CN114884094A - 一种风电场阻抗特性监测方法、系统、设备和介质 - Google Patents

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余浩
宫大千
张志强
左郑敏
段瑶
龚贤夫
罗超
朱益华
郭琦
伍文聪
曾冠铭
李成翔
胡云
余佳微
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Abstract

本发明公开了一种风电场阻抗特性监测方法、系统、设备和介质，包括：响应风电场阻抗特性监测请求，获取风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构；根据各个有功功率和多个预设的初始频率，确定风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数；根据阻抗网络结构和各个阻抗网络参数，计算风电场对应的多个端口阻抗参数；基于风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数；基于端口阻抗参数和电网等值阻抗参数在各个初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。解决了在实际应用中风电场阻抗特性随风电机组运行状态变化而变化会产生振荡风险，但无法对其及时监测，保证风电场的稳定运行的技术问题。

Description

一种风电场阻抗特性监测方法、系统、设备和介质
技术领域
本发明涉及阻抗特性分析技术领域，尤其涉及一种风电场阻抗特性监测方法、系统、设备和介质。
背景技术
可再生能源发电，一般是指水力发电、风力发电、生物质发电、太阳能发电、海洋能发电和地热能发电等，以风电为代表的新能源近年来发展迅猛。与传统旋转发电机不同,新能源机组多采用电力电子变流器接入电网,变流器与电网相互作用,可能引发谐振或振荡问题,造成机组跳闸乃至设备损坏,危及电网的安全稳定运行,而阻抗模型被广泛用于分析风电等可再生能源发电系统的并网特性和振荡风险分析。
目前主要采用数学建模、仿真或现场测试及离线辨识方法获取发电机组的阻抗模型,而对于整个风电场的模型目前主要采用离线仿真测试、或者离线等值建模方法，然而在实际在线分析应用方面中风电机组运行状态受天气变化影响较大，阻抗特性随之变化。
因而，在实际应用中风电场阻抗特性随风电机组运行状态变化而变化会产生的振荡风险，但无法对其及时监测，保证风电场的稳定运行。
发明内容
本发明提供了一种风电场阻抗特性监测方法、系统、设备和介质，解决了在实际应用中风电场阻抗特性随风电机组运行状态变化而变化会产生振荡风险，但无法对其及时监测，保证风电场的稳定运行的技术问题。
本发明提供的一种风电场阻抗特性监测方法，包括以下步骤：
响应风电场阻抗特性监测请求，获取所述风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构；
根据各个所述有功功率和多个预设的初始频率，确定所述风电场在各个所述初始频率分别对应的阻抗网络参数；
根据所述阻抗网络结构和各个所述阻抗网络参数，计算所述风电场对应的多个端口阻抗参数；
基于所述风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个所述初始频率分别对应的电网等值阻抗参数；
基于所述端口阻抗参数和所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。
可选地，所述根据各个所述有功功率和多个预设的初始频率，确定各个所述初始频率下所述风电场对应的多个阻抗网络参数的步骤，包括：
采用所述有功功率检索预设的阻抗网络参数表，确定所述有功功率所处的功率区间；
获取所述功率区间在多个预设的初始频率分别对应的目标阻抗网络参数；
将所述风电机组对应的阻抗网络参数分别更新为各个所述初始频率对应的目标阻抗网络参数，得到所述风电场在各个所述初始频率分别对应的阻抗网络参数。
可选地，所述根据所述阻抗网络结构和各个所述阻抗网络参数，计算所述风电场对应的多个端口阻抗参数的步骤，包括：
按照各个所述初始频率遍历所述阻抗网络结构；
若所述阻抗网络结构为支路串联点，则采用各个所述阻抗网络参数进行阻抗叠加，得到串联阻抗参数；
若所述阻抗网络结构为支路并联点，则采用各个所述阻抗网络参数进行导纳叠加，得到并联阻抗参数；
由下至上依次叠加所述串联阻抗参数和所述并联阻抗参数，得到所述风电场对应的多个端口阻抗参数。
可选地，所述基于所述风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个所述初始频率对应的电网等值阻抗参数的步骤，包括：
以所述电网等值阻抗参数作为目标值，所述初始频率作为变量，结合电网的运行方式对应的短路阻抗，构建电网等值阻抗模型；
分别将各个所述初始频率输入所述电网等值阻抗模型，得到多个所述初始频率对应的电网等值阻抗参数；
所述电网等值阻抗模型为：
Zs(f)＝2πfZsh/W0
其中，f为所述初始频率，Zsh为所述短路阻抗，w0为电网额定角频率，Zs(f)为所述电网等值阻抗参数。
可选地，所述基于所述端口阻抗参数和所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出的步骤，包括：
分别计算所述端口阻抗参数在各个所述初始频率下的第一阻抗幅值和第一阻抗相位；
分别计算所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率下的第二阻抗幅值和第二阻抗相位；
计算所述第一阻抗相位与所述第二阻抗相位之间的相位差值；
计算所述第一阻抗幅值与所述第二阻抗幅值之间的幅值差值；
将所述相位差值大于预设相位阈值，且所述幅值差值大于预设幅值阈值对应的初始频率确定为振荡风险频率并输出。
可选地，所述端口阻抗参数包括第一电阻和第一电抗，所述分别计算所述端口阻抗参数在各个所述初始频率下的第一阻抗幅值和第一阻抗相位的步骤，包括：
计算所述第一电抗与所述第一电阻在各个所述初始频率分别对应的第一平方和和第一比值；
将各个所述第一平方和的平方根确定为各个所述初始频率分别对应的第一阻抗幅值；
将各个所述第一比值的反正切值确定为各个所述初始频率分别对应的第一阻抗相位。
可选地，所述电网等值阻抗参数包括第二电阻和第二电抗，所述分别计算所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率下的第二阻抗幅值和第二阻抗相位的步骤，包括：
计算所述第二电抗与所述第二电阻在各个所述初始频率分别对应的第二平方和和第二比值；
将各个所述第二平方和的平方根确定为各个所述初始频率分别对应的第二阻抗幅值；
将各个所述第二比值的反正切值确定为各个所述初始频率分别对应的第二阻抗相位。
本发明第二方面提供了一种风电场阻抗特性监测系统，包括：
数据采集模块，用于响应风电场阻抗特性监测请求，获取所述风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构；
阻抗网络参数更新模块，用于根据各个所述有功功率和多个预设的初始频率，确定所述风电场在各个所述初始频率分别对应的阻抗网络参数；
端口阻抗参数计算模块，用于根据所述阻抗网络结构和各个所述阻抗网络参数，计算所述风电场对应的多个端口阻抗参数；
电网等值阻抗参数计算模块，用于基于所述风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个所述初始频率分别对应的电网等值阻抗参数；
振荡风险评估模块，用于基于所述端口阻抗参数和所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。
本发明第三方面提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面所述任一项的风电场阻抗特性监测方法的步骤。
本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如第一方面所述任一项的风电场阻抗特性监测方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明通过响应风电场阻抗特性监测请求，获取风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构，其次，根据各个有功功率和多个预设的初始频率，可确定风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数，接着通过各个阻抗网络参数结合阻抗网络结构，从而计算风电场在多个初始频率下对应的多个端口阻抗参数，再基于风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数，最后比较端口阻抗参数和电网等值阻抗参数，基于端口阻抗参数和电网等值阻抗参数在各个初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。因此，本发明通过对风电机组的有功功率进行监测，可确定在当前运行状态下风电场会产生振荡风险的振荡风险频率，便于对风电场运行过程中是否会产生振荡风险及时进行分析并反馈，可实现在风电场运行状态下的实时在线监测，反映出风电场阻抗特性随风电机组运行状态变化而变化对风电场的影响，便于规避振荡风险，保证风电场的稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种风电场阻抗特性监测方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例二提供的一种风电场阻抗特性监测方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例提供的大型风电场的典型配置结构图；
图4为本发明实施例提供的阻抗网络结构的结构图；
图5为本发明实施例三提供的一种风电场阻抗特性监测系统的结构框图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例一提供的一种风电场阻抗特性监测方法的步骤流程图。
本发明提供的一种风电场阻抗特性监测方法，包括以下步骤：
步骤101、响应风电场阻抗特性监测请求，获取风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构。
步骤102、根据各个有功功率和多个预设的初始频率，确定风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数。
本发明实施例中，在风电场运行状态下，风电机组的阻抗网络参数与其相应的有功功率和初始频率相关，风电场内其它设备的阻抗网络参数与相应的初始频率相关，因此通过确定各个风电机组的有功功率，再通过各个初始频率，可确定风电机在当前运行状态下在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数。
步骤103、根据阻抗网络结构和各个阻抗网络参数，计算风电场对应的多个端口阻抗参数。
阻抗网络结构是根据风电场的配置结构对应生成的，通过负载表示各个配置连接关系的电路网络。
本发明实施例中，根据阻抗网络结构可知各个阻抗网络参数的连接关系，根据连接关系结合阻抗网络结构中对应的各个阻抗网络参数可计算出端口阻抗参数。
步骤104、基于风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数。
短路阻抗指的是用电器短路形成的电阻，像涡流等；本发明实施例中的短路阻抗为风电场并网点的短路阻抗。
电网等值阻抗参数指的是能集中反映风电场在特定的运行状态(如稳态或暂态)时风电场并网点的电磁关系或电压与电流关系的工频阻抗值，本发明实施例中，电网等值阻抗参数指的是对应多个预设的初始频率的并网点的电网等值阻抗参数的集合。
需要说明的是，风电场的运行方式有最大运行方式和最小运行方式，最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式；最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式；根据风电场的运行方式可得到风电场的并网点对应的短路阻抗，最大运行方式和最小运行方式对应的短路阻抗为提前预设到系统内的。
本发明实施例中，基于风电场的运行方式对应的风电场的短路阻抗，再根据短路阻抗计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数。
步骤105、基于端口阻抗参数和电网等值阻抗参数在各个初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。
在得出端口阻抗参数和电网等值阻抗参数后，用于在各个初始频率对应的进行比较，得出比较结果，根据比较结果从而确定振荡风险频率并输出。
本发明实施例中，通过响应风电场阻抗特性监测请求，获取风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构，其次，根据各个有功功率和多个预设的初始频率，可确定风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数，接着通过各个阻抗网络参数结合阻抗网络结构，从而计算风电场在多个初始频率下对应的多个端口阻抗参数，再基于风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数，最后比较端口阻抗参数和电网等值阻抗参数，基于端口阻抗参数和电网等值阻抗参数在各个初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。因此，本发明通过对风电机组的有功功率进行监测，可确定在当前运行状态下风电场会产生振荡风险的振荡风险频率，便于对风电场运行过程中是否会产生振荡风险及时进行分析并反馈，可实现在风电场运行状态下的实时在线监测，反映出风电场阻抗特性随风电机组运行状态变化而变化对风电场的影响，便于规避振荡风险，保证风电场的稳定运行。
请参阅图2，图2为本发明实施例二提供的一种风电场阻抗特性监测方法的步骤流程图。
本发明提供的一种风电场阻抗特性监测方法，包括以下步骤：
步骤201、响应风电场阻抗特性监测请求，获取风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构。
需要说明的是，监测请求指的是系统对风场阻抗特性进行监测发出的请求指令，系统可周期性进行监测。
步骤202、根据各个有功功率和多个预设的初始频率，确定风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数。
可选地，步骤202包括以下子步骤：
采用有功功率检索预设的阻抗网络参数表，确定有功功率所处的功率区间；
获取功率区间在多个预设的初始频率下分别对应的目标阻抗网络参数；
将风电机组对应的阻抗网络参数分别更新为各个初始频率对应的目标阻抗网络参数，得到风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数。
需要说明的是，系统预设有阻抗网络参数表，其通过数学建模或预先试验测得，较为精确，反应出风电场机组中有功功率、预设的初始频率和阻抗网络参数的关系。如表1所示，表1为预设的阻抗网络参数表。
Figure BDA0003705502560000081
表1
其中，P为有功功率，ΔP为功率区间变化值，f0为预设的初始频率，Δf为初始频率区间变化值，在具体实现中，根据风电机组的有功功率可先确定有功功率所处的功率区间，再根据预设的初始频率可得出对应的目标阻抗网络参数，将风电机组对应的阻抗网络参数分别更新为各个初始频率对应的目标阻抗网络参数，从而得到风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数，例如，若风电机组的有功功率在功率区间ΔP<P<2ΔP，则频率f0+nΔf对应的目标阻抗网络参数为Z(f0+nΔf，2ΔP)。
请参阅图3和图4，图3为本发明实施例提供的大型风电场的典型配置结构图，图4为本发明实施例提供的阻抗网络结构的结构图，图4为根据图3生成的阻抗网络结构。
在一实施例中，风电机组的有功功率P还对应设有有功功率阈值Pset，若当P＜Pset时，Pset优选为0.01pu，此时认为风电机组处于停运状态，此时，将风电机组的阻抗网络参数设为无穷大，进一步地，由于在风电机组的停运状态下，认为风电机组所在的阻抗支路的均断开，且风电机组阻抗支路为串联支路，将风电机组的阻抗支路的对应的阻抗网络参数设为无穷大，例如，图3中序号1-1的机组处于停运状态，则图4中ZG11和ZT11支路阻抗为无穷大，只需要在对阻抗网络结构中相应的阻抗网络参数进行更新，无需再重新生成阻抗网络结构。
需要说明的是，风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数还包括变压器阻抗网络参数、集电线路阻抗网络参数和升压变阻抗网络参数，其中，变压器阻抗网络参数、集电线路阻抗网络参数和升压变阻抗网络参数分别通过预设的变压器阻抗数据模型、集电线路阻抗数据模型和升压变阻抗数据模型确定，预设的变压器阻抗数据模型、集电线路阻抗数据模型和升压变阻抗数据模型均预先通过数学建模构建得到，变压器阻抗数据模型为以变压器阻抗网络参数为输出目标、初始频率为变量的数学模型，集电线路阻抗数据模型为以集电线路阻抗网络参数为输出目标、初始频率为变量的数学模型，升压变阻抗数据模型为以升压变阻抗网络参数为输出目标、初始频率为变量的数学模型，根据多个预设的初始频率，可从预设的变压器阻抗数据模型、集电线路阻抗数据模型和升压变阻抗数据模型中分别得到对应的变压器阻抗网络参数、集电线路阻抗网络参数和升压变阻抗网络参数，从而得到风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数，用于计算风电场对应的端口阻抗参数。例如，如图3所示，其中ZGik为风电机组的阻抗网络参数，ZTik为变压器阻抗网络参数，ZLkn为集电线路阻抗网络参数，ZT为升压变阻抗网络参数，其中ZGik为第i组第k个风电机组的阻抗网络参数，ZTik为第i组第k个机组的变压器阻抗网络参数，ZLkn为与汇集线路k的第n个阻抗支路串联的集电线路阻抗网络参数。
本发明实施例中，通过预先试验测试得到风电机组各个有功功率以及多个预设的初始频率下对应的阻抗网络参数，构建阻抗网络参数表并预设到系统内，可快速地根据当前各个风电机组运行状态得出各个初始功率对应的目标阻抗网络参数，并对风电机组在各个初始频率对应的阻抗网络参数进行更新，另外通过预设的变压器阻抗数据模型、集电线路阻抗数据模型和升压变阻抗数据模型，得到各个预设的初始频率下相应的变压器阻抗网络参数、集电线路阻抗网络参数和升压变阻抗网络参数，从而得到在当前风电场状态运行状态下，风电场在各个初始频率对应的阻抗网络参数，反应在风电机组各个有功功率变化下(即不同运行状态)对应的风电场的阻抗网络参数的变化，便于对风电场阻抗特性进行分析，同时由多种阻抗网络参数组成，体现出对风电场阻抗特性分析的多模型化，分析的精确性更高，便于规避振荡风险。
步骤203、根据阻抗网络结构和各个阻抗网络参数，计算风电场对应的多个端口阻抗参数。
可选地，步骤203包括以下子步骤：
按照各个初始频率遍历阻抗网络结构；
若阻抗网络结构为支路串联点，则采用各个阻抗网络参数进行阻抗叠加，得到串联阻抗参数；
若阻抗网络结构为支路并联点，则采用各个阻抗网络参数进行导纳叠加，得到并联阻抗参数；
由下至上依次叠加串联阻抗参数和并联阻抗参数，得到风电场对应的多个端口阻抗参数。
遍历是指沿着某条搜索路线，依次对树(或图)中每个节点均做一次访问。
在具体实现中，首先按照各个初始频率遍历阻抗网络结构，了解阻抗网络结构的连接方式，节点关系，对于支路串联点，采用各个阻抗网络参数进行阻抗叠加，对于支路并联点，采用各个阻抗网络参数进行导纳叠加，最后由下至上依次叠加全部串联阻抗参数组和并联阻抗参数组，从而得到风电场对应的多个端口阻抗参数组，具体的计算过程如下：
以图3的阻抗网络结构为例，先从汇集线路1的第n个风电机组开始，其为支路串联，支路的串联阻抗参数为ZG1n+ZT1n+ZL1n，而与第n-1个风电机组的阻抗支路是并联关系，则两者总导纳为：
Figure BDA0003705502560000111
则第n个风电机组与第n-1个风电机组的对应的支路并联点的并联阻抗参数为Z(1n,1(n-1))＝1/YG(1n,1(n-1))；
第n-1条支路与n-2条支路并联关系，两者总导纳为：
Figure BDA0003705502560000112
则第n-1个风电机组与第n-2个风电机组对应的支路并联点的并联阻抗参数为Z(1(n-1),1(n-2))＝1/YG(1(n-1),1(n-2))；
依次类推，可得到风电场的端口阻抗参数Zw(f)。
本发明实施例中，按各个所述初始频率历遍阻抗网络结构，结合各个阻抗网络参数，最后计算得到风电场的多个端口阻抗参数。
步骤204、基于风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数。
可选地，步骤204包括以下子步骤：
以电网等值阻抗参数作为目标值，初始频率作为变量，结合风电场的运行方式对应的短路阻抗，构建电网等值阻抗模型；
分别将各个初始频率输入电网等值阻抗模型，得到多个初始频率对应的电网等值阻抗参数；
电网等值阻抗模型为：
Zs(f)＝2πfZsh/W0
其中，f为初始频率，Zsh为短路阻抗，w0为电网额定角频率，Zs(f)为电网等值阻抗参数。
需要说明的是，本是实施例中，将风电场的系统近似为纯感性阻抗，由此确定并网点的电网等值阻抗相当于等值电抗，电抗的阻抗相位接近90°，优选地将电网等值阻抗参数的阻抗相位确定为90°。
本发明实施例中，将风电场的系统近似为纯感性阻抗，即等值电抗，以电网等值阻抗参数作为目标值，将初始频率作为变量，结合风电场的运行方式对应的短路阻抗，从而构建电网等值阻抗模型，接着分别将各个初始频率输入电网等值阻抗模型，得到多个初始频率对应的电网等值阻抗参数得出各个初始频率对应的电网等值阻抗参数，同时由于确定风电场的系统为纯感性，确定电网等值阻抗参数的阻抗相位为90°，便于与端口阻抗参数比较，从而对风电场的运行状态进行分析，判断是否有振荡风险。
步骤205、分别计算端口阻抗参数在各个初始频率下的第一阻抗幅值和第一阻抗相位。
可选地，端口阻抗参数包括第一电阻和第一电抗，步骤205包括以下子步骤：
计算第一电抗与第一电阻在各个初始频率分别对应的第一平方和和第一比值；
将各个第一平方和的平方根确定为各个初始频率分别对应的第一阻抗幅值；
将各个第一比值的反正切值确定为各个初始频率分别对应的第一阻抗相位。
在具体实现中，端口阻抗参数包括第一电阻和第一电抗，端口阻抗参数可通过复合函数进行表达，例如，端口阻抗参数表示为Zw(f)＝Rw+jXw，其中Rw为第一电阻，Xw为第一电抗；由此可计算出端口阻抗参数的第一阻抗幅值和第一阻抗相位分别为
Figure BDA0003705502560000121
和∠Zw(f)＝tan-1(Xw/Rw)。
步骤206、分别计算电网等值阻抗参数在各个初始频率下的第二阻抗幅值和第二阻抗相位。
可选地，电网等值阻抗参数包括第二电阻和第二电抗，步骤206包括以下子步骤：
计算第二电抗与第二电阻在各个初始频率分别对应的第二平方和和第二比值；
将各个第二平方和的平方根确定为各个初始频率分别对应的第二阻抗幅值；
将各个第二比值的反正切值确定为各个初始频率分别对应的第二阻抗相位。
在具体实现中，电网等值阻抗参数包括第二电阻和第二电抗，电网等值阻抗参数可通过复合函数进行表达，例如，电网等值阻抗参数表示为Zs(f)＝Rs+jXs，其中Rs为第二电阻，Xs为第二电抗；由此可计算出电网等值阻抗参数的第二阻抗幅值和第二阻抗相位分别为
Figure BDA0003705502560000131
和∠Zs(f)＝tan-1(Xs/Rs)。
步骤207、计算第一阻抗相位与第二阻抗相位之间的相位差值。
本发明实施中，在计算出第一阻抗相位与第二阻抗相位后，则可计算两者之间的相位差值为∠Zw(f)-∠Zs(f)。
步骤208、计算第一阻抗幅值与第二阻抗幅值之间的幅值差值。
本发明实施中，在计算出第一阻抗幅值与第二阻抗幅值后，则可计算两者之间的幅值差值为|Zw(f)|-|Zs(f)|。
步骤209、将相位差值大于预设相位阈值，且幅值差值大于预设幅值阈值对应的初始频率确定为振荡风险频率并输出。
在具体实现中，预设相位阈值优选为180°，预设幅值阈值优选为0，便于提高确定振荡风险频率的精确性。
本发明实施中，通过端口阻抗参数可计算出在各个初始频率下相应的第一阻抗幅值和第一阻抗相位，通过电网等值阻抗参数可计算出在各个初始频率下相应的第二阻抗幅值和第二阻抗相位，从而计算得出在各个初始频率下相位差值和幅值差值，再比较相位差值与预设相位阈值以及比较幅值差值与预设幅值阈值，基于比较结果，确定出会有振荡风险对应的初始频率，并将对应的初始频率确定为振荡风险频率并输出，有利于进行振荡风险分析。
在一实施例中，例如，端口阻抗参数表示为Zw(f)，电网等值阻抗参数表示为Zs(f)，分别计算得出各个初始频率对应得端口阻抗参数的第一阻抗幅值和第一阻抗相位分别为Mag(Zw)和arg(Zw)，电网等值阻抗参数的第二阻抗幅值和第二阻抗相位分别为Mag(Zs)和arg(Zs)，在各个初始频率下若满足Mag(Zw)>Mag(Zs)，arg(Zw)-arg(Zs)>180°，则将对应的初始频率确定为振荡风险频率输出。
本发明实施中，通过响应风电场阻抗特性监测请求，获取风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构，其次，根据各个有功功率和多个预设的初始频率，可确定风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数，接着通过各个阻抗网络参数结合阻抗网络结构，从而计算风电场在多个初始频率下对应的多个端口阻抗参数，再基于风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数，基于端口阻抗参数和电网等值阻抗参数，分别计算端口阻抗参数在各个初始频率下的第一阻抗幅值和第一阻抗相位，同时分别计算电网等值阻抗参数在各个初始频率下的第二阻抗幅值和第二阻抗相位，通过计算第一阻抗相位与第二阻抗相位之间的相位差值以及计算第一阻抗幅值与第二阻抗幅值之间的幅值差值，最后将相位差值大于预设相位阈值，且幅值差值大于预设幅值阈值对应的初始频率确定为振荡风险频率并输出，完成对风电场阻抗特性的监测。因此，本发明通过对风电机组的有功功率进行监测，可确定在当前运行状态下风电场会产生振荡风险的振荡风险频率，便于对风电场运行过程中是否会产生振荡风险及时进行分析并反馈，可实现在风电场运行状态下的实时在线监测，反映出风电场阻抗特性随风电机组运行状态变化而变化对风电场的影响，便于规避振荡风险，保证风电场的稳定运行。
请参阅图5，图5为本发明实施例三提供的一种风电场阻抗特性监测系统的结构框图。
本发明实施例提供的一种风电场阻抗特性监测系统，包括：
数据采集模块501，用于响应风电场阻抗特性监测请求，获取风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构；
阻抗网络参数更新模块502，用于根据各个有功功率和多个预设的初始频率，确定风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数；
端口阻抗参数计算模块503，用于根据阻抗网络结构和各个阻抗网络参数，计算风电场对应的多个端口阻抗参数；
电网等值阻抗参数计算模块504，用于基于风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数；
振荡风险评估模块505，用于基于端口阻抗参数和电网等值阻抗参数在各个初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。
可选地，阻抗更新模块502具体用于：
采用所述有功功率检索预设的阻抗网络参数表，确定所述有功功率所处的功率区间；
获取所述功率区间在多个预设的初始频率分别对应的目标阻抗网络参数；
将所述风电机组对应的阻抗网络参数分别更新为各个所述初始频率对应的目标阻抗网络参数，得到所述风电场在各个所述初始频率分别对应的阻抗网络参数。
可选地，端口阻抗计算模块503具体用于：
按照各个所述初始频率遍历所述阻抗网络结构；
若所述阻抗网络结构为支路串联点，则采用各个所述阻抗网络参数进行阻抗叠加，得到串联阻抗参数；
若所述阻抗网络结构为支路并联点，则采用各个所述阻抗网络参数进行导纳叠加，得到并联阻抗参数；
由下至上依次叠加所述串联阻抗参数和所述并联阻抗参数，得到所述风电场对应的多个端口阻抗参数。
可选地，电网等值阻抗计算模块504包括：
电网等值阻抗模型构建模块，用于以电网等值阻抗参数作为目标值，初始频率作为变量，结合电网的运行方式对应的短路阻抗，构建电网等值阻抗模型；
电网等值阻抗模型计算子模块，用于分别将各个初始频率输入电网等值阻抗模型，得到多个初始频率对应的电网等值阻抗参数；
电网等值阻抗模型为：
Zs(f)＝2πfZsh/W0
其中，f为所述初始频率，Zsh为所述短路阻抗，w0为电网额定角频率，Zs(f)为所述电网等值阻抗参数
可选地，振荡风险评估模块505包括：
第一阻抗参数计算子模块，用于分别计算端口阻抗参数在各个初始频率下的第一阻抗幅值和第一阻抗相位；
第二阻抗参数计算子模块，用于分别计算电网等值阻抗参数在各个初始频率下的第二阻抗幅值和第二阻抗相位；
相位差值计算子模块，用于计算第一阻抗相位与第二阻抗相位之间的相位差值；
幅值差值计算子模块，用于计算第一阻抗幅值与第二阻抗幅值之间的幅值差值；
振荡风险频率判断子模块，将相位差值大于预设相位阈值，且幅值差值大于预设幅值阈值对应的初始频率确定为振荡风险频率并输出。
可选地，第一阻抗参数计算子模块具体用于：
计算第一电抗与第一电阻在各个初始频率分别对应的第一平方和和第一比值；
将各个第一平方和的平方根确定为各个初始频率分别对应的第一阻抗幅值；
将各个第一比值的反正切值确定为各个初始频率分别对应的第一阻抗相位。
可选地，第二阻抗参数计算子模块具体用于：
计算第二电抗与第二电阻在各个初始频率分别对应的第二平方和和第二比值；
将各个第二平方和的平方根确定为各个初始频率分别对应的第二阻抗幅值；
将各个第二比值的反正切值确定为各个初始频率分别对应的第二阻抗相位。
本发明实施例中，通过数据采集模块响应风电场阻抗特性监测请求，获取风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构，其次，阻抗网络参数更新模块根据各个有功功率和多个预设的初始频率，可确定风电场在各个初始频率分别对应的阻抗网络参数，接着端口阻抗参数计算模块通过各个阻抗网络参数结合阻抗网络结构，从而计算风电场在多个初始频率下对应的多个端口阻抗参数，接着通过电网等值阻抗参数计算模块基于风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个初始频率分别对应的电网等值阻抗参数，最后通过振荡风险评估模块比较端口阻抗参数和电网等值阻抗参数，基于端口阻抗参数和电网等值阻抗参数在各个初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。因此，本发明通过对风电机组的有功功率进行监测，可确定在当前运行状态下风电场会产生振荡风险的振荡风险频率，便于对风电场运行过程中是否会产生振荡风险及时进行分析并反馈，可实现在风电场运行状态下的实时在线监测，反映出风电场阻抗特性随风电机组运行状态变化而变化对风电场的影响，便于规避振荡风险，保证风电场的稳定运行。
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器中储存有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如本发明任一实施例的风电场阻抗特性监测方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被执行时实现如本发明任一实施例的风电场阻抗特性监测方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，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单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风电场阻抗特性监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
响应风电场阻抗特性监测请求，获取所述风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构；
根据各个所述有功功率和多个预设的初始频率，确定所述风电场在各个所述初始频率分别对应的阻抗网络参数；
根据所述阻抗网络结构和各个所述阻抗网络参数，计算所述风电场对应的多个端口阻抗参数；
基于所述风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个所述初始频率分别对应的电网等值阻抗参数；
基于所述端口阻抗参数和所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。
2.根据权利要求1所述的风电场阻抗特性监测方法，其特征在于，所述根据各个所述有功功率和多个预设的初始频率，确定所述风电场在各个所述初始频率分别对应的阻抗网络参数的步骤，包括：
采用所述有功功率检索预设的阻抗网络参数表，确定所述有功功率所处的功率区间；
获取所述功率区间在多个预设的初始频率分别对应的目标阻抗网络参数；
将所述风电机组对应的阻抗网络参数分别更新为各个所述初始频率对应的目标阻抗网络参数，得到所述风电场在各个所述初始频率分别对应的阻抗网络参数。
3.根据权利要求1所述的风电场阻抗特性监测方法，其特征在于，所述根据所述阻抗网络结构和各个所述阻抗网络参数，计算所述风电场对应的多个端口阻抗参数的步骤，包括：
按照各个所述初始频率遍历所述阻抗网络结构；
若所述阻抗网络结构为支路串联点，则采用各个所述阻抗网络参数进行阻抗叠加，得到串联阻抗参数；
若所述阻抗网络结构为支路并联点，则采用各个所述阻抗网络参数进行导纳叠加，得到并联阻抗参数；
由下至上依次叠加所述串联阻抗参数和所述并联阻抗参数，得到所述风电场对应的多个端口阻抗参数。
4.根据权利要求1所述的风电场阻抗特性监测方法，其特征在于，所述基于所述风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个所述初始频率对应的电网等值阻抗参数的步骤，包括：
以所述电网等值阻抗参数作为目标值，所述初始频率作为变量，结合所述风电场的运行方式对应的短路阻抗，构建电网等值阻抗模型；
分别将各个所述初始频率输入所述电网等值阻抗模型，得到多个所述初始频率对应的电网等值阻抗参数；
所述电网等值阻抗模型为：
Zs(f)＝2πfZsh/W0
其中，f为所述初始频率，Zsh为所述短路阻抗，w0为电网额定角频率，Zs(f)为所述电网等值阻抗参数。
5.根据权利要求1所述的风电场阻抗特性监测方法，其特征在于，所述基于所述端口阻抗参数和所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出的步骤，包括：
分别计算所述端口阻抗参数在各个所述初始频率下的第一阻抗幅值和第一阻抗相位；
分别计算所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率下的第二阻抗幅值和第二阻抗相位；
计算所述第一阻抗相位与所述第二阻抗相位之间的相位差值；
计算所述第一阻抗幅值与所述第二阻抗幅值之间的幅值差值；
将所述相位差值大于预设相位阈值，且所述幅值差值大于预设幅值阈值对应的初始频率确定为振荡风险频率并输出。
6.根据权利要求5所述的风电场阻抗特性监测方法，其特征在于，所述端口阻抗参数包括第一电阻和第一电抗，所述分别计算所述端口阻抗参数在各个所述初始频率下的第一阻抗幅值和第一阻抗相位的步骤，包括：
计算所述第一电抗与所述第一电阻在各个所述初始频率分别对应的第一平方和和第一比值；
将各个所述第一平方和的平方根确定为各个所述初始频率分别对应的第一阻抗幅值；
将各个所述第一比值的反正切值确定为各个所述初始频率分别对应的第一阻抗相位。
7.根据权利要求5所述的风电场阻抗特性监测方法，其特征在于，所述电网等值阻抗参数包括第二电阻和第二电抗，所述分别计算所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率下的第二阻抗幅值和第二阻抗相位的步骤，包括：
计算所述第二电抗与所述第二电阻在各个所述初始频率分别对应的第二平方和和第二比值；
将各个所述第二平方和的平方根确定为各个所述初始频率分别对应的第二阻抗幅值；
将各个所述第二比值的反正切值确定为各个所述初始频率分别对应的第二阻抗相位。
8.一种风电场阻抗特性监测系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于响应风电场阻抗特性监测请求，获取所述风电场内各个风电机组的有功功率和阻抗网络结构；
阻抗网络参数更新模块，用于根据各个所述有功功率和多个预设的初始频率，确定所述风电场在各个所述初始频率分别对应的阻抗网络参数；
端口阻抗参数计算模块，用于根据所述阻抗网络结构和各个所述阻抗网络参数，计算所述风电场对应的多个端口阻抗参数；
电网等值阻抗参数计算模块，用于基于所述风电场的运行方式对应的短路阻抗，计算多个所述初始频率分别对应的电网等值阻抗参数；
振荡风险评估模块，用于基于所述端口阻抗参数和所述电网等值阻抗参数在各个所述初始频率对应的比较结果，确定振荡风险频率并输出。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述的风电场阻抗特性监测方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-7任一项所述的风电场阻抗特性监测方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116738746A (zh) * 2023-06-27 2023-09-12 南方电网电力科技股份有限公司 一种风电场阻抗特性分析模型构建方法、装置及设备
CN117057099A (zh) * 2023-07-13 2023-11-14 南方电网电力科技股份有限公司 基于阻抗特性的风电场振荡风险评估方法及相关装置

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