线电压、交流电网电压和输入新能源发电设备的电流；

第一计算单元，用于基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角；

第二计算单元，用于基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围；

主导约束单元，用于根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束；

第三计算单元，用于根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界；

第四计算单元，用于根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围；

安全预警单元，用于根据所述实时相对锁相角和所述基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，第一计算单元基于预先建立的PLL控制逻辑，根据所述机端电压计算新能源并网系统的实时相对锁相角，包括：

将所述机端电压代入预先建立的PLL控制逻辑，计算新能源并网系统的锁相角，其中，PLL控制逻辑的表达式为：

(1)

式中，u _r为新能源发电设备的机端电压；u _r ^q为新能源发电设备机端电压的q轴分量；q _pll为新能源并网系统的锁相角，

为计算所述锁相角的一阶导数，k _{p_pll}、k _{i_pll}为PLL的比例积分控制参数，x _pll为引入的中间变量，

为计算所述中间变量的一阶导数；

将新能源并网系统的锁相角代入实时相对锁相角计算公式，确定新能源并网系统的实时相对锁相角，其中，实时相对锁相角计算公式为：

(2)

式中，δ_pll为新能源并网系统的实时相对锁相角，ω_g为交流电网电压u _g的角频率，t为时间变量。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，第二计算单元基于预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑，根据所述交流电网电压和所述输入新能源发电设备的电流确定新能源并网系统的同步可运行范围包括：

根据预先建立的新能源发电设备的机端电压控制逻辑确定稳定平衡点计算公式，其中，所述新能源发电设备的机端电压控制逻辑的表达式为：

(3)

式中，i _c为输入新能源发电设备的电流；u _r和u _g分别为新能源机端电压和交流电网电压；u _r ^d和u _r ^q分别为新能源发电设备机端电压的d、q轴分量；u _g ^d和u _g ^q分别为交流电网电压的d、q轴分量；i _c ^d和i _c ^q分别为输入新能源发电设备的电流的d、q轴分量；L _r和L _g分别为线路电感和交流电网的戴维南等效电感，L _∑为并网电感，其表达式为L _∑=L _r+L _g；ω_pll为PLL的角频率；

公式（3）中，令u _r ^q=0，则得到稳定平衡点计算公式，其中，所述稳定平衡点计算公式为：

(4)

式中，U _g为交流电网电压的幅值；

对公式（4）求解，确定新能源并网系统的同步可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]，其中，δ_UEP1=-180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)，δ_UEP2=180^o-arcsin(ω_pll*L _∑*i _c ^d/U _g)。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，主导约束单元根据所述机端电压和预先设置的机端过电压保护定值，以及所述交流母线电压和预先设置的交流母线过电压绝缘限值，确定新能源并网系统的过电压约束包括：

比较所述机端电压的幅值U _r与设置的机端过电压保护定值U _rN，以及所述交流母线电压的幅值U _s与设置的母线过电压绝缘限值U _sN，其中：

有且仅有所述机端电压的幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导；

有且仅有交流母线电压的幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压幅值U _s主导；

当机端电压幅值U _r不小于机端过电压保护定值U _rN，且交流母线电压幅值U _s不小于母线过电压绝缘限值U _sN时，确定新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，第三计算单元根据所述过电压约束和交流电网电压确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界包括：

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(5)

式中，δ₀为新能源并网系统在额定运行状态下的相对锁相角；

当新能源并网系统的过电压约束为交流母线电压的幅值U _s主导时，在其过电压约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1的计算公式为：

(6)

当新能源并网系统的过电压约束为新能源发电设备的机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同主导时，在机端电压的幅值U _r和交流母线电压的幅值U _s共同约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界δ_DOC1为根据公式（5）确定的机端电压的幅值U _r约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，或者根据公式（6）确定的在交流母线电压的幅值U _s约束下的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，第四计算单元根据新能源并网系统的同步可运行范围和基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的安全边界，确定基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角的可运行范围包括：

将新能源并网系统的同步可运行范围[δ_UEP1,δ_UEP2]的上限值δ_UEP1和下限值δ_UEP2分别与相对锁相角的安全边界δ_DOC1进行比较，当δ_UEP1≤δ_DOC1<δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_DOC1,δ_UEP2]；当δ_DOC1<δ_UEP1或δ_DOC1≥δ_UEP2时，基于过电压约束的新能源并网系统的相对锁相角可运行范围为[δ_UEP1,δ_UEP2]。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，根据所述实时相对锁相角和所述相对锁相角的可运行范围，生成新能源并网系统的同步安全稳定性的预警信息包括：

当δ₁≤δ_pll≤δ₂时，确定新能源并网系统处于同步安全稳定运行状态，其中，δ₁和δ₂分别为新能源并网系统的相对锁相角可运行范围的下限值和上限值；

当δ_pll<δ₁，或者δ₂<δ_pll时，确定新能源并网系统处于偏离同步安全稳定运行状态。

15.一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程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1至7中任一项所述的方法。

16.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现上述1至7中任一项所述的方法。

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