一种基于分段仿射的电压源变流器稳定域构造方法及系统

本发明属于变流器，具体涉及一种基于分段仿射的电压源变流器稳定域构造方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着新能源的迅速发展，高比例电力电子设备的接入容易引发小扰动失稳问题，制约新能源输送和消纳，且严重威胁着电力系统的安全运行。

3、新能源振荡事故往往起因于小扰动负阻尼失稳。现有针对这类问题的稳定性分析方法主要采用状态空间法和阻抗法；但是需分析指定工况，难以全面评估系统的整体运行稳定性，因此需要建立能够反映系统全部工况稳定性的方法。由于电网存在时变性，稳定域需要根据电网参数的变化及时更新。因此亟需一种能够满足在线应用的稳定域构造方法。目前，针对新能源全工况稳定域的研究较少，主要存在两个挑战：一是新能源场站模型阶数高，阻抗计算复杂；二是稳定域边界的构造效率低。

4、针对新能源场站模型阶数高的挑战，大多数研究在分析新能源多机模型时，采用降阶或等值模型。有相关研究采用平衡实现理论舍弃了多电压源变流器(voltage sourceconverter，简称vsc)并网系统非主导振荡模态，但这可能会导致场内部的部分耦合特性缺失；且在运行工况变化时，难以保证降阶模型保留的主导振荡模态具有一致的小扰动特性。有相关研究采用等值方法将新能源场站模型等效为单机或多机模型；但等值方法只关注整体新能源场站与电网的交互机理，忽略单机之间的耦合特性。

5、构建小扰动稳定域的关键是确定其稳定域边界。有相关研究分析了参数稳定域，但所构建的稳定域随着工况变化而变化，难以在实际运用中提供指导。有相关研究采用逐点法计算不同串补值下系统稳定性，建立关于串补值单个参数的稳定域边界；但是逐点法存在计算量大的问题，难以在线应用。有相关研究针对微电网应用场景，基于核岭回归拟合两台vsc的有功功率稳定域边界，但拟合方法并未考虑电网的时变特性。有相关研究基于聚合阻抗和预测校正法离线构造稳定域边界，相较于遍历法提高了计算效率；但其采用的方法计算时间仍较长，难以适用于稳定域求解的在线应用。

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电压源变流器稳定域构造方法及系统，本发明采用分段仿射理论将vsc阻抗转换为线性形式，基于分段仿射模型提高稳定域边界快速构造效率。

2、根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种基于分段仿射的电压源变流器稳定域构造方法，采用如下技术方案：

3、一种基于分段仿射的电压源变流器稳定域构造方法，包括：

4、获取电压源变流器的阻抗模型；

5、基于分段仿射和所获取的阻抗模型，构建电压源变流器的分段仿射阻抗模型；

6、求解所构建的分段仿射阻抗模型，完成电压源变流器稳定域的构造；

7、其中，在求解所构建的分段仿射阻抗模型的过程中，采用双层优化求解模型，双层优化求解模型中的内层模型结合所构建的分段仿射阻抗模型和奈奎斯特判据判断电压源变流器小干扰稳定域中工况点的稳定性，将内层模型作为双层优化求解模型中的外层模型的非线性约束，完成模型的求解，实现电压源变流器稳定域的构建。

8、作为进一步的技术限定，在构建电压源变流器的分段仿射阻抗模型的过程中，基于分段仿射理论，将所获取的电压源变流器的阻抗模型转化为分段低阶线性子模型。

9、作为进一步的技术限定，所述分段仿射包括构造电压源变流器阻抗数据集、根据聚类算法构建数据集分区，以及基于最小二乘法实现仿射子模型的参数估计。

10、作为进一步的技术限定，所构建的电压源变流器的分段仿射阻抗模型是基于电压源变流器自身并网点电压定向的dq坐标系；当多个电压源变流器并网时，将所构建的各个电压源变流器阻抗模型变换到同一的dq坐标系下，得到多机阻抗模型。

11、作为进一步的技术限定，在判断电压源变流器小干扰稳定域中工况点的稳定性的过程中，通过分析回率矩阵是否满足广义奈奎斯特判据，即在复平面上，当回率矩阵的两个特征根的根轨迹都不包围(0,1)时，电压源变流器小干扰稳定域中工况点稳定；否则不稳定。

12、作为进一步的技术限定，在进行模型求解的过程中，采用改进奈奎斯特稳定判据求解双层优化求解模型中的内层模型，采用复合形法求解双层优化求解模型中的外层模型。

13、作为进一步的技术限定，所述双层优化求解模型中的外层模型的非线性约束为其中，pvsc为电压源变流器的有功出力,qvsc为电压源变流器的无功出力；f(pvsc,qvsc)＝0为运行工作点满足潮流方程；pmin和pmax分别为电压源变流器的有功出力上限和下限；qmin和qmax分别为电压源变流器的无功出力上限和下限；vrate为电压源变流器端口输出额定电压，vs电压源变流器端口实际输出电压；α为功率增长方向。

14、根据一些实施例，本发明的第二方案提供了一种基于分段仿射的电压源变流器稳定域构造系统，采用如下技术方案：

15、一种基于分段仿射的电压源变流器稳定域构造系统，包括：

16、获取模块，其被配置为获取电压源变流器的阻抗模型；

17、构建模块，其被配置为基于分段仿射和所获取的阻抗模型，构建电压源变流器的分段仿射阻抗模型；

18、求解模块，其被配置为求解所构建的分段仿射阻抗模型，完成电压源变流器稳定域的构造；

19、其中，在求解所构建的分段仿射阻抗模型的过程中，采用双层优化求解模型，双层优化求解模型中的内层模型结合所构建的分段仿射阻抗模型和奈奎斯特判据判断电压源变流器小干扰稳定域中工况点的稳定性，将内层模型作为双层优化求解模型中的外层模型的非线性约束，完成模型的求解，实现电压源变流器稳定域的构建。

20、根据一些实施例，本发明的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：

21、一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方案所述的基于分段仿射的电压源变流器稳定域构造方法中的步骤。

22、根据一些实施例，本发明的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：

23、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方案所述的基于分段仿射的电压源变流器稳定域构造方法中的步骤。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

25、本发明基于分段仿射理论，建立vsc阻抗分段仿射模型；对vsc小扰动模型提出建立数据集和分区的方法，保证仿射系数的查找效率和仿射模型的准确性。建立多机vsc分段仿射模型，保留了原系统的频域阻抗信息，并且极大降低模型阶数。

26、本发明提出了vsc稳定域边界的构造方法，构建vsc稳定域边界点求解的双层优化模型，并基于改进的广义奈奎斯特稳定判据和复合形法求解优化模型；再通过改变双层优化模型的求解方向搜索边界点并进行分段拟合，保证稳定域边界精确性的同时提高构造效率。