CN116111615A - 一种新能源并网宽频振荡分析方法、装置、设备及介质 - Google Patents

一种新能源并网宽频振荡分析方法、装置、设备及介质 Download PDF

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CN116111615A CN202310389445.2A CN202310389445A CN116111615A CN 116111615 A CN116111615 A CN 116111615A CN 202310389445 A CN202310389445 A CN 202310389445A CN 116111615 A CN116111615 A CN 116111615A
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张晓波
秦建松
邬明亮
张志亮
谢知寒
许勇
谢雅雯
金从友
王澍
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Abstract

本发明公开了一种新能源并网宽频振荡分析方法、装置、设备及介质，根据新能源机组并网设备的控制结构，构建换流器控制模型；对含有无功补偿装置的风电场进行状态空间建模，构建无功补偿装置控制模型；根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数。通过对风电并网宽频振荡问题分析，优化控制参数设计，保障电网稳定运行，提高线路输送能力。

Description

一种新能源并网宽频振荡分析方法、装置、设备及介质
技术领域
本发明涉及电力电网技术领域，尤其涉及一种新能源并网宽频振荡分析方法、装置、设备及介质。
背景技术
随着“双碳”目标的不断推进，以风电为代表的新能源机组大规模并网。由于风电场往往远离负荷中心，电网往往呈弱电网特性，弱电网送出系统的等值电抗较大，会消耗大量的无功功率，从而导致新能源并网点电压跌落，电压跌落反过来会制约线路的输送能力。但是新能源并网系统电磁暂态过程复杂，振荡频率范围宽泛，使得并网的分析难度增加，难以输出合理的控制参数，以减小振荡对电网的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源并网宽频振荡分析方法、装置、设备及介质，通过对风电并网宽频振荡问题分析，优化控制参数设计，保障电网稳定运行，提高线路输送能力。
本发明实施例提供一种新能源并网宽频振荡分析方法，所述方法包括：
根据新能源机组并网设备的控制结构，构建换流器控制模型；
对含有无功补偿装置的风电场进行状态空间建模，构建无功补偿装置控制模型；
根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数。
优选地，所述换流器控制模型包括：
直流电容环节动态方程：
；
直驱风机方程：
；
机侧电压控制方程：
；
网侧电压方程：
；
网侧电压控制方程：
；
锁相环控制方程：
；
其中， C dc为网侧换流器的直流电容值； U dc为网侧换流器的直流电容电压； P s为网侧换流器的机侧传输功率， P g为网侧换流器的传输功率； i sd和 i sq分别为网侧换流器定子电流的 dq轴分量， u sd和 u sq分别为网侧换流器定子电压的 dq轴分量； i gd和 i gq分别为网侧换流器输出电流的 dq轴分量， u gtd和 u gtq分别为网侧换流器输出电压的 dq轴分量； R s为定子电阻， L s为定子电抗； w s为转子电角速度； Ψ f为永磁体的磁链； x 1、 x 2、 x 3 、x 4、 x 5、 x 6为引入的中间变量，依次为机侧q轴功率外环积分环节的输出、机侧q轴电流内环积分环节的输出、机侧d轴电流内环积分环节的输出、网侧d轴直流电压外环积分环节的输出、网侧d轴电流内环积分环节输出、网侧q轴电流内环积分环节的输出，分别为各变量对时间的导数，为外环有功功率参考值；为内环 d轴电流参考值，为内环 d轴电压参考值，为内环 q轴电压参考值， k p1和 k i1为机侧外环的 PI控制参数， k p2和 k i2为机侧电流内环控制参数； L g和 R g分别为网侧滤波电阻和电感； w g为同步角频率；为直流电压参考值，为q轴电流内环参考值， u gtdref和 u gqref分别为网侧换流器出口d轴电压参考值和q轴电压参考值； k p3、 k i3为网侧电压外环PI控制参数； k p4、 k i4为网侧电流内环PI控制参数； x PLL为锁相环积分环节的输出， k ppll、 k ipll为锁相环的PI控制参数， u gq为并网点电压q轴分量， θ PLL为锁相环的锁相角，和分别为锁相环积分环节的输出量对时间的导数、锁相环输出的锁相角对时间的导数。
作为一种优选方案，所述无功补偿装置控制模型具体包括：
无功补偿装置电压方程：
；
无功补偿装置控制方程：
；
其中， u vtd和 u vtq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的 q轴分量， i vd和 i vq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的 d轴分量， u vd、 u vq分别为无功补偿装置并网点电压的 dq轴分量， L v和 R v分别为无功补偿装置的并网滤波电感和寄生电阻， w g为电网同步角频率； k p5、 k i5为无功补偿装置d轴外环的PI控制参数， k p6、 k i6为无功补偿装置q轴外环PI控制参数， k p7、 k i7为无功补偿装置的电流内环PI控制参数； x 7 、x 8、 x 9、 x 10为引入的中间变量， x 7 、x 8、 x 9、 x 10依次为无功补偿装置d轴外环积分环节的输出、d轴电流内环积分环节输出、q轴无功电压外环积分环节输出、q电流内环积分环节输出；分别为各变量对时间的导数； u vcdref 、u vcqref分别为无功补偿装置d轴端口输出电压参考值 、q轴端口输出电压参考值和 U dvc分别为无功补偿装置的直流电压源的参考值、实际值；和 u vrms分别为无功补偿装置并网点电压有效值的参考值、实际值。
作为一种优选方案，所述根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数，具体包括：
将所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型进行联立，并且在平衡点进行线性化，得到网侧变换器与无功补偿装置联合运行的线性化状态空间模型的状态方程；
对所述状态方程中的状态矩阵进行特征值求解，计算所述线性化状态空间模型中的振荡模态和参与因子；
基于所述参与因子和所述振荡模态分析所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型中的各个控制参数对于新能源系统的振荡参与程度，确定所述状态矩阵中特征值的特征向量；
根据确定的特征向量优化控制参数。
进一步地，所述状态方程具体为：
；
其中，Δ x为状态变量，Δ u为输入变量，A和B分别为状态矩阵和输入矩阵，。
作为一种优选方案，第 i个振荡模态中振荡阻尼比和振荡频率分别为：
；
所述参与因子；
其中， l为状态变量数量， k为振荡模式数量， u lk为矩阵A左特征向量中第 l个元素 、 v lk为矩阵A右特征向量中第 l个元素 、σ i为第 i个振荡模态特征值的实部 、 为第 i个振荡模态的振荡阻尼比 、 为第 i个振荡模态特征值的虚部 。
优选地，所述特征向量包括右特征向量和左特征向量；
状态矩阵A特征值的右特征向量为满足等式A=的非零向量；
状态矩阵A特征值的左特征向量。
本发明实施例还提供一种新能源并网宽频振荡分析装置，所述装置包括：
第一建模分析模块，用于根据新能源机组并网设备的控制结构，构建换流器控制模型；
第二建模分析模块，用于对含有无功补偿装置的风电场进行状态空间建模，构建无功补偿装置控制模型；
优化模块，用于根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数。
作为一种优选方案，所述换流器控制模型包括：
直流电容环节动态方程：
；
直驱风机方程：
；
机侧电压控制方程：
；
网侧电压方程：
；
网侧电压控制方程：
；
锁相环控制方程：
；
其中， C dc为网侧换流器的直流电容值； U dc为网侧换流器的直流电容电压； P s为网侧换流器的机侧传输功率， P g为网侧换流器的传输功率； i sd和 i sq分别为网侧换流器定子电流的 dq轴分量， u sd和 u sq分别为网侧换流器定子电压的 dq轴分量； i gd和 i gq分别为网侧换流器输出电流的 dq轴分量， u gtd和 u gtq分别为网侧换流器输出电压的 dq轴分量； R s为定子电阻， L s为定子电抗； w s为转子电角速度； Ψ f为永磁体的磁链； x 1、 x 2、 x 3 、x 4、 x 5、 x 6为引入的中间变量，依次为机侧q轴功率外环积分环节的输出、机侧q轴电流内环积分环节的输出、机侧d轴电流内环积分环节的输出、网侧d轴直流电压外环积分环节的输出、网侧d轴电流内环积分环节输出、网侧q轴电流内环积分环节的输出，分别为各变量对时间的导数，为外环有功功率参考值；为内环 d轴电流参考值，为内环 d轴电压参考值，为内环 q轴电压参考值， k p1和 k i1为机侧外环的 PI控制参数， k p2和 k i2为机侧电流内环控制参数； L g和 R g分别为网侧滤波电阻和电感； w g为同步角频率；为直流电压参考值，为q轴电流内环参考值， u gtdref和 u gqref分别为网侧换流器出口d轴电压参考值和q轴电压参考值； k p3、 k i3为网侧电压外环PI控制参数； k p4、 k i4为网侧电流内环PI控制参数； x PLL为锁相环积分环节的输出， k ppll、 k ipll为锁相环的PI控制参数， u gq为并网点电压q轴分量， θ PLL为锁相环的锁相角，和分别为锁相环积分环节的输出量对时间的导数、锁相环输出的锁相角对时间的导数。
优选地，所述无功补偿装置控制模型具体包括：
无功补偿装置电压方程：
；
无功补偿装置控制方程：
；
其中， u vtd和 u vtq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的 q轴分量， i vd和 i vq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的 d轴分量， u vd、 u vq分别为无功补偿装置并网点电压的 dq轴分量， L v和 R v分别为无功补偿装置的并网滤波电感和寄生电阻， w g为电网同步角频率； k p5、 k i5为无功补偿装置d轴外环的PI控制参数， k p6、 k i6为无功补偿装置q轴外环PI控制参数， k p7、 k i7为无功补偿装置的电流内环PI控制参数； x 7 、x 8、 x 9、 x 10为引入的中间变量， x 7 、x 8、 x 9、 x 10依次为无功补偿装置d轴外环积分环节的输出、d轴电流内环积分环节输出、q轴无功电压外环积分环节输出、q电流内环积分环节输出；分别为各变量对时间的导数； u vcdref 、u vcqref分别为无功补偿装置d轴端口输出电压参考值 、q轴端口输出电压参考值和 U dvc分别为无功补偿装置的直流电压源的参考值、实际值；和 u vrms分别为无功补偿装置并网点电压有效值的参考值、实际值。
优选地，所述分析模块具体用于：
将所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型进行联立，并且在平衡点进行线性化，得到网侧变换器与无功补偿装置联合运行的线性化状态空间模型的状态方程；
对所述状态方程中的状态矩阵进行特征值求解，计算所述线性化状态空间模型中的振荡模态和参与因子；
基于所述参与因子和所述振荡模态分析所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型中的各个控制参数对于新能源系统的振荡参与程度，确定所述状态矩阵中特征值的特征向量；
根据确定的特征向量优化控制参数。
优选地，所述状态方程具体为：
；
其中，Δ x为状态变量，Δ u为输入变量，A和B分别为状态矩阵和输入矩阵，。
作为一种优选方案，第i个振荡模态中振荡阻尼比和振荡频率分别为：
；
所述参与因子；
其中， l为状态变量数量， k为振荡模式数量， u lk为矩阵A左特征向量中第 l个元素 、 v lk为矩阵A右特征向量中第 l个元素 、σ i为第 i个振荡模态特征值的实部 、 为第 i个振荡模态的振荡阻尼比 、 为第 i个振荡模态特征值的虚部 。
优选地，所述特征向量包括右特征向量和左特征向量；
状态矩阵A特征值的右特征向量为满足等式A=的非零向量；
状态矩阵A特征值的左特征向量。
本发明实施例还提供一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任意一项所述的新能源并网宽频振荡分析方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述实施例中任意一项所述的新能源并网宽频振荡分析方法。
本发明提供的一种新能源并网宽频振荡分析方法、装置、设备及介质，根据新能源机组并网设备的控制结构，构建换流器控制模型；对含有无功补偿装置的风电场进行状态空间建模，构建无功补偿装置控制模型；根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数。通过对风电并网宽频振荡问题分析，优化控制参数设计，保障电网稳定运行，提高线路输送能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供一种新能源并网宽频振荡分析方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的新能源机组具体电气及控制结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种新能源并网宽频振荡分析装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作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。
参见图1，是本发明实施例提供一种新能源并网宽频振荡分析方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1~S3：
S1，根据新能源机组并网设备的控制结构，构建换流器控制模型；
S2，对含有无功补偿装置的风电场进行状态空间建模，构建无功补偿装置控制模型；
S3，根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数。
在本实施例具体实施时，新能源机组并网设备以网侧换流器为主，根据新能源机组并网设备的控制结构，构建换流器控制模型；
弱电网送出系统的等值电抗较大，会消耗大量的无功功率，从而导致新能源并网点电压跌落，电压跌落反过来会制约线路的输送能力，从而限制有功功率的输出，因此通过装设SVG（static var generator，静止无功发生器）等无功补偿装置，在并网点集中配置无功补偿设备，稳定并网点电压并提升线路的功率传输极限。通过补偿无功的方式调节并网电压的稳定，补偿装置通常对振荡特性较为灵敏，对宽频振荡也有一定的贡献。
对含有无功补偿装置的风电场进行建模，建立适合宽频振荡研究的小信号模型，分析其振荡特性，构建无功补偿装置控制模型；
根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数；
基于新能源系统的数学模型，针对各电路及控制环节进行了合理建模，其次对含无功补偿器的风电场进行了详细的等值建模。在此基础上基于模态分析法，推导计算系统的各个振荡模态，根据参与因子寻找振荡模态对应的主导控制环节，以此为依据，优化系统的控制参数，可以大幅提高振荡主导的精确度，保证新能源并网系统的稳定运行。
在本发明提供的又一实施例中，所述换流器控制模型包括：
直流电容环节动态方程：
；
直驱风机方程：
；
机侧电压控制方程：
；
网侧电压方程：
；
网侧电压控制方程：
；
锁相环控制方程：
；
其中， C dc为网侧换流器的直流电容值； U dc为网侧换流器的直流电容电压； P s为网侧换流器的机侧传输功率， P g为网侧换流器的传输功率； i sd和 i sq分别为网侧换流器定子电流的 dq轴分量， u sd和 u sq分别为网侧换流器定子电压的 dq轴分量； i gd和 i gq分别为网侧换流器输出电流的 dq轴分量， u gtd和 u gtq分别为网侧换流器输出电压的 dq轴分量； R s为定子电阻， L s为定子电抗； w s为转子电角速度； Ψ f为永磁体的磁链； x 1、 x 2、 x 3 、x 4、 x 5、 x 6为引入的中间变量，依次为机侧q轴功率外环积分环节的输出、机侧q轴电流内环积分环节的输出、机侧d轴电流内环积分环节的输出、网侧d轴直流电压外环积分环节的输出、网侧d轴电流内环积分环节输出、网侧q轴电流内环积分环节的输出，分别为各变量对时间的导数，为外环有功功率参考值；为内环 d轴电流参考值，为内环 d轴电压参考值，为内环 q轴电压参考值， k p1和 k i1为机侧外环的 PI控制参数， k p2和 k i2为机侧电流内环控制参数； L g和 R g分别为网侧滤波电阻和电感； w g为同步角频率；为直流电压参考值，为q轴电流内环参考值， u gtdref和 u gqref分别为网侧换流器出口d轴电压参考值和q轴电压参考值； k p3、 k i3为网侧电压外环PI控制参数； k p4、 k i4为网侧电流内环PI控制参数； x PLL为锁相环积分环节的输出， k ppll、 k ipll为锁相环的PI控制参数， u gq为并网点电压q轴分量， θ PLL为锁相环的锁相角，和分别为锁相环积分环节的输出量对时间的导数、锁相环输出的锁相角对时间的导数。
在本实施例具体实施时，所述步骤S1中，新能源机组并网设备以网侧换流器为主，包括全功率变流器及其对应的控制系统模型，参见图2，是本发明实施例提供的新能源机组具体电气及控制结构示意图。
所述换流器控制模型的直流电容环节动态方程为：
；
式中， C dc为网侧换流器的直流电容值； U dc为网侧换流器的直流电容电压； P s为网侧换流器的机侧传输功率， P g为网侧换流器的传输功率； i sd和 i sq分别为网侧换流器定子电流的 dq轴分量， u sd和 u sq分别为网侧换流器定子电压的 dq轴分量； i gd和 i gq分别为网侧换流器输出电流的 dq轴分量， u gtd和 u gtq分别为网侧换流器输出电压的 dq轴分量。
风机机侧变流器采用最大功率控制，直驱风机的风力机在dq轴坐标系下的直驱风机方程为：
；
式中， R s为定子电阻， L s为定子电抗； w s为转子电角速度； Ψ f为永磁体的磁链。
机侧换流器采用 i d =0的最大转矩控制策略。引入中间变量 x 1、 x 2、 x 3，得到机侧电压控制方程：
；
式中，为外环有功功率参考值；为内环 d轴电流参考值，为内环 d轴电压参考值，为内环 q轴电压参考值， k p1和 k i1为机侧外环的 PI控制参数， k p2和 k i2为机侧电流内环控制参数，为引入的中间变量，依次为机侧q轴功率外环积分环节的输出、机侧q轴电流内环积分环节的输出、机侧d轴电流内环积分环节的输出。
直驱风机网侧变流器采用电网电压定向的矢量控制，电网电压矢量 u g定向在同步旋转坐标系的d轴上，得到网侧电压方程为：
；
式中， L g和 R g分别为网侧滤波电阻和电感； w g为同步角频率。
网侧采用 i q=0的单位功率因数并网控制方式，引入中间变量 x 4、 x 5、 x 6，得到网侧电压控制方程：
；
式中，为直流电压参考值，为q轴电流内环参考值， u gtdref和 u gqref分别为网侧换流器出口d轴电压参考值和q轴电压参考值； k p3、 k i3为网侧电压外环PI控制参数； k p4、 k i4为网侧电流内环PI控制参数； x PLL为引入的中间变量， k ppll、 k ipll为锁相环的PI控制参数，为引入的中间变量，依次为网侧d轴直流电压外环积分环节的输出、网侧d轴电流内环积分环节输出、网侧q轴电流内环积分环节的输出。
锁相环通过并网点电压，锁定并跟踪并网点相位，实现网侧变流器的控制，使并网点电压定向于d轴，得到锁相环控制方程：
；
式中， k ppll、 k ipll为锁相环的PI控制参数， u gq为并网点电压q轴分量， θ PLL为锁相环的锁相角， x PLL为锁相环积分环节的输出，和分别为锁相环积分环节的输出量对时间的导数、锁相环输出的锁相角对时间的导数。
相较于现有的稳定性分析方法，本发明建模过程更加全面详细，考虑风机各电气及控制环节的影响，合理建立线性化模型，并通过合适的量化指标，指导控制系统参数设计。
在本发明提供的又一实施例中，所述无功补偿装置控制模型具体包括：
无功补偿装置电压方程：
；
无功补偿装置控制方程：
；
其中， u vtd和 u vtq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的 q轴分量， i vd和 i vq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的 d轴分量， u vd、 u vq分别为无功补偿装置并网点电压的 dq轴分量， L v和 R v分别为无功补偿装置的并网滤波电感和寄生电阻， w g为电网同步角频率； k p5、 k i5为无功补偿装置d轴外环的PI控制参数， k p6、 k i6为无功补偿装置q轴外环PI控制参数， k p7、 k i7为无功补偿装置的电流内环PI控制参数； x 7 、x 8、 x 9、 x 10为引入的中间变量， x 7 、x 8、 x 9、 x 10依次为无功补偿装置d轴外环积分环节的输出、d轴电流内环积分环节输出、q轴无功电压外环积分环节输出、q电流内环积分环节输出；分别为各变量对时间的导数； u vcdref 、u vcqref分别为无功补偿装置d轴端口输出电压参考值 、q轴端口输出电压参考值和 U dvc分别为无功补偿装置的直流电压源的参考值、实际值；和 u vrms分别为无功补偿装置并网点电压有效值的参考值、实际值。
在本实施例具体实施时，考虑到后续部分需要建立联合系统的小信号模型，对无功补偿装置进行状态空间建模。
SVG可以看作是一个可控电压源，且幅值和相位可调。通过控制即可调节发出的无功功率大小，考虑具有调差特性的系统电压控制，SVG采用dq轴解耦控制。
SVG装置的变流器以并网点电压为参考矢量，无功补偿装置电压方程：
；
式中， u vtd和 u vtq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的 q轴分量， i vd和 i vq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的 d轴分量， u vd、 u vq分别为无功补偿装置并网点电压的 dq轴分量， L v和 R v分别为无功补偿装置的并网滤波电感和寄生电阻， w g为电网同步角频率。
SVG装置的控制部分也需要建立小信号模型，进而分析其稳定性，引入中间变量 x 7 、x 8、 x 9、 x 10，无功补偿装置控制方程为：
；
式中， k p5、 k i5为无功补偿装置d轴外环的PI控制参数， k p6、 k i6为无功补偿装置q轴外环PI控制参数， k p7、 k i7为无功补偿装置的电流内环PI控制参数； x 7 、x 8、 x 9、 x 10为引入的中间变量，分别为各变量对时间的导数； u vcdref 、u vcqref分别为无功补偿装置d轴端口输出电压参考值 、q轴端口输出电压参考值和 U dvc分别为无功补偿装置的直流电压源的参考值、实际值；和 u vrms分别为无功补偿装置并网点电压有效值的参考值、实际值。
在本发明提供的又一实施例中，所述根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数，具体包括：
将所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型进行联立，并且在平衡点进行线性化，得到网侧变换器与无功补偿装置联合运行的线性化状态空间模型的状态方程；
对所述状态方程中的状态矩阵进行特征值求解，计算所述线性化状态空间模型中的振荡模态和参与因子；
基于所述参与因子和所述振荡模态分析所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型中的各个控制参数对于新能源系统的振荡参与程度，确定所述状态矩阵中特征值的特征向量；
根据确定的特征向量优化控制参数。
在本实施例具体实施时， 将所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型进行联立，并且在平衡点进行线性化，得到新能源网侧变换器与SVG联合运行的小信号模型，建立线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，进而优化控制参数。
对所述状态方程中的状态矩阵进行特征值求解，计算所述线性化状态空间模型中的振荡模态和参与因子；
基于所述参与因子和所述振荡模态分析所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型中的各个控制参数对于新能源系统的振荡参与程度，参与因子表示状态变量对振荡模式的参与程度，值越大，表明该状态变量对该振荡模式的贡献程度越大，可用于贡献程度的评价。
根据确定的特征向量优化控制参数。
通过分析风电并网宽频振荡问题及控制参数优化，可以直接通过小信号建模，降低模型的复杂程度，提高稳定性分析的准确性，并通过参与因子作为量化指标，科学评估宽频振荡的稳定性，为控制参数设计提供参考；可以实现风电并网宽频振荡的特性评估，更好的保证电力系统的稳定运行，为工程的前期设计提供参考与风险评估。
在本发明提供的又一实施例中，所述状态方程具体为：
；
其中，Δ x为状态变量，Δ u为输入变量，A和B分别为状态矩阵和输入矩阵，。
在本实施例具体实施时，所述状态方程：；
式中，Δ x为状态变量，
，表示各变量的小信号量，Δ u为输入变量，A和B分别为状态矩阵和输入矩阵，系统的稳定性与A矩阵的特征根有关，为对时间的导数。
在本发明提供的又一实施例中，所述振荡模态的振荡阻尼比和振荡频率分别为：
；
所述参与因子；
其中， l为状态变量数量， k为振荡模式数量， u lk为矩阵A左特征向量中第 l个元素 、 v lk为矩阵A右特征向量中第 l个元素 、σ i为第 i个振荡模态特征值的实部 、 为第 i个振荡模态的振荡阻尼比 、 为第 i个振荡模态特征值的虚部 。
在本实施例具体实施时，对状态矩阵A进行特征值求解，可以的到系统的振荡模态，求出的振荡模态，它的振荡阻尼比和振荡频率为：；
如果 σ i＞0或，则表明此振荡模态不稳定。
基于参与因子分析各控制参数对于新能源系统的振荡参与程度，参与因子标示量状态量与振荡模态之间的相关程度，参与因子由状态矩阵的左右特征向量相乘而得到，所述参与因子；
式中， l为状态变量数量， k为振荡模式数量， u lk为矩阵A左特征向量中第 l个元素 、 v lk为矩阵A右特征向量中第 l个元素 、σ i为第 i个振荡模态特征值的实部 、 为第 i个振荡模态的振荡阻尼比 、 为第 i个振荡模态特征值的虚部 。
在本发明提供的又一实施例中，所述特征向量包括右特征向量和左特征向量；
状态矩阵A特征值的右特征向量为满足等式A=的非零向量；
状态矩阵A特征值的左特征向量。
在本实施例具体实施时，满足等式A=的非零向量为状态矩阵A特征值的右特征向量，左特征向量，参与因子 p lk表示第 l个状态变量对第 k个振荡模式的参与程度，值越大，表明该状态变量对该振荡模式的贡献程度越大，可用于贡献程度的评价。
基于线性化模型，风电并网与SVG相互作用的宽频振荡问题分析振荡原因，进而指导控制参数设计，保证电力系统的稳定运行。
本方发明实施例还提供一种新能源并网宽频振荡分析装置，参见图3，是本发明实施例提供的一种新能源并网宽频振荡分析装置的结构示意图，所述装置包括：
配置表生成模块，用于根据获取的调度预令确定对应的配置数据，生成对应的配置表，所述配置数据包括所需变电站和对应的操作任务；
样票检索模块，用于根据所述配置表在预设的典票文件库中查找对应的变电站，并根据每一变电站的操作任务检索出对应的样票；
操作票生成模块，用于根据操作任务中的双重名称对检索出的样票进行间隔替换并打印，依次循环直至完成所有操作任务，生成操作票并输出。
需要说明的是，本发明实施例提供的所述新能源并网宽频振荡分析装置能够执行上述实施例中任意实施例所述的新能源并网宽频振荡分析方法，对新能源并网宽频振荡分析装置的具体功能在此不作赘述。
参见图4，是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如新能源并网宽频振荡分析程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个新能源并网宽频振荡分析方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S1~S3。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成各个模块，各模块具体功能再次不作赘述。
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述终端设备集成的模块/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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新能源并网宽频振荡分析方法，其特征在于，所述方法包括：
根据新能源机组并网设备的控制结构，构建换流器控制模型；
对含有无功补偿装置的风电场进行状态空间建模，构建无功补偿装置控制模型；
根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数。
2.如权利要求1所述的新能源并网宽频振荡分析方法，其特征在于，所述换流器控制模型包括：
直流电容环节动态方程：
；
直驱风机方程：
；
机侧电压控制方程：
；
网侧电压方程：
；
网侧电压控制方程：
；
锁相环控制方程：
；
其中，C dc为网侧换流器的直流电容值；U dc为网侧换流器的直流电容电压；P s为网侧换流器的机侧传输功率，P g为网侧换流器的传输功率；i sd和i sq分别为网侧换流器定子电流的dq轴分量，u sd和u sq分别为网侧换流器定子电压的dq轴分量；i gd和i gq分别为网侧换流器输出电流的dq轴分量，u gtd和u gtq分别为网侧换流器输出电压的dq轴分量；R s为定子电阻，L s为定子电抗；w s为转子电角速度；Ψ f为永磁体的磁链；x 1、x 2、x 3 、x 4、x 5、x 6为引入的中间变量，依次为机侧q轴功率外环积分环节的输出、机侧q轴电流内环积分环节的输出、机侧d轴电流内环积分环节的输出、网侧d轴直流电压外环积分环节的输出、网侧d轴电流内环积分环节输出、网侧q轴电流内环积分环节的输出，分别为各变量对时间的导数，为外环有功功率参考值；为内环d轴电流参考值，为内环d轴电压参考值，为内环q轴电压参考值，k p1和k i1为机侧外环的PI控制参数，k p2和k i2为机侧电流内环控制参数；L g和R g分别为网侧滤波电阻和电感；w g为同步角频率；为直流电压参考值，为q轴电流内环参考值，u gtdref和u gqref分别为网侧换流器出口d轴电压参考值和q轴电压参考值；k p3、k i3为网侧电压外环PI控制参数；k p4、k i4为网侧电流内环PI控制参数；x PLL为锁相环积分环节的输出，k ppll、k ipll为锁相环的PI控制参数，u gq为并网点电压q轴分量，θ PLL为锁相环的锁相角，和分别为锁相环积分环节的输出量对时间的导数、锁相环输出的锁相角对时间的导数。
3.如权利要求1所述的新能源并网宽频振荡分析方法，其特征在于，所述无功补偿装置控制模型具体包括：
无功补偿装置电压方程：
；
无功补偿装置控制方程：
；
其中，u vtd和u vtq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的q轴分量，i vd和i vq分别为无功补偿装置的输出电压和电流的d轴分量，u vd、u vq分别为无功补偿装置并网点电压的dq轴分量，L v和R v分别为无功补偿装置的并网滤波电感和寄生电阻，w g为电网同步角频率；k p5、k i5为无功补偿装置d轴外环的PI控制参数，k p6、k i6为无功补偿装置q轴外环PI控制参数，k p7、k i7为无功补偿装置的电流内环PI控制参数；x 7 、x 8、x 9、x 10依次为无功补偿装置d轴外环积分环节的输出、d轴电流内环积分环节输出、q轴无功电压外环积分环节输出、q电流内环积分环节输出；分别为各变量对时间的导数；u vcdref 、u vcqref分别为无功补偿装置d轴端口输出电压参考值、q轴端口输出电压参考值和U dvc分别为无功补偿装置的直流电压源的参考值、实际值；和u vrms分别为无功补偿装置并网点电压有效值的参考值、实际值。
4.如权利要求1所述的新能源并网宽频振荡分析方法，其特征在于，所述根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数，具体包括：
将所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型进行联立，并且在平衡点进行线性化，得到网侧变换器与无功补偿装置联合运行的线性化状态空间模型的状态方程；
对所述状态方程中的状态矩阵进行特征值求解，计算所述线性化状态空间模型中的振荡模态和参与因子；
基于所述参与因子和所述振荡模态分析所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型中的各个控制参数对于新能源系统的振荡参与程度，确定所述状态矩阵中特征值的特征向量；
根据确定的特征向量优化控制参数。
5.如权利要求4所述的新能源并网宽频振荡分析方法，其特征在于，所述状态方程具体为：
；
其中，Δx为状态变量，Δu为输入变量，A和B分别为状态矩阵和输入矩阵，为对时间的导数。
6.如权利要求4所述的新能源并网宽频振荡分析方法，其特征在于，第i个振荡模态中振荡阻尼比和振荡频率分别为：
；
所述参与因子；
其中，l为状态变量数量，k为振荡模式数量，u lk为矩阵A左特征向量中第l个元素、v lk为矩阵A右特征向量中第l个元素、σ i为第i个振荡模态特征值的实部、 为第i个振荡模态的振荡阻尼比、 为第i个振荡模态特征值的虚部。
7.如权利要求4所述的新能源并网宽频振荡分析方法，其特征在于，所述特征向量包括右特征向量和左特征向量；
状态矩阵A特征值 的右特征向量为满足等式A=的非零向量；
状态矩阵A特征值 的左特征向量。
8.一种新能源并网宽频振荡分析装置，其特征在于，所述装置包括：
第一建模分析模块，用于根据新能源机组并网设备的控制结构，构建换流器控制模型；
第二建模分析模块，用于对含有无功补偿装置的风电场进行状态空间建模，构建无功补偿装置控制模型；
优化模块，用于根据所述换流器控制模型和所述无功补偿装置控制模型，建立联合系统的线性化状态空间模型，分析各控制参数对于振荡的贡献因子，优化控制参数。
9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的新能源并网宽频振荡分析方法。
10.一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包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的新能源并网宽频振荡分析方法。
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