本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)監(jiān)測，特別是涉及一種計(jì)及變流器故障限流特性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。
2、隨著電力能源的低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，新型配電系統(tǒng)中接入大量光伏、風(fēng)電、儲能等分布式電力電子裝備，這些裝備普遍通過變流器接入電網(wǎng)，并基于典型的有功無功解耦控制生成脈寬調(diào)制信號，進(jìn)而控制開關(guān)器件模擬正弦電壓和電流電氣量，實(shí)現(xiàn)與交流配電系統(tǒng)互動。然而，受控制策略、控制參數(shù)以及開關(guān)元件物理限制的影響，變流器并網(wǎng)裝備的動態(tài)特性與傳統(tǒng)同步機(jī)差異巨大。故障暫態(tài)條件下，系統(tǒng)變量容易超過設(shè)備承載極限，觸發(fā)相關(guān)限幅環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定特性產(chǎn)生關(guān)鍵影響。因此，在暫態(tài)穩(wěn)定評估中考慮變流器故障限流特性具有重要的實(shí)際意義。
3、現(xiàn)有的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法包括數(shù)值法、直接法和人工智能法。數(shù)值法基于特定系統(tǒng)和初始狀態(tài)計(jì)算時(shí)域運(yùn)動軌跡，然后根據(jù)電氣量是否越限來判斷系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。直接法基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，通過系統(tǒng)能量與臨界能量的大小關(guān)系評估暫態(tài)穩(wěn)定性，包括能量函數(shù)法、等面積法等。人工智能法通過樣本數(shù)據(jù)離線訓(xùn)練建立特征量與暫態(tài)穩(wěn)定結(jié)果之間的映射關(guān)系，進(jìn)而應(yīng)用于系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的在線預(yù)測評估。
4、但是，現(xiàn)有暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法中，數(shù)值法和人工智能法僅針對特定系統(tǒng)，計(jì)算結(jié)果缺乏通用性。而直接法以傳統(tǒng)同步機(jī)特性為主導(dǎo)，對電力電子裝備的暫態(tài)特性考慮不足，因此難以保證新型配電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種計(jì)及變流器故障限流特性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法及系統(tǒng)，針對故障擾動下電力電子設(shè)備主導(dǎo)新型配電系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性，融合構(gòu)網(wǎng)型、跟網(wǎng)型等不同控制方式下變流器控制特性對系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響，在傳統(tǒng)等面積方法的基礎(chǔ)上計(jì)及變流器故障限流策略，全面提升對新型配電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估的適用性與準(zhǔn)確性。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、第一方面，本發(fā)明提供一種計(jì)及變流器故障限流特性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法，包括：
4、構(gòu)建電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型，根據(jù)電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型，得到變流器故障穿越狀態(tài)下限流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的有功功率修正量計(jì)算關(guān)系；
5、在變流器故障穿越狀態(tài)下，根據(jù)當(dāng)前故障位置在當(dāng)前時(shí)步下的阻抗數(shù)據(jù)及結(jié)合有功功率修正量計(jì)算關(guān)系得到故障暫態(tài)下有功功率修正量，基于故障暫態(tài)下有功功率修正量得到電壓-功角耦合項(xiàng)，根據(jù)電壓-功角耦合項(xiàng)得到當(dāng)前時(shí)步的極限切除角和極限切除時(shí)間，若當(dāng)前時(shí)步的極限切除角和極限切除時(shí)間滿足設(shè)定的收斂條件，則以當(dāng)前時(shí)步的極限切除時(shí)間為最終極限切除時(shí)間；
6、根據(jù)實(shí)際故障切除時(shí)間與最終極限切除時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估。
7、作為可選擇的實(shí)施方式，電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型包括構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型和跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型；
8、構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型為：
9、sδ＝δω
10、
11、跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型為：
12、sδ′＝δω′
13、
14、其中，s為一階微分算子；δ為構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備與參考電源間的功角；δω為構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備與參考電源間的轉(zhuǎn)速差；j為構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備的虛擬轉(zhuǎn)動慣量，ω0為額定轉(zhuǎn)速，pset為有功功率設(shè)定值，pg為有功功率實(shí)際值；j′為由跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備鎖相環(huán)比例和積分系數(shù)確定的等效虛擬轉(zhuǎn)動慣量，vq′為與鎖相環(huán)動態(tài)相關(guān)的中間變量，vq為并網(wǎng)點(diǎn)電壓的q軸分量，δ′為跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備與參考電源間的相角；δω′為跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備與參考電源間的轉(zhuǎn)速差。
15、本發(fā)明融合構(gòu)網(wǎng)型、跟網(wǎng)型等不同控制方式下變流器控制特性對系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響，建立表征電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性的數(shù)學(xué)模型，提升暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估模型對新型電力電子裝備的拓展能力，提高評估模型對新型配電系統(tǒng)的適用性。
16、作為可選擇的實(shí)施方式，根據(jù)電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型，確定功率輸出極限計(jì)算關(guān)系，由此得到變流器故障穿越狀態(tài)下限流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的有功功率修正量計(jì)算關(guān)系；
17、功率輸出極限計(jì)算關(guān)系為：
18、
19、其中，id,ref和iq,ref分別為d軸電流參考值和q軸電流參考值；kd和kq分別為故障狀態(tài)下q軸電壓響應(yīng)參數(shù)和d軸電壓響應(yīng)參數(shù)；vlvrt為低穿電壓閾值；vrms為并網(wǎng)點(diǎn)電壓有效值；id,set和iq,set為d軸電流設(shè)定值和q軸電流設(shè)定值；imax為電流最大值，id,max為d軸電流最大值，iq為q軸電流分量，pg,max為有功功率最大值，vd和vq分別為d軸電壓分量和q軸電壓分量；
20、阻抗數(shù)據(jù)包括故障狀態(tài)下的系統(tǒng)電壓故障狀態(tài)下的系統(tǒng)總阻抗x(2)、不考慮限流特性的功角原始值δ′和有功功率實(shí)際值pg，則有功功率修正量計(jì)算關(guān)系為：
21、
22、其中，δpfault為故障暫態(tài)下有功功率修正量。
23、作為可選擇的實(shí)施方式，基于故障暫態(tài)下有功功率修正量得到的電壓-功角耦合項(xiàng)為：
24、
25、其中，a3為電壓-功角耦合項(xiàng)；δcc為觸發(fā)限流狀態(tài)的臨界角；δcm為極限切除角，δpfault為故障暫態(tài)下有功功率修正量，為故障狀態(tài)下的系統(tǒng)電壓，x(2)為故障狀態(tài)下的系統(tǒng)總阻抗，δ′為不考慮限流特性的功角原始值，vrms為并網(wǎng)點(diǎn)電壓有效值，vd和vq分別為d軸電壓分量和q軸電壓分量，id,max為d軸電流最大值，iq為q軸電流分量。
26、作為可選擇的實(shí)施方式，極限切除角及極限切除時(shí)間的計(jì)算公式分別為：
27、
28、其中，δcm為當(dāng)前時(shí)步的極限切除角，為上一時(shí)步的極限切除角，tcm為當(dāng)前時(shí)步的極限切除時(shí)間，ω為轉(zhuǎn)速，δcc為觸發(fā)限流狀態(tài)的臨界角，δ1為故障開始時(shí)刻的功角初始值，δ2為故障切除后轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)對應(yīng)的臨界角，vrms為并網(wǎng)點(diǎn)電壓有效值，pg,max為有功功率最大值，為故障狀態(tài)下的系統(tǒng)電壓，x(2)為故障狀態(tài)下的系統(tǒng)總阻抗，pset為有功功率設(shè)定值，x(1)為故障前系統(tǒng)總阻抗，為故障前系統(tǒng)電壓，x(3)為故障清除后系統(tǒng)總阻抗，為故障清除后系統(tǒng)電壓；
29、設(shè)定的收斂條件為：當(dāng)前時(shí)步的極限切除角δcm與上一時(shí)步的極限切除角的差值小于設(shè)定的第一閾值，且當(dāng)前時(shí)步的極限切除時(shí)間tcm與上一時(shí)步的極限切除時(shí)間的差值小于設(shè)定的第二閾值；
30、若當(dāng)前時(shí)步的極限切除角和極限切除時(shí)間不滿足設(shè)定的收斂條件，則在下一時(shí)步更新阻抗數(shù)據(jù)，由此得到更新的極限切除角和極限切除時(shí)間，直至滿足設(shè)定的收斂條件。
31、作為可選擇的實(shí)施方式，根據(jù)實(shí)際故障切除時(shí)間與最終極限切除時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估的過程為：若實(shí)際故障切除時(shí)間小于最終極限切除時(shí)間，則系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之則暫態(tài)不穩(wěn)定。
32、本發(fā)明提出一種計(jì)及變流器故障限流特性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法及系統(tǒng)，在傳統(tǒng)等面積方法的基礎(chǔ)上計(jì)及變流器故障限流策略，基于故障穿越狀態(tài)下限流環(huán)節(jié)引起的有功與無功耦合關(guān)系，計(jì)算故障暫態(tài)下有功功率修正量，進(jìn)而增加由變流器故障限流特性引入的電壓-功角耦合項(xiàng)，能夠精確刻畫變流器故障暫態(tài)特性，全面提升暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。
33、第二方面，本發(fā)明提供一種計(jì)及變流器故障限流特性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估系統(tǒng)，包括：
34、建模模塊，被配置為構(gòu)建電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型，根據(jù)電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型，得到變流器故障穿越狀態(tài)下限流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的有功功率修正量計(jì)算關(guān)系；
35、計(jì)算模塊，被配置為在變流器故障穿越狀態(tài)下，根據(jù)當(dāng)前故障位置在當(dāng)前時(shí)步下的阻抗數(shù)據(jù)及結(jié)合有功功率修正量計(jì)算關(guān)系得到故障暫態(tài)下有功功率修正量，基于故障暫態(tài)下有功功率修正量得到電壓-功角耦合項(xiàng)，根據(jù)電壓-功角耦合項(xiàng)得到當(dāng)前時(shí)步的極限切除角和極限切除時(shí)間，若當(dāng)前時(shí)步的極限切除角和極限切除時(shí)間滿足設(shè)定的收斂條件，則以當(dāng)前時(shí)步的極限切除時(shí)間為最終極限切除時(shí)間；
36、評估模塊，被配置為根據(jù)實(shí)際故障切除時(shí)間與最終極限切除時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估。
37、作為可選擇的實(shí)施方式，電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型包括構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型和跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型；
38、構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型為：
39、sδ＝δω
40、
41、跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型為：
42、sδ′＝δω′
43、
44、其中，s為一階微分算子；δ為構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備與參考電源間的功角；δω為構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備與參考電源間的轉(zhuǎn)速差；j為構(gòu)網(wǎng)型電力電子設(shè)備的虛擬轉(zhuǎn)動慣量，ω0為額定轉(zhuǎn)速，pset為有功功率設(shè)定值，pg為有功功率實(shí)際值；j′為由跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備鎖相環(huán)比例和積分系數(shù)確定的等效虛擬轉(zhuǎn)動慣量，vq′為與鎖相環(huán)動態(tài)相關(guān)的中間變量，vq為并網(wǎng)點(diǎn)電壓的q軸分量，δ′為跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備與參考電源間的相角；δω′為跟網(wǎng)型電力電子設(shè)備與參考電源間的轉(zhuǎn)速差。
45、作為可選擇的實(shí)施方式，根據(jù)電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性模型，確定功率輸出極限計(jì)算關(guān)系，由此得到變流器故障穿越狀態(tài)下限流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的有功功率修正量計(jì)算關(guān)系；
46、功率輸出極限計(jì)算關(guān)系為：
47、
48、其中，id,ref和iq,ref分別為d軸電流參考值和q軸電流參考值；kd和kq分別為故障狀態(tài)下q軸電壓響應(yīng)參數(shù)和d軸電壓響應(yīng)參數(shù)；vlvrt為低穿電壓閾值；vrms為并網(wǎng)點(diǎn)電壓有效值；id,set和iq,set為d軸電流設(shè)定值和q軸電流設(shè)定值；imax為電流最大值，id,max為d軸電流最大值，iq為q軸電流分量，pg,max為有功功率最大值，vd和vq分別為d軸電壓分量和q軸電壓分量；
49、阻抗數(shù)據(jù)包括故障狀態(tài)下的系統(tǒng)電壓故障狀態(tài)下的系統(tǒng)總阻抗x(2)、不考慮限流特性的功角原始值δ′和有功功率實(shí)際值pg，則有功功率修正量計(jì)算關(guān)系為：
50、
51、其中，δpfault為故障暫態(tài)下有功功率修正量。
52、作為可選擇的實(shí)施方式，基于故障暫態(tài)下有功功率修正量得到的電壓-功角耦合項(xiàng)為：
53、
54、其中，a3為電壓-功角耦合項(xiàng)；δcc為觸發(fā)限流狀態(tài)的臨界角；δcm為極限切除角，δpfault為故障暫態(tài)下有功功率修正量，為故障狀態(tài)下的系統(tǒng)電壓，x(2)為故障狀態(tài)下的系統(tǒng)總阻抗，δ′為不考慮限流特性的功角原始值，vrms為并網(wǎng)點(diǎn)電壓有效值，vd和vq分別為d軸電壓分量和q軸電壓分量，id,max為d軸電流最大值，iq為q軸電流分量。
55、作為可選擇的實(shí)施方式，極限切除角及極限切除時(shí)間的計(jì)算公式分別為：
56、
57、其中，δcm為當(dāng)前時(shí)步的極限切除角，為上一時(shí)步的極限切除角，tcm為當(dāng)前時(shí)步的極限切除時(shí)間，ω為轉(zhuǎn)速，δcc為觸發(fā)限流狀態(tài)的臨界角，δ1為故障開始時(shí)刻的功角初始值，δ2為故障切除后轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)對應(yīng)的臨界角，vrms為并網(wǎng)點(diǎn)電壓有效值，pg,max為有功功率最大值，為故障狀態(tài)下的系統(tǒng)電壓，x(2)為故障狀態(tài)下的系統(tǒng)總阻抗，pset為有功功率設(shè)定值，x(1)為故障前系統(tǒng)總阻抗，為故障前系統(tǒng)電壓，x(3)為故障清除后系統(tǒng)總阻抗，為故障清除后系統(tǒng)電壓；
58、設(shè)定的收斂條件為：當(dāng)前時(shí)步的極限切除角δcm與上一時(shí)步的極限切除角的差值小于設(shè)定的第一閾值，且當(dāng)前時(shí)步的極限切除時(shí)間tcm與上一時(shí)步的極限切除時(shí)間的差值小于設(shè)定的第二閾值；
59、若當(dāng)前時(shí)步的極限切除角和極限切除時(shí)間不滿足設(shè)定的收斂條件，則在下一時(shí)步更新阻抗數(shù)據(jù)，由此得到更新的極限切除角和極限切除時(shí)間，直至滿足設(shè)定的收斂條件。
60、作為可選擇的實(shí)施方式，根據(jù)實(shí)際故障切除時(shí)間與最終極限切除時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估的過程為：若實(shí)際故障切除時(shí)間小于最終極限切除時(shí)間，則系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之則暫態(tài)不穩(wěn)定。
61、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器運(yùn)行時(shí)，完成第一方面所述的方法。
62、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，完成第一方面所述的方法。
63、第五方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)完成第一方面所述的方法。
64、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
65、本發(fā)明提出一種計(jì)及變流器故障限流特性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法及系統(tǒng)，融合構(gòu)網(wǎng)型、跟網(wǎng)型等不同控制方式下變流器控制特性對系統(tǒng)暫態(tài)過程的影響，根據(jù)功率外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)建立表征電力電子設(shè)備暫態(tài)功角特性的數(shù)學(xué)模型，提升暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估模型對新型電力電子裝備的拓展能力，有效提高評估模型對新型配電系統(tǒng)的適用性。
66、本發(fā)明提出一種計(jì)及變流器故障限流特性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法及系統(tǒng)，在傳統(tǒng)等面積方法的基礎(chǔ)上計(jì)及變流器故障限流策略，基于故障穿越狀態(tài)下限流環(huán)節(jié)引起的有功與無功耦合關(guān)系，計(jì)算故障暫態(tài)下有功功率修正量，進(jìn)而增加由變流器故障限流特性引入的電壓-功角耦合項(xiàng)，根據(jù)電壓-功角耦合項(xiàng)得到極限切除角和極限切除時(shí)間，判斷當(dāng)前時(shí)步的極限切除角和極限切除時(shí)間是否滿足設(shè)定的收斂條件，若滿足，則以當(dāng)前時(shí)步的極限切除時(shí)間為最終極限切除時(shí)間，若不滿足，則通過更新阻抗數(shù)據(jù)，采用迭代計(jì)算的方式得到更新的極限切除角和極限切除時(shí)間，直至滿足設(shè)定的收斂條件后得到最終極限切除時(shí)間，根據(jù)實(shí)際故障切除時(shí)間與最終極限切除時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估，若實(shí)際故障切除時(shí)間小于最終極限切除時(shí)間，則系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的，反之則暫態(tài)不穩(wěn)定，由此能夠精確刻畫變流器故障暫態(tài)特性，全面提升暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。
67、本發(fā)明提出一種計(jì)及變流器故障限流特性的暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估方法及系統(tǒng)，針對故障擾動下電力電子設(shè)備主導(dǎo)新型配電系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性，從功率外環(huán)及電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)的基本控制邏輯出發(fā)，將傳統(tǒng)基于同步機(jī)的等面積方法改進(jìn)為計(jì)及變流器控制特性，使計(jì)算過程包含電力電子裝備動態(tài)對暫態(tài)過程的影響，全面提升對新型配電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度評估的適用性與準(zhǔn)確性。
68、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。