基于分段仿射的风电场阻抗确定方法、系统、设备及介质

本发明涉及电数字数据处理，特别是涉及一种基于分段仿射的风电场阻抗确定方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、双馈异步风力发电机（doubly fed induction generator，dfig）的全动态阻抗模型为18阶，在研究风电场的场景下，阻抗分析法基于每台双馈风电机组和线路的详细阻抗，容易产生阶数灾问题，以一个五十台风电场为例，阻抗模型阶数将超过1000阶。风电场的运行工况复杂，运行点的不同将会直接导致双馈异步风力发电机组的阻抗差异。实际运行中工况多变，由于阻抗方程阶数过高，难以实时计算高阶的风电机组和风电场阻抗以及稳定性分析。

2、针对风电场阻抗模型高阶的问题，通用的办法是忽略部分影响小的动态过程。假定电压源换流器（voltage source converter，vsc）直流侧电容足够大，电压源型变流器直流母线的动态较慢，在分析次同步和超同步振荡现象时可以忽略电流电压波动；双馈风电机组的动态被认为是由机侧变流器（rotor side converter，rsc）和电机主导，而忽略了网侧变流器（gridside converter，gsc），然而，gsc直接并入电网，其动态会影响双馈机组的宽频振荡特性。

3、而现有方法中，忽略上述部分动态响应，由此得到的阻抗模型的准确度降低，并且阻抗阶数难以显著下降，这些降阶的单台风电机组模型在构成风电场模型时，依然会存在高阶数问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种基于分段仿射的风电场阻抗确定方法、系统、设备及介质，基于分段仿射阻抗模型所得到的风电场阻抗模型阶数低且精度高，解决高阶风电场难以在线计算阻抗的问题，提高阻抗在线计算的效率和性能，适用于阻抗特性在线分析。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，包括：

4、根据对风电机组阻抗关于稳态运行点状态变量和复数状态变量的线性度分析，构建全动态阻抗值集；

5、对全动态阻抗值集经聚类后，对每类求解分解面系数以确定分区边界，根据各分区内的阻抗数据，构建分段仿射阻抗模型，由此得到风电场阻抗模型；

6、判断待测运行点所在分区，采用对应分区的分段仿射阻抗模型，得到风电场阻抗值。

7、作为可选择的实施方式，全动态阻抗值集的约束条件为注入到风电机组的有功功率 pdfig满足：

8、

9、其中， pdfig是注入到风电机组的有功功率， ρ为空气密度， r为叶轮半径， cp为风能利用系数， vw为风速。

10、作为可选择的实施方式，对全动态阻抗值集采用聚合层次聚类，包括：将每个数据视为一类，确定两类间的距离，根据设定的阈值，两类间的距离在阈值范围内的进行类间聚合。

11、作为可选择的实施方式，采用多类鲁棒线性规划求解分界面系数，针对含有n个状态变量的全动态阻抗，在n维空间内将聚类结果完全分离，且分区间不能有重叠或空隙；其中，分界面为：

12、

13、其中， fn和 gn为分界面系数矩阵，x为稳态运行点状态变量，s为复数状态变量，为分界面。

14、作为可选择的实施方式，根据各分区内的阻抗数据估计分段仿射阻抗模型的参数的过程包括：确定第n个分区内的第 j个样本点的阻抗和原始阻抗的距离，以 jn个样本点距离的平方和最小为目标，得到最优的分段仿射阻抗模型的参数。

15、作为可选择的实施方式，分段仿射阻抗模型为：

16、

17、其中，为第n个分段仿射阻抗模型的参数，为第n个状态变量分区空间， s为复数状态变量，x为稳态运行点状态变量，n为总数。

18、作为可选择的实施方式，确定原始阻抗和风电场阻抗模型的相对误差，在不同分区的分段仿射阻抗模型下，计算所有运行点的相对误差的平均值，得到总体误差和分区数的关系，由此优化分区个数。

19、第二方面，本发明提供一种基于分段仿射的风电场阻抗确定系统，包括：

20、数据集构建模块，被配置为根据对风电机组阻抗关于稳态运行点状态变量和复数状态变量的线性度分析，构建全动态阻抗值集；

21、模型构建模块，被配置为对全动态阻抗值集经聚类后，对每类求解分解面系数以确定分区边界，根据各分区内的阻抗数据，构建分段仿射阻抗模型，由此得到风电场阻抗模型；

22、求解模块，被配置为判断待测运行点所在分区，采用对应分区的分段仿射阻抗模型，得到风电场阻抗值。

23、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

24、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

26、本发明提出一种基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，通过推导单台风电机组的分段仿射阻抗模型，构建风电场阻抗模型。首先，根据线性度指标分析风电机组阻抗的特性，构建稳态运行点状态变量和复数状态变量的全动态阻抗值集，为后续高效分区提供数据支撑；其次，采用数据聚合层次聚类，并采用多类鲁棒线性规划求解分界面系数，获得分区的数学模型，在每个区内，给出高精度的分段仿射阻抗模型；最后，基于分段仿射阻抗模型，得到风电场阻抗模型，其阶数低且精度高，适用于在线计算，解决高阶风电场难以在线计算阻抗的问题，极大提高了阻抗在线计算的效率和性能，方便阻抗特性在线分析。

27、本发明附加方面的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。

技术特征：

1.基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，其特征在于，全动态阻抗值集的约束条件为注入到风电机组的有功功率pdfig满足：

3.如权利要求1所述的基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，其特征在于，对全动态阻抗值集采用聚合层次聚类，包括：将每个数据视为一类，确定两类间的距离，根据设定的阈值，两类间的距离在阈值范围内的进行类间聚合。

4.如权利要求1所述的基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，其特征在于，采用多类鲁棒线性规划求解分界面系数，针对含有n个状态变量的全动态阻抗，在n维空间内将聚类结果完全分离，且分区间不能有重叠或空隙；其中，分界面为：

5.如权利要求1所述的基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，其特征在于，根据各分区内的阻抗数据估计分段仿射阻抗模型的参数的过程包括：确定第n个分区内的第j个样本点的阻抗和原始阻抗的距离，以jn个样本点距离的平方和最小为目标，得到最优的分段仿射阻抗模型的参数。

6.如权利要求1所述的基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，其特征在于，分段仿射阻抗模型为：

7.如权利要求1所述的基于分段仿射的风电场阻抗确定方法，其特征在于，确定原始阻抗和风电场阻抗模型的相对误差，在不同分区的分段仿射阻抗模型下，计算所有运行点的相对误差的平均值，得到总体误差和分区数的关系，由此优化分区个数。

8.基于分段仿射的风电场阻抗确定系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种基于分段仿射的风电场阻抗确定方法、系统、设备及介质，涉及电数字数据处理技术领域，包括：根据对风电机组阻抗关于稳态运行点状态变量和复数状态变量的线性度分析，构建全动态阻抗值集；对全动态阻抗值集经聚类后，对每类求解分解面系数以确定分区边界，根据各分区内的阻抗数据，构建分段仿射阻抗模型，由此得到风电场阻抗模型；判断待测运行点所在分区，采用对应分区的分段仿射阻抗模型，得到风电场阻抗值。基于分段仿射阻抗模型所得到的风电场阻抗模型阶数低且精度高，解决高阶风电场难以在线计算阻抗的问题，提高阻抗在线计算的效率和性能，适用于阻抗特性在线分析。

技术研发人员：王鹏,赵浩然,罗嘉,王金龙,马悦鑫
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14