CN115663903B - 一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法及系统，其根据包含新能源场站的电网的拓扑结构确定电网中每个组成部分的参数，根据每个组成部分的参数计算在设置的频率对应的等值阻抗，再根据每个组成部分的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。所述方法和系统解决了现有技术中以单机倍乘来等值新能源场站的阻抗特征，而没有考虑到无功补偿装置，变压器，输电线路和滤波器等影响的问题，提高了新能源场站阻抗等值的精确性，所述方法和系统可用于大规模新能源汇集区域的振荡风险评估，或者高比例新能源区域出现次/超同步振荡现象后的扰动源定位，具有广阔的运用前景。

Description

一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统运行与控制领域，并且更具体地，涉及一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法及系统。

背景技术

为了构建清洁低碳、安全高效的能源体系，大幅提高非化石能源电力占比，推动主体能源由化石能源向非化石能源转变，是能源转型的核心指标，围绕该指标，电力系统将发挥不可替代的作用。伴随超大规模交直流输电及大量新能源电力电子装置接入系统，电网格局与电源结构正发生重大变化，直流输电的快速发展成为电力电子装备比例提高的首要因素。高比例风电、光伏等新能源机组经电力电子设备并网以及直流占比的提高，导致次同步-超同步-高频带的多时间尺度动态稳定问题逐渐凸显。近年来，国内外频繁出现由电力电子装备参与或引发的动态稳定问题，主要表现为频率范围从次同步一直到高频带的振荡现象，涉及到的电力电子装备覆盖了风电、光伏等不同类型的发电装备，直流、FACTS等输电装备。

与发电机等传统电磁变换装备相比，电力电子装备在物理结构、控制方式、动态响应、与其它装备的交互作用等方面都存在显著差异，电力电子装备在电力系统中广泛应用后，其快速灵活的控制特性将深刻影响电力系统的动态行为。目前，由于电力电子装备接入电力系统的比例仅在局部电网相对较高，电力电子装备带来的次同步-超同步-高频带动态稳定问题和系统频率下降问题仍呈现局部化、单一化的特点，如，在新能源占比较高地区出现多电厂、多机组、多模态的振荡问题，多直流馈入受端电网直流闭锁导致系统频率超常规跌落问题，对电力系统整体稳定性的影响较为有限；但随着电力电子装备的整体比例不断提升，这类稳定问题将逐渐向全局化、复杂化方向发展，高比例电力电子装备带来的宽频振荡和频率稳定问题未来将逐渐成为决定整个电力系统稳定特性的主导问题，针对新能源的阻抗分析的前提是进行新能源的阻抗建模，但是目前主要是对新能源机组单机的阻抗特性进行建模，针对新能源场站的阻抗特性聚合方法还未有提及。

发明内容

为了解决现有技术中二次设备中主要是对新能源机组单机的阻抗特性进行建模，缺乏针对新能源场站的阻抗特性聚合进行建模，从而影响电力系统稳定特性的问题，本发明提供一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法及系统。

根据本发明的一方面，本发明提供一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法，所述方法包括：

获取包含新能源场站的电网的拓扑结构，并基于所述拓扑结构确定电网中每个组成部分的参数，所述组成部分包括新能源场站中的至少一个新能源单元，无功补偿装置，输电线路，变压器和滤波器；

根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据每个新能源单元的阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗；

根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗；

根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗；

根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

可选地，根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据所述阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗包括：

步骤201，基于设置的新能源单元的有功功率P_i和无功功率Q_j，根据新能源单元与谐波电源的连接方式，为新能源单元注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的x%，1≤i≤I，1≤j≤J，I，J为自然数；

步骤202，利用快速傅里叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤203，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤204，根据新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成新能源单元的频率阻抗曲线；

步骤205，令i=i+1，则当i≤I且j≤J时，返回步骤201，当i＞I，j＜J时，令i=1，j=j+1，返回步骤201，当i＞I，j=J时，转至步骤206；

步骤206，根据每个新能源单元在不同的有功功率P_i和无功功率Q_j时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

可选地，根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

步骤301，基于设置的无功补偿装置的无功功率Q_m，根据无功补偿装置与谐波电源的连接方式，为无功补偿装置注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的y%，1≤m≤M，M为自然数；

步骤302，利用快速傅里叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤303，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤304，根据无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成无功补偿装置的频率阻抗曲线；

步骤305，令m=m+1，则m≤M时，返回步骤301，当m＞M时，转至步骤306；

步骤306，根据无功补偿装置在不同的无功功率Q_m时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

可选地，根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

对于输电线路，根据输电线路单位长度电感，电阻和线路长度计算其等值阻抗；

对于变压器，根据其短路损耗，短路电压百分比，空载损耗，空载电流百分比，额定电压和额定容量计算其等值阻抗；

对于滤波器，根据其电感和电容计算其等值阻抗。

可选地，根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗，包括：

基于戴维南/诺顿等效原理生成包含新能源场站的电网的等值电路；

根据所述等值电路，以及每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗确定在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合系统，所述系统包括：

数据采集模块，用于获取包含新能源场站的电网的拓扑结构，并基于所述拓扑结构确定电网中每个组成部分的参数，所述组成部分包括新能源场站中的至少一个新能源单元，无功补偿装置，输电线路，变压器和滤波器；

第一阻抗模块，用于根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据每个新能源单元的阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗；

第二阻抗模块，用于根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗；

第三阻抗模块，用于根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗；

场站阻抗模块，用于根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

可选地，第一阻抗模块根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据所述阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗包括：

步骤201，基于设置的新能源单元的有功功率P_i和无功功率Q_j，根据新能源单元与谐波电源的连接方式，为新能源单元注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的x%，1≤i≤I，1≤j≤J，I，J为自然数；

步骤202，利用快速傅里叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤203，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤204，根据新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成新能源单元的频率阻抗曲线；

步骤205，令i=i+1，则当i≤I且j≤J时，返回步骤201，当i＞I，j＜J时，令i=1，j=j+1，返回步骤201，当i＞I，j=J时，转至步骤206；

步骤206，根据每个新能源单元在不同的有功功率P_i和无功功率Q_j时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

可选地，第二阻抗模块根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

步骤301，基于设置的无功补偿装置的无功功率Q_m，根据无功补偿装置与谐波电源的连接方式，为无功补偿装置注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的y%，1≤m≤M，M为自然数；

步骤302，利用快速傅里叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤303，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤304，根据无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成无功补偿装置的频率阻抗曲线；

步骤305，令m=m+1，则m≤M时，返回步骤301，当m＞M时，转至步骤306；

步骤306，根据无功补偿装置在不同的无功功率Q_m时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

可选地，第三阻抗模块根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

对于输电线路，根据输电线路单位长度电感，电阻和线路长度计算其等值阻抗；

对于变压器，根据其短路损耗，短路电压百分比，空载损耗，空载电流百分比，额定电压和额定容量计算其等值阻抗；

对于滤波器，根据其电感和电容计算其等值阻抗。

可选地，场站阻抗模块根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗，包括：

基于戴维南/诺顿等效原理生成包含新能源场站的电网的等值电路；

根据所述等值电路，以及每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗确定在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

本发明技术方案提供的适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法及系统根据包含新能源场站的电网的拓扑结构确定电网中每个组成部分的参数，根据每个组成部分的参数计算在设置的频率对应的等值阻抗，再根据每个组成部分的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。所述方法和系统解决了现有技术中以单机倍乘来等值新能源场站的阻抗特征，而没有考虑到无功补偿装置，变压器，输电线路和滤波器等影响的问题，提高了新能源场站阻抗等值的精确性，所述方法和系统可用于大规模新能源汇集区域的振荡风险评估，或者高比例新能源区域出现次/超同步振荡现象后的扰动源定位，具有广阔的运用前景。

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适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的包含风电场的电网的拓扑结构示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的风电场阻抗等值模型的结构示意图；

图4为根据现有技术中的风电场单机阻抗等值场站阻抗的阻抗特性曲线示意图；

图5为根据本发明优选实施试的风电场等值阻抗特性曲线示意图；

图6为根据本发明优选实施方式的适用于新能源场站的阻抗分频聚合系统的结构示意图。

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适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法从步骤101开始。

在步骤101，获取包含新能源场站的电网的拓扑结构，并基于所述拓扑结构确定电网中每个组成部分的参数，所述组成部分包括新能源场站中的至少一个新能源单元，无功补偿装置，输电线路，变压器和滤波器。

在一个实施例中，所述新能源场站为风电场，新能源单元为风电机组。图2为根据本发明优选实施方式的包含风电场的电网的拓扑结构示意图。如图2所示，所述电网的典型结构包括Z个风电机组W1至WZ，无功补偿装置，滤波器，输电线路和变压器。其中，输电线路包括风电场每个风电机组的线路和风电场并入电网的线路，变压器包括与无功补偿装置配套的降压变压器（当风电场配备的无功补偿装置为直挂式SVG时，不需要配套变压器），每个风电机组配套的变压器，风电场并入电网连接的主变压器，以及接地变压器。在确定上述风电场接入电网的拓扑结构后，则可以获取每个风电机组，变压器，无功补偿装置以及输电线路的相关参数，比如机组额定电压，滤波器电压和电容，输电线路单位长度电压和电阻，输电线路长度，变压器短路损耗，短路电压百分比，空载损耗，空载电流百分比，额定电压，额定容量等。

在步骤102，根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据每个新能源单元的阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗。

优选地，根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据所述阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗包括：

步骤201，基于设置的新能源单元的有功功率P_i和无功功率Q_j，根据新能源单元与谐波电源的连接方式，为新能源单元注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的x%，1≤i≤I，1≤j≤J，I，J为自然数；

步骤202，利用快速傅里叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤203，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤204，根据新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成新能源单元的频率阻抗曲线；

步骤205，令i=i+1，则当i≤I且j≤J时，返回步骤201，当i＞I，j＜J时，令i=1，j=j+1，返回步骤201，当i＞I，j=J时，转至步骤206；

步骤206，根据每个新能源单元在不同的有功功率P_i和无功功率Q_j时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

在一个实施例中，当新能源单元为风电场时，可通过给每个风电机组注入谐波电源来确定其阻抗特性曲线。现有技术中，风电场与谐波电源的连接方式可以是在风电机组的线路上串联谐波电压源，或者并联谐波电流源。对于风电机组的有功功率和无功功率，可设置I=10，J=3，对应的有功功率P_i为1，0.9，0.8……0.1和无功功率Q_j为0，最大感性无功和最大容性无功，x的取值为1至5，设置的频率为：a，1-10Hz，步长为0.1Hz；每个步长持续不小于10s；b，10-100Hz，步长为1Hz；每个步长持续不小于5s；c，100-2500Hz，步长为10Hz；每个步长持续不小于2s。通过上述设置值，以及风电机组的参数，则可以确定在设置的有功功率和无功功率点时风电机组在离散频率点的阻抗，进一步地，根据离散频率点的阻抗，则可以确定频率区间的阻抗特性曲线。根据所述阻抗特性曲线则可以确定风电机组在任一频率的等值阻抗。

在步骤103，根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗。

优选地，根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

步骤301，基于设置的无功补偿装置的无功功率Q_m，根据无功补偿装置与谐波电源的连接方式，为无功补偿装置注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的y%，1≤m≤M，M为自然数；

步骤302，利用快速傅里叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤303，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤304，根据无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成无功补偿装置的频率阻抗曲线；

步骤305，令m=m+1，则m≤M时，返回步骤301，当m＞M时，转至步骤306；

步骤306，根据无功补偿装置在不同的无功功率Q_m时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

在一个实施例中，对于新能源场站的无功补偿装置，同样可通过给无功补偿装置注入谐波电源来确定其阻抗特性曲线。无功补偿装置与谐波电源的连接方式也可以是在无功补偿装置的线路上串联谐波电压源，或者并联谐波电流源。对于无功补偿装置的无功功率，可设置M=21，对应的无功功率Q_m为1，0.9，0.8……0.1，0，-0.1，-0.2，……-0.8，-0.9，-1，y的取值为1至5，设置的频率为：a，1-10Hz，步长为0.1Hz；每个步长持续不小于10s；b，10-100Hz，步长为1Hz；每个步长持续不小于5s；c，100-2500Hz，步长为10Hz；每个步长持续不小于2s。通过上述设置值，以及无功补偿装置的参数，则可以确定在设置的无功功率点时无功补偿装置在离散频率点的阻抗，进一步地，根据离散频率点的阻抗，则可以确定频率区间的阻抗特性曲线。根据所述阻抗特性曲线则可以确定无功补偿装置在任一频率的等值阻抗。

在步骤104，根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗。

优选地，根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

对于输电线路，根据输电线路单位长度电感，电阻和线路长度计算其等值阻抗；

对于变压器，根据其短路损耗，短路电压百分比，空载损耗，空载电流百分比，额定电压和额定容量计算其等值阻抗；

对于滤波器，根据其电感和电容计算其等值阻抗。

在一个实施例中，当电网中所有的变压器都为双绕组变压器时，根据其短路损耗，短路电压百分比，空载损耗，空载电流百分比，额定电压和额定容量，可计算变压器等值电路的等值电阻，等值电抗，等值电导和等值电纳，从而确定变压器等值阻抗。对于输电线路，根据输电线路单位长度电感，电阻和线路长度可计算线路等值电路的等值电阻和等值电抗，从而确定线路的等值阻抗。对于滤波器，则根据其电感和电容可直接计算其等值阻抗。

在步骤105，根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

优选地，根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗，包括：

基于戴维南/诺顿等效原理生成包含新能源场站的电网的等值电路；

根据所述等值电路，以及每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗确定在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

图3为根据本发明优选实施方式的风电场阻抗等值模型的结构示意图。如图3所示，基于戴维南/诺顿等效原理得到的包含风电场的电网等值电路中，从风电场并入电网的公共连接点PCC看风电场时，其等值阻抗Zeq(f)是主变压器等值阻抗ZTM，母线汇集线等值阻抗ZpM，第1,2...k...z台风电机组等值阻抗Zs1，Zs2...Zsk...Zsz，与第1,2...k...z台风电机组相连的箱式变压器等值阻抗ZT1，ZT2...ZTk...ZTz，第1,2...k...z段集电线路的阻抗Zp1，Zp2...Zpk...Zpz，与无功补偿装置SVG配套的降压变压器等值阻抗ZTD（直挂式svg没有），SVG等值阻抗ZTsvg，滤波器等值阻抗Zfc，接地变压器等值阻抗ZTG，接地变压器接地阻抗Zg根据电路串并联关系而求取的总阻抗。

图4为根据现有技术中的风电场单机阻抗等值场站阻抗的阻抗特性曲线示意图。如图4所示，现有技术中，将风电场单机阻抗等值为场站阻抗，此时，所得阻抗特性曲线为单一曲线。

图5为根据本发明优选实施试的风电场等值阻抗特性曲线示意图。如图5所示，采用本优选实施方式所述的适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法求取风电场的等值阻抗时，由于不再将全部风电机组的阻抗等值为单台风电机组的阻抗，而是分别求取每台风电机组在相同频率下的等值阻抗后进行聚合，因此，和图4中相比，在相同的频率，根据风电场中每台机组的等值阻抗进行聚合得到风电场的等值阻抗时，风电场的等值阻抗为一个阻抗区间。采用本优选实施方式所述的方法，能够充分考虑新能源场站内不同新能源单元的有功、无功出力情况，以及新能源场站内线路、变压器、滤波器等的影响，可以精确聚合新能源场站的阻抗特性，提高了新能源场站阻抗等值的精确性。

图6为根据本发明优选实施方式的适用于新能源场站的阻抗分频聚合系统的结构示意图。如图6所示，本优选实施方式所述的适用于新能源场站的阻抗分频聚合系统包括：

数据采集模块601，用于获取包含新能源场站的电网的拓扑结构，并基于所述拓扑结构确定电网中每个组成部分的参数，所述组成部分包括新能源场站中的至少一个新能源单元，无功补偿装置，输电线路，变压器和滤波器；

第一阻抗模块602，用于根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据每个新能源单元的阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗；

第二阻抗模块603，用于根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗；

第三阻抗模块604，用于根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗；

场站阻抗模块605，用于根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

优选地，第一阻抗模块602根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据所述阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗包括：

步骤201，基于设置的新能源单元的有功功率P_i和无功功率Q_j，根据新能源单元与谐波电源的连接方式，为新能源单元注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的x%，1≤i≤I，1≤j≤J，I，J为自然数；

步骤202，利用快速傅里叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤203，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤204，根据新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成新能源单元的频率阻抗曲线；

步骤205，令i=i+1，则当i≤I且j≤J时，返回步骤201，当i＞I，j＜J时，令i=1，j=j+1，返回步骤201，当i＞I，j=J时，转至步骤206；

步骤206，根据每个新能源单元在不同的有功功率P_i和无功功率Q_j时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

优选地，第二阻抗模块603根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

步骤301，基于设置的无功补偿装置的无功功率Q_m，根据无功补偿装置与谐波电源的连接方式，为无功补偿装置注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的y%，1≤m≤M，M为自然数；

步骤302，利用快速傅里叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤303，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤304，根据无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成无功补偿装置的频率阻抗曲线；

步骤305，令m=m+1，则m≤M时，返回步骤301，当m＞M时，转至步骤306；

步骤306，根据无功补偿装置在不同的无功功率Q_m时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

优选地，第三阻抗模块604根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

对于输电线路，根据输电线路单位长度电感，电阻和线路长度计算其等值阻抗；

对于变压器，根据其短路损耗，短路电压百分比，空载损耗，空载电流百分比，额定电压和额定容量计算其等值阻抗；

对于滤波器，根据其电感和电容计算其等值阻抗。

优选地，场站阻抗模块605根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗，包括：

基于戴维南/诺顿等效原理生成包含新能源场站的电网的等值电路；

根据所述等值电路，以及每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗确定在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

本优选实施方式所述的适用于新能源场站的阻抗分频聚合系统对根据获取的新能源场站的拓扑结构和参数，对新能源单元，变压器，输电线路，无功补偿装置和滤波器分别计算等值阻抗，再对计算的等值阻抗进行聚合确定新能源场站等值阻抗的步骤与本发明所述适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法采取的步骤相同，达到的技术效果也相同，在此不再赘述。

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。

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。

Claims (8)

1.一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合方法，其特征在于，所述方法包括：

获取包含新能源场站的电网的拓扑结构，并基于所述拓扑结构确定电网中每个组成部分的参数，所述组成部分包括新能源场站中的至少一个新能源单元，无功补偿装置，输电线路，变压器和滤波器；

根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据每个新能源单元的阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

步骤201，基于设置的新能源单元的有功功率P_i和无功功率Q_j，根据新能源单元与谐波电源的连接方式，为新能源单元注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的x%，1≤i≤I，1≤j≤J，I，J为自然数；

步骤202，利用快速傅立叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤203，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤204，根据新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成新能源单元的频率阻抗曲线；

步骤205，令i=i+1，则当i≤I且j≤J时，返回步骤201，当i＞I，j＜J时，令i=1，j=j+1，返回步骤201，当i＞I，j=J时，转至步骤206；

步骤206，根据每个新能源单元在不同的有功功率P_i和无功功率Q_j时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗；

根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗；

根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗；

根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

步骤301，基于设置的无功补偿装置的无功功率Q_m，根据无功补偿装置与谐波电源的连接方式，为无功补偿装置注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的y%，1≤m≤M，M为自然数；

步骤302，利用快速傅立叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤303，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤304，根据无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成无功补偿装置的频率阻抗曲线；

步骤305，令m=m+1，则m≤M时，返回步骤301，当m＞M时，转至步骤306；

步骤306，根据无功补偿装置在不同的无功功率Q_m时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

对于输电线路，根据输电线路单位长度电感，电阻和线路长度计算其等值阻抗；

对于变压器，根据其短路损耗，短路电压百分比，空载损耗，空载电流百分比，额定电压和额定容量计算其等值阻抗；

对于滤波器，根据其电感和电容计算其等值阻抗。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗，包括：

基于戴维南/诺顿等效原理生成包含新能源场站的电网的等值电路；

根据所述等值电路，以及每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗确定在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

5.一种适用于新能源场站的阻抗分频聚合系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集模块，用于获取包含新能源场站的电网的拓扑结构，并基于所述拓扑结构确定电网中每个组成部分的参数，所述组成部分包括新能源场站中的至少一个新能源单元，无功补偿装置，输电线路，变压器和滤波器；

第一阻抗模块，用于根据每个新能源单元的参数，确定每个新能源单元的阻抗特性曲线，并根据每个新能源单元的阻抗特性曲线计算每个新能源单元在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

步骤201，基于设置的新能源单元的有功功率P_i和无功功率Q_j，根据新能源单元与谐波电源的连接方式，为新能源单元注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的x%，1≤i≤I，1≤j≤J，I，J为自然数；

步骤202，利用快速傅立叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤203，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤204，根据新能源单元在有功功率P_i和无功功率Q_j时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成新能源单元的频率阻抗曲线；

步骤205，令i=i+1，则当i≤I且j≤J时，返回步骤201，当i＞I，j＜J时，令i=1，j=j+1，返回步骤201，当i＞I，j=J时，转至步骤206；

步骤206，根据每个新能源单元在不同的有功功率P_i和无功功率Q_j时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗；

第二阻抗模块，用于根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗；

第三阻抗模块，用于根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗；

场站阻抗模块，用于根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，第二阻抗模块根据无功补偿装置的参数，确定无功补偿装置的阻抗特性曲线，并根据无功补偿装置的阻抗特性曲线计算无功补偿装置在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

步骤301，基于设置的无功补偿装置的无功功率Q_m，根据无功补偿装置与谐波电源的连接方式，为无功补偿装置注入谐波信号，其中，注入的谐波信号分为正序谐波信号和负序谐波信号，注入谐波信号的频率根据设置的频率初始值，频率步长和步长持续时间确定，扰动电压幅值为新能源单元额定电压幅值的y%，1≤m≤M，M为自然数；

步骤302，利用快速傅立叶变换FFT算法计算每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流；

步骤303，根据每个频率下的正序电压，正序电流，负序电压和负序电流计算无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗；

步骤304，根据无功补偿装置在无功功率Q_m时每个频率的正序阻抗和负序阻抗，生成无功补偿装置的频率阻抗曲线；

步骤305，令m=m+1，则m≤M时，返回步骤301，当m＞M时，转至步骤306；

步骤306，根据无功补偿装置在不同的无功功率Q_m时的频率阻抗曲线确定在设置的频率对应的等值阻抗。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，第三阻抗模块根据输电线路、变压器和滤波器的参数分别计算输电线路、变压器和滤波器在设置的频率对应的等值阻抗，包括：

对于输电线路，根据输电线路单位长度电感，电阻和线路长度计算其等值阻抗；

对于变压器，根据其短路损耗，短路电压百分比，空载损耗，空载电流百分比，额定电压和额定容量计算其等值阻抗；

对于滤波器，根据其电感和电容计算其等值阻抗。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，场站阻抗模块根据每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗计算在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗，包括：

基于戴维南/诺顿等效原理生成包含新能源场站的电网的等值电路；

根据所述等值电路，以及每个新能源单元的等值阻抗，无功补偿装置的等值阻抗、输电线路、变压器和滤波器的等值阻抗确定在设置的频率下从电网公共连接点PCC看向新能源场站的等值阻抗。

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