基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法及系统与流程

本发明涉及电力系统稳定性分析技术领域，特别涉及一种基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法及系统。

背景技术：

随着双馈风电机组、直驱风电机组、光伏发电设备、直流输电等电力电子装置接入电网，电力系统在次同步频率、超同步频率范围的振荡特性发生了复杂变化。通过获得电力设备在次同步频率、超同步频率范围的阻抗特征，可有效了解电力设备接入对电网次同步频率和超同步频率阻尼特性的影响。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法，该方法可以高效、快速地获取电力装置在宽频域范围的阻抗特性，获得的扫描结果为多种电力设备接入电网的影响分析提供重要依据。

本发明的另一个目的在于提出一种基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法，包括：在电网系统模型和待测系统稳定运行时，阻抗扫描信号发生和采集器获取包含多个工况的扫描信号的配置文件，并根据阻抗模型辨识器的开始和停止信号指令生成多个工况的三相扰动信号；将所述多个工况的三相扰动信号依次注入实时数字仿真器(realtimedigitalsimulator，rtds)，以使扰动源生成所述待测系统端口对应的三相电压扰动和三相电流扰动信号；所述阻抗模型辨识器根据采集的三相电压和采集的三相电流信号计算所述待测系统的宽频阻抗。

本发明实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法，通过实时数字仿真器能高精度、快速检测出待测系统的次同步和超同步等宽频率范围阻抗特性，适用于多工况的宽频率阻抗自动扫描，节省时间。

另外，根据本发明上述实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，在所述阻抗扫描信号发生和采集器获取包含多个工况的扫描信号的配置文件之前，还包括：将所述扰动源接入所述实时数字仿真器的所述电网系统模型与所述待测系统之间，所述扰动源发出三相电压扰动或三相电流扰动并注入所述电网系统模型，其中，所述扰动源为受控电压源或受控电流源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述待测系统为物理控制的电力电子设备或在所述实时数字仿真器中搭建的数字仿真模型；所述电网系统模型在所述实时数字仿真器中搭建，所述待测系统通过数字或模拟信号或建模接线接入所述电网系统模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，

所述阻抗模型辨识器根据需要扫描的工况生成包含所述多个工况的扰动信号的所述配置文件，其中，所述配置文件包括：第n个工况扫描开始时间、第n个工况扫描停止时间和第n个工况的三相扰动信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个工况的三相扰动信号为：

其中，n为第n个工况，scona_n、sconb_n、sconc_n为第n个工况下的a、b、c三相扰动信号，ma_n_p，mb_n_p，mc_n_p为第p组三相扰动信号幅值，fa_n_p，fb_n_p，fc_n_p为第p组三相扰动信号频率，为第p组三相扰动信号相位，δt为采样间隔，k＝1，2，3，......，第n个工况下的三相扰动信号分别共有kna,knb,knc组。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描系统，包括：第一生成模块，用于在电网系统模型和待测系统稳定运行时，阻抗扫描信号发生和采集器获取包含多个工况的扰动信号的配置文件，并根据阻抗模型辨识器的开始和停止信号指令生成多个工况的三相扰动信号；第二生成模块，用于将所述多个工况的三相扰动信号依次注入实时数字仿真器，以使扰动源生成所述待测系统对应端口的三相电压扰动和三相电流扰动信号；计算模块，用于所述阻抗模型辨识器根据采集的三相电压和采集的三相电流信号计算所述待测系统的宽频阻抗。

本发明实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描系统，通过实时数字仿真器能高精度、快速检测出待测系统的次同步和超同步等宽频率范围阻抗特性，适用于多工况的宽频率阻抗自动扫描，节省时间。

另外，根据本发明上述实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：配置模块，用于将所述扰动源接入所述实时数字仿真器的所述电网系统模型与所述待测系统之间，所述扰动源发出三相电压扰动或三相电流扰动并注入所述电网系统模型，其中，所述扰动源为受控电压源或受控电流源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述待测系统为物理控制的电力电子设备或在所述实时数字仿真器中搭建的数字仿真模型；所述电网系统模型在所述实时数字仿真器中搭建，所述待测系统通过数字或模拟信号或建模接线接入所述电网系统模型

进一步地，在本发明的一个实施例中，

所述阻抗模型辨识器根据需要扫描的工况生成包含所述多个工况的扫描信号的所述配置文件，其中，所述配置文件包括：第n个工况扫描开始时间、第n个工况扫描停止时间和第n个工况的三相扰动信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个工况的三相扰动信号为：

其中，n为第n个工况，scona_n、sconb_n、sconc_n为第n个工况下的a、b、c三相扰动信号，ma_n_p，mb_n_p，mc_n_p为第p组三相扰动信号幅值，fa_n_p，fb_n_p，fc_n_p为第p组三相扰动信号频率，为第p组三相扰动信号相位，δt为采样间隔，k＝1，2，3，......，第n个工况下的三相扰动信号分别共有kna,knb,knc组。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法流程图；

图2为根据本发明一个实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法流程框图；

图3为根据本发明一个实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法。

图1为根据本发明一个实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法流程图。

如图1所示，该基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法包括以下步骤：

在步骤s101中，在电网系统模型和待测系统稳定运行时，阻抗扫描信号发生和采集器获取包含多个工况的扫描信号的配置文件，并根据阻抗模型辨识器的开始和停止信号指令生成多个工况的三相扰动信号。

如图2所示，本发明实施例的宽频阻抗扫描方法利用阻抗模型辨识器、阻抗扫描信号发生和采集器、待测系统和电网系统模型组成一个系统完成宽频阻抗的计算。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在阻抗扫描信号发生和采集器获取包含多个工况的扫描信号配置的配置文件之前，还包括：将扰动源接入实时数字仿真器(realtimedigitalsimulator，rtds)的电网系统模型与待测系统之间，扰动源发出三相电压扰动或三相电流扰动并注入电网系统模型。其中，扰动源可以为受控电压源或受控电流源。

待测试系统和电网系统模型间增加受控电压源或受控电流源，用于接收阻抗扫描信号发生和采集器发出的a、b、c三相扰动信号scona、sconb、sconc。受控电压源或受控电流源发出电压扰动或电流扰动，注入电网系统模型。阻抗扫描信号发生和采集器采集待测试系统端口的三相电压和三相电流信号发送给阻抗模型辨识器。

进一步地，在本发明的实施例中，阻抗模型辨识器的作用包括：1)生成配置文件发送给阻抗扫描信号发生和采集器，2)基于收集阻抗扫描信号发生和采集器获得的待测系统的三相电压、电流等数据计算宽频阻抗，3)控制阻抗扫描信号发生和采集器开始和停止信号。

具体地，配置文件内容为包含n个工况扫描信息的列表。具体如下：

第n个工况扫描开始时间tn_on，扫描停止时间tn_off，a、b、c三相扰动信号分别共有kna,knb,knc组，其中，

第p组a、b、c三相扰动信号频率：fa_n_p，fb_n_p，fc_n_p；

第p组a、b、c三相扰动信号相位：

第p组a、b、c三相扰动信号幅值：ma_n_p，mb_n_p，mc_n_p；

阻抗模型辨识器基于收集的阻抗扫描信号发生和采集器获得的待测系统的三相电压、电流等数据计算宽频阻抗。

进一步地，在本发明的实施例中，阻抗扫描信号发生和采集器的功能包括：1)获取阻抗模型辨识器生成的配置文件，2)根据阻抗模型辨识器的指令开始和停止发出扫描信号，3)根据阻抗模型辨识器的配置文件发出a、b、c三相扰动信号，4)采集待测系统的三相电压电流数据并发送给阻抗模型辨识器。

阻抗模型辨识器的配置文件包含n组工况的扫描信号配置，阻抗扫描信号发生和采集器将依次执行n组工况的扫描信号配置内容。根据阻抗模型辨识器的配置文件发出第n组工况a、b、c三相扰动信号具体如下：

其中，n为第n个工况，scona_n、sconb_n、sconc_n为第n个工况下的a、b、c三相扰动信号，ma_n_p，mb_n_p，mc_n_p为第p组三相扰动信号幅值，fa_n_p，fb_n_p，fc_n_p为第p组三相扰动信号频率，为第p组三相扰动信号相位，δt为采样间隔，k＝1，2，3，......，第n个工况下的三相扰动信号分别共有kna,knb,knc组。

在步骤s102中，将多个工况的三相扰动信号依次注入实时数字仿真器，以使扰动源生成待测系统端口对应的三相电压扰动和三相电流扰动信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，待测系统可以为物理控制的电力电子设备或在实时数字仿真器中搭建的数字仿真模型；电网系统模型在实时数字仿真器中搭建，待测系统可以通过数字或模拟信号或建模接线接入电网系统模型。

在步骤s103中，阻抗模型辨识器根据采集的三相电压和三相电流信号计算待测系统的宽频阻抗。

进一步地，在本发明的一个实施例中，待测系统的参数包括：电网系统模型和待测系统的各节点电压、各支路电流和系统频率。

具体地，实时数字仿真器生成待测系统对应端口的三相电压和三相电流信号后，阻抗模型辨识器根据采集的三相电压和三相电流信号计算待测系统的宽频阻抗。

过程如下：

采集的a、b、c三相电压：ua(k)，ub(k),uc(k)；

采集的a、b、c三相电流：ia(k)，ib(k),ic(k)；

n＝(tn_off-tn_on)/δt+1

g＝[1,e^j2π/3,e^j4π/3]

其中，表示观测对象在频率和共同作用下的导纳，{h1,h2}∈{1,2,3...h}，g^t为g的转置矩阵。

根据本发明实施例提出的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法，通过实时数字仿真器能高精度、快速检测出待测系统的次同步和超同步等宽频率范围阻抗特性，适用于多工况的宽频率阻抗自动扫描，节省时间。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描系统。

图3为根据本发明一个实施例的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描系统。

如图3所示，该宽频阻抗扫描系统10包括：第一生成模块100、第二生成模块200和计算模块300。

其中，第一生成模块100用于在电网系统模型和待测系统稳定运行时，阻抗扫描信号发生和采集器获取包含多个工况的扰动信号的配置文件，并根据阻抗模型辨识器的开始和停止信号指令生成多个工况的三相扰动信号。

第二生成模块200用于将多个工况的三相扰动信号依次注入实时数字仿真器，以使扰动源生成待测系统端口对应的三相电压扰动和三相电流扰动信号。

计算模块300用于阻抗模型辨识器根据采集的三相电压和采集的三相电流信号计算待测系统的宽频阻抗。

该宽频阻抗扫描系统10可以高效、快速地获取电力装置在宽频域范围的阻抗特性，获得的扫描结果为多种电力设备接入电网的影响分析提供重要依据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：配置模块，用于将扰动源接入实时数字仿真器的电网系统模型与待测系统之间，扰动源发出电压扰动或电流扰动并注入电网系统模型，其中，扰动源为受控电压源或受控电流源。

进一步地，在本发明的一个实施例中，待测系统为物理控制的电力电子设备或在实时数字仿真器中搭建的数字仿真模型；电网系统模型在实时数字仿真器中搭建，待测系统通过数字或模拟信号或建模接线接入电网系统模型

进一步地，在本发明的一个实施例中，阻抗模型辨识器根据需要扫描的工况生成包含多个工况的扫描信号的配置文件，其中，配置文件包括：第n个工况扫描开始时间、第n个工况扫描停止时间和第n个工况的三相扰动信号。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个工况的三相扰动信号为：

其中，n为第n个工况，scona_n、sconb_n、sconc_n为第n个工况下的a、b、c三相扰动信号，ma_n_p，mb_n_p，mc_n_p为第p组三相扰动信号幅值，fa_n_p，fb_n_p，fc_n_p为第p组三相扰动信号频率，为第p组三相扰动信号相位，δt为采样间隔，k＝1，2，3，......，第n个工况下的三相扰动信号分别共有kna,knb,knc组。

需要说明的是，前述对基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描方法实施例的解释说明也适用于该实施例的系统，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于实时数字仿真器的宽频阻抗扫描系统，通过实时数字仿真器能高精度、快速检测出待测系统的次同步和超同步等宽频率范围阻抗特性，适用于多工况的宽频率阻抗自动扫描，节省时间。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。