直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法及装置与流程

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法及装置。

背景技术：

风电已成为中国能源战略的重要组成分，但中国大部分风电集中在新疆、甘肃、内蒙古等西北地区，而能源负荷中心却集中在东南沿海地区，因此在进行电力输送时必须采取高电压、大容量的输电模式实现“西电东送”。新建输电线路会带来工程造价、输电走廊占用等问题，所以提高现有交流线路的输送能力具有非常重要的意义。

在输电线路中加入串补电容器可以减小线路电抗，提高系统静态稳定极限和输送能力。随着输电系统的发展，串补电容得到越来越多的应用，也取得了较好的经济效益。但是，这种远距离、高串补度的输电方式可能会诱发风电系统的次同步谐振问题，从而影响大规模风电基地及外送系统的安全稳定运行。此前学术研究认为双馈风机在次同步频率下呈现负电阻，是导致次同步电流发散的关键原因，而直驱风机由于有全功率变换器与电网解耦，因此不参与负电阻的产生。但通过对直驱风机阻抗特性的研究发现，直驱风机在系统短路容量较小且串补度在某些特定范围内时，将其接入双馈风机-串补系统，反而会恶化系统阻尼，增加谐振风险。

目前尚没有方法能够有效分析直驱风机何时能够改善双馈风机-串补系统的次同步谐振，何时会恶化双馈风机-串补系统的次同步谐振。

技术实现要素：

本发明提供一种直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法及装置，以有效分析直驱风机对风电-串补输电系统次同步谐振影响。

本发明提供一种直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法，包括：对串补输电系统进行等值，得到所述串补输电系统的等值参数；根据单个直驱风机和所述等值参数对应的输电系统等值模型构建第一仿真系统，并通过对所述第一仿真系统进行频率扫描获得所述单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性，以及根据单个双馈风机和所述输电系统等值模型构建第二仿真系统，并利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性；根据所述直驱风机阻抗特性、所述双馈风机阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算得到具有所述配比的多个所述双馈风机和多个所述直驱风机并联连接后的混合风机阻抗特性与多个所述双馈风机并联连接后的单种风机阻抗特性；通过比较所述混合风机阻抗特性和所述单种风机阻抗特性，判断在所述配比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况。

一个实施例中，对串补输电系统进行等值，得到所述串补输电系统的等值参数，包括：根据所述串补输电系统的线路数据计算得到所述等值参数。

一个实施例中，通过对所述第一仿真系统进行频率扫描获得所述单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性，包括：在所述第一仿真系统中直驱风机母线接入处注入谐波电压，在包含所述次同步频段的频率范围内连续调节所述谐波电压的电压频率；获取在各所述电压频率下所述第一仿真系统中直驱风机接入口处的电压和电流；根据所述直驱风机接入口处的电压和电流计算得到所述单个直驱风机在所述次同步频段的直驱风机阻抗特性。

一个实施例中，获取在各所述电压频率下所述第一仿真系统中直驱风机接入口处的电压和电流之前，还包括：对直驱风机母线接入处的电压和电流进行滤波。

一个实施例中，通过比较所述混合风机阻抗特性和所述单种风机阻抗特性，判断在所述配比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况，包括：在所述次同步频段中的同一频率下，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻大于所述单种风机阻抗特性中的电阻，判断在所述配比情况下直驱风机会减小所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻小于所述单种风机阻抗特性中的电阻，判断在所述配比情况下直驱风机会增大所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。

一个实施例中，还包括：计算包含所述串补输电系统、多个所述双馈风机及多个所述直驱风机的风机-串补输电系统的等值系统的阻抗特性；根据所述等值系统的阻抗特性和所述混合风机阻抗特性得到所述风机-串补输电系统的谐振频率点。

本发明还提供一种直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置，包括：等值参数获取单元，用于对串补输电系统进行等值，得到所述串补输电系统的等值参数；单个风机阻抗获取单元，用于根据单个直驱风机和所述等值参数对应的输电系统等值模型构建第一仿真系统，并通过对所述第一仿真系统进行频率扫描获得所述单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性，以及根据单个双馈风机和所述输电系统等值模型构建第二仿真系统，并利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性；多个风机阻抗获取单元，用于根据所述直驱风机阻抗特性、所述双馈风机阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算得到具有所述配比的多个所述双馈风机和多个所述直驱风机并联连接后的混合风机阻抗特性与多个所述双馈风机并联连接后的单种风机阻抗特性；次同步谐振风险分析单元，用于通过比较所述混合风机阻抗特性和所述单种风机阻抗特性，判断在所述配比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况。

一个实施例中，所述等值参数获取单元，包括：等值参数获取模块，用于根据所述串补输电系统的线路数据计算得到所述等值参数。

一个实施例中，所述单个风机阻抗获取单元，包括：谐波电压注入模块，用于在所述第一仿真系统中直驱风机母线接入处注入谐波电压，在包含所述次同步频段的频率范围内连续调节所述谐波电压的电压频率；电压及电流获取模块，用于获取在各所述电压频率下所述第一仿真系统中直驱风机接入口处的电压和电流；直驱风机阻抗获取模块，用于根据所述直驱风机接入口处的电压和电流计算得到所述单个直驱风机在所述次同步频段的直驱风机阻抗特性。

一个实施例中，还包括：滤波模块，用于对直驱风机母线接入处的电压和电流进行滤波。

一个实施例中，所述次同步谐振风险分析单元，包括：次同步谐振风险分析模块，用于在所述次同步频段中的同一频率下，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻大于所述单种风机阻抗特性中的电阻，判断在所述配比情况下直驱风机会减小所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻小于所述单种风机阻抗特性中的电阻，判断在所述配比情况下直驱风机会增大所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。

一个实施例中，还包括：系统阻抗获取单元，用于计算包含所述串补输电系统、多个所述双馈风机及多个所述直驱风机的风机-串补输电系统的等值系统的阻抗特性；谐振频率点获取单元，用于根据所述等值系统的阻抗特性和所述混合风机阻抗特性得到所述风机-串补输电系统的谐振频率点。

本发明实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法及装置，通过对由单个直驱风机和输电系统等值模型构建第一仿真系统进行频率扫描，可以实现准确获得单个直驱风机在次同步频段的阻抗特性，以此克服难以通过解析求解得到直驱风机阻抗特性的问题。通过根据单个直驱风机的阻抗特性、单个双馈风机的阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算具有该配比的多个双馈风机和多个直驱风机并联连接后的阻抗特性，可以模拟风电场中风机类型的占比情况。通过比较所有风机的总阻抗特性(直驱风机和双馈风机)和双馈风机的阻抗特性，可以正确判断在给定风机类型占比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况，以此可以为风电场的规划及建设提供参考，有效规避直驱风机恶化系统阻尼。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明一实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中通过对第一仿真系统进行频率扫描获得单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性的方法流程示意图；

图3是本发明另一实施例中通过对第一仿真系统进行频率扫描获得单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性的方法流程示意图；

图4是本发明一实施例中利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性的方法流程示意图；

图5是本发明另一实施例中利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性的方法流程示意图；

图6是本发明另一实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法的流程示意图；

图7是本发明一实施例中风电-串补输电系统的等值模型的示意图；

图8是本发明一实施例中直驱风机的原理图；

图9是利用本发明一实施例的方法得到的总电阻和双馈风机电阻的曲线对比示意图；

图10是图9中部分曲线的放大示意图；

图11是利用本发明一实施例方法得到的系统阻抗和风机阻抗的曲线对比示意图；

图12是本发明一实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置的结构示意图；

图13是本发明一实施例中单个风机阻抗获取单元的结构示意图；

图14是本发明另一实施例中单个风机阻抗获取单元的结构示意图；

图15是本发明一实施例中单个风机阻抗获取单元的结构示意图；

图16是本发明另一实施例中单个风机阻抗获取单元的结构示意图；

图17是本发明另一实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1是本发明一实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法的流程示意图。如图1所示，本实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法，可包括步骤：

S110：对串补输电系统进行等值，得到所述串补输电系统的等值参数；

S120：根据单个直驱风机和所述等值参数对应的输电系统等值模型构建第一仿真系统，并通过对所述第一仿真系统进行频率扫描获得所述单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性，以及根据单个双馈风机和所述输电系统等值模型构建第二仿真系统，并利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性；

S130：根据所述直驱风机阻抗特性、所述双馈风机阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算得到具有所述配比的多个所述双馈风机和多个所述直驱风机并联连接后的混合风机阻抗特性与多个所述双馈风机并联连接后的单种风机阻抗特性；

S140：通过比较所述混合风机阻抗特性和所述单种风机阻抗特性，判断在所述配比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况。

在上述步骤S110中，对串补输电系统进行等值可以得到包含电阻、电感及电容的输电系统等值模型。该等值参数可以包括该电阻、电感及电容的等效数值。

在上述步骤S120中，该次同步频段可以是包含谐振频率点的各种频率范围，例如1Hz～49Hz的频率范围。在谐振频率点未知的情况下在该次同步频段进行频率扫描一般都能覆盖谐振频率点。

在上述步骤S130中，多个所述双馈风机之间可以相互并联，多个所述直驱风机之间可以相互并联，双馈风机和直驱风机之间可以相互并联。双馈风机与直驱风机的配比可以反映风电场中双馈风机与直驱风机的占比情况。可以认为各个双馈风机和各个直驱风机接在同一根母线上。对于小型风电场，可以认为风场内部各处风速相同，用单台风机模拟该风电场，以直驱风机为主的小型风电场以单台直驱风机模拟，以双馈风机为主的小型风电场以单台双馈风机模拟。对于大型风电场，可以认为由若干个小型风电场组成，用若干个风机模拟该风电场。

在上述步骤S140中，该双馈风机-串补输电系统是指风电场中仅包含多个所述双馈风机时的风机-串补输电系统。通过将上述混合风机阻抗特性与上述单种风机阻抗特性进行比较，可以判断加入直驱风机后的风机-串补输电系统相对于仅包含多个所述双馈风机的风机-串补输电系统，次同步谐振风险的变化情况。

本实施例中，通过对由单个直驱风机和输电系统等值模型构建第一仿真系统进行频率扫描，可以实现准确获得单个直驱风机在次同步频段的阻抗特性，以此克服难以通过解析求解得到直驱风机阻抗特性的问题。通过根据单个直驱风机的阻抗特性、单个双馈风机的阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算具有该配比的多个双馈风机和多个直驱风机并联连接后的阻抗特性，可以模拟风电场中风机类型的占比情况。通过比较所有风机的总阻抗特性(直驱风机和双馈风机)和双馈风机的阻抗特性，可以正确判断在给定风机类型占比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况，以此可以为风电场的规划及建设提供参考，有效规避直驱风机恶化系统阻尼。

一些实施例中，在上述步骤S110中，可以通过调节串补输电系统中的串补电容，然后对串补输电系统进行等值，得到所述串补电容的等值参数；或者对给定的串补输电系统进行等值，得到给定的所述串补输电系统中串补电容的等值参数。通过调节串补电容或串补电容的等值参数可以得到不同的串补度，进而可以得到不同串补度下的谐振特性。

一些实施例中，在上述步骤S110中，对串补输电系统进行等值，得到所述串补输电系统的等值参数的方法，具体实施方式可为：根据所述串补输电系统的线路数据计算得到所述等值参数。该线路数据可以包括串补输电系统中器件参数数据、线路参数数据等。该线路数据可以根据实际的串补输电系统得到。

一些实施例中，根据所述串补输电系统的线路数据还可以计算得到所述串补输电系统的短路容量。上述等值参数可以包括串补电容的等值参数。根据串补电容的等值参数可以得到线路串补度。在上述步骤S140中，可以得知在该短路容量、该线路串补度及该配比下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振的影响。

图2是本发明一实施例中通过对第一仿真系统进行频率扫描获得单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性的方法流程示意图。如图2所示，在上述步骤S120中，通过对所述第一仿真系统进行频率扫描获得所述单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性的方法，可包括步骤：

S121：在所述第一仿真系统中直驱风机母线接入处注入谐波电压，在包含所述次同步频段的频率范围内连续调节所述谐波电压的电压频率；

S122：获取在各所述电压频率下所述第一仿真系统中直驱风机接入口处的电压和电流；

S123：根据所述直驱风机接入口处的电压和电流计算得到所述单个直驱风机在所述次同步频段的直驱风机阻抗特性。

在上述步骤S121和步骤S122中，包含所述次同步频段的频率范围例如是0Hz～50Hz、1Hz～49Hz等频率范围。在该频率范围内，可以按设定频率间隔(例如1Hz)从低到高或从高到低依次改变谐波电压的频率，并获取相应电压频率下直驱风机接口处的电压和电流。

在上述步骤S123中，具体地，例如，通过对所述直驱风机接入口处的电压和电流做傅里叶变换可以得到在相应电压频率(次同步频率)下电压和电流，然后用相应电压频率下电压的正序分量除以相应电压频率下电流的正序分量可以得到该单个直驱风机在所述次同步频段中该相应频率下的阻抗，根据所述次同步频段中调节的各电压频率下的阻抗可以得到该单个直驱风机在该次同步频段的阻抗特性。

图3是本发明另一实施例中通过对第一仿真系统进行频率扫描获得单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性的方法流程示意图。如图3所示，图2所示的通过对第一仿真系统进行频率扫描获得单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性的方法，在上述步骤S122之前，即获取在各所述电压频率下所述第一仿真系统中直驱风机接入口处的电压和电流之前，还可包括步骤：

S124：对直驱风机母线接入处的电压和电流进行滤波。

本实施例中，通过对直驱风机母线接入处的电压和电流进行滤波可以滤掉50Hz主频率对应的电压和电流，尽量保留次同步频率对应的电压和电流，有利于更好地获得风机的阻抗特性。

一些实施例中，在上述步骤S120中，可以利用类似于图2或图3所示方法获得双馈风机阻抗特性。图4是本发明一实施例中利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性的方法流程示意图。如图4所示，在上述步骤S120中，利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性的方法，可包括步骤：

S125：在所述第二仿真系统中双馈风机母线接入处注入谐波电压，在包含所述次同步频段的频率范围内连续调节所述谐波电压的电压频率；

S126：获取在各所述电压频率下所述第二仿真系统中双馈风机接入口处的电压和电流；

S127：根据所述双馈风机接入口处的电压和电流计算得到所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性。

图5是本发明另一实施例中利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性的方法流程示意图。如图5所示，图4所示的利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性的方法，还可包括步骤：

S128：对双馈风机母线接入处的电压和电流进行滤波。

在另一些实施例中，可以通过解析求解的方法，利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性。

一些实施例中，在上述步骤S140中，通过比较所述混合风机阻抗特性和所述单种风机阻抗特性，判断在所述配比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况的方法，具体实施方式可为：在所述次同步频段中的同一频率下，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻大于所述单种风机阻抗特性中的电阻，判断在所述配比情况下直驱风机会减小所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻小于所述单种风机阻抗特性中的电阻，判断在所述配比情况下直驱风机会增大所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。

例如，可以通过根据所述混合风机阻抗特性中的电阻绘制混合风机电阻曲线，并根据所述单种风机阻抗特性中的电阻绘制单种风机电阻曲线，然后通过对比该混合风机电阻曲线和单种风机电阻曲线的相对位置，判断直驱风机对所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。横坐标可为频率，纵坐标可为电阻，当混合风机电阻曲线位于单种风机电阻曲线上方时，可以判断在所述配比情况下直驱风机会减小所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险，当混合风机电阻曲线位于单种风机电阻曲线下方时，可以判断在所述配比情况下直驱风机会增大所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。

本实施例中，通过在所述次同步频段中的同一频率下，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻大于所述单种风机阻抗特性中的电阻，可以判断直驱风机可以改善风电场阻抗，增强阻尼，进而可以判断在所述配比情况下直驱风机会减小所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。通过根据所述混合风机阻抗特性中的电阻小于所述单种风机阻抗特性中的电阻，可以判断直驱风机减小了风电场阻抗，恶化了阻尼，进而可以判断在所述配比情况下直驱风机会增大所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。通过比较电阻而不是同比较阻抗判断直驱风机对双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险，具有直观、简便的优点。

图6是本发明另一实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法的流程示意图。如图6所示，图1所示的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法，还可包括步骤：

S150：计算包含所述串补输电系统、多个所述双馈风机及多个所述直驱风机的风机-串补输电系统的等值系统的阻抗特性；

S160：根据所述等值系统的阻抗特性和所述混合风机阻抗特性得到所述风机-串补输电系统的谐振频率点。

在上述步骤S160中，例如，可以根据等值系统的阻抗特性绘制阻抗幅值曲线和阻抗相角曲线，根据混合风机阻抗特性绘制阻抗幅值曲线和阻抗相角曲线，根据两个阻抗幅值曲线的焦点可以得到风机-串补输电系统的谐振频率点。

本实施例中，可以方便地获得风机-串补输电系统的谐振频率点，从而解决现有技术无法获得包含直驱风机的风机-串补输电系统的谐振频率点的问题。且依据该谐振频率点和上述步骤S140的判断结果，可以更准确地规避次同步谐振，从而更好地指导风电场的规划及建设。

一个实施例中，构建风电-串补输电系统的等值模型。对于小型风电场，可以认为风场内部各处风速相同，用单台风机模拟该风电场，以直驱风机为主的小型风电场以单台直驱风机模拟，以双馈风机为主的小型风电场以单台双馈风机模拟。对于大型风电场，可以认为由若干个小型风电场组成，用若干个风机模拟该风电场。图7是本发明一实施例中风电-串补输电系统的等值模型的示意图。如图7所示，风电场可包含m台2MW的直驱风机201和n台1.5MW的双馈风机202，风电场经变压器升压后接至串补输电系统，输定线路采用串补电容提高输送能力。为便于研究，等值模型中可假设所有风机连接于同一条母线上，同类型风机的控制参数和运行状态可完全一致。风机并网点的额定电压可为690V，可经过0.69kV/35kV和35kV/220kV两级升压后汇入交流主网。线路串补度可根据调节串补电容参数得到。其中，变压器可等值为电阻r_T1和电抗x_T1，串补电容可等值为电容x_C，输电线路中的其他器件可等值为电阻r_R1、r_R2和电抗x_T2、x_L1、x_T3、x_L2等。等值模型中所需参数和短路容量均可根据线路数据计算得到。如图7所示，可以在无穷大系统处(直驱风机母线接入处)注入谐波电压，可以在直驱风机201和电阻r_T1之间的位置(直驱风机接入口)获取各电压频率下的电压和电流。

一个实施例中，得到直驱风机的次同步频段的阻抗特性。由单个直驱风机和串补输电系统构建仿真系统。为了分析直驱风机在次同步频率范围内的阻抗特性，可在风电场接入母线处注入谐波电压，可连续改变电压频率，并对直驱风机接入母线处电压和电流进行滤波，经过傅里叶变化后，得到相应的频率分量，并可根据下式计算其在该频率下的阻抗：

Z_s＝U_s/I_s＝r+jx，

其中，U_s和I_s为相应频率下电压和电流正序分量。

一个实施例中，得到双馈风机的次同步频段的阻抗特性。由单个双馈风机和串补输电系统构建仿真系统。为了分析双馈风机在次同步频率范围内的阻抗特性，可在风电场接入母线处注入谐波电压，可连续改变电压频率，并对双馈风机接入母线处电压和电流进行滤波，经过傅里叶变化后，得到相应的频率分量，并可根据下式计算其在该频率下的阻抗：

Z_s＝U_s/I_s＝r+jx，

其中，U_s和I_s为相应频率下电压和电流正序分量。

图8是本发明一实施例中直驱风机的原理图。如图8所示，该系统可直驱风机201、永磁同步发电机203、机侧变流器及其控制系统204、网侧变流器及其控制系统205以及滤波电路206等组成。直驱风机的机侧和网侧变流器均可采用dq解耦控制，机侧变换器的控制目标可以是实现最大功率跟踪，网侧变换器的控制目标可以是实现直流母线电压的稳定，同时调节并网有功/无功功率。

一些实施例中，进行阻抗值对比。得到单台直驱风机在次同步频段内的阻抗Z₁，单台双馈风机在次同步频段内的阻抗Z₂，其中Z₁＝R₁+jX₁，Z₂＝R₂+jX₂。根据两种机型台数和所占比例的不同，计算得到对应的一台或多台直驱风机并联阻抗为Z_1S，一台或多台双馈风机并联阻抗为Z_2S。最后，根据并联公式计算得到两种风机并联后的总阻抗Z。公式如下：

根据总阻抗Z得到总电阻R，通过对比总电阻R和仅有双馈风机时的电阻，可以分析风电场在次同步频段内总阻抗的变化情况。图9是利用本发明一实施例的方法得到的总电阻和双馈风机电阻的曲线对比示意图。图10是图9中部分曲线的放大示意图。如图9和图10所示，直驱风机并入双馈风电场对风电场的阻抗有影响。曲线207为仅含双馈风机时的电阻情况，曲线208为双馈风机与直驱风机比例为1:2时的电阻情况，曲线209为双馈风机与直驱风机比例为1:1时的电阻情况，曲线210为双馈风机与直驱风机比例为4:1时的电阻情况。在0Hz～11Hz频段内，曲线208、曲线209及曲线210位于曲线207上方，表明直驱风机可以改善风电场阻抗，在虚线212左侧增强了阻尼。在11Hz以上，曲线208、曲线209及曲线210位于曲线207下方，表明直驱风机的并入减小了风电场的电阻，在虚线213右侧恶化了阻尼，有增大系统次同步谐振的风险。

一些实施例中，根据系统总的阻抗特性判断直驱风机对次同步谐振的影响。根据具体系统的电网及输电线路参数、串补度，可计算得到系统的阻抗特性。对比线路及电网的阻抗特性和直驱风机接入风电场的阻抗特性可判断系统是否存在次同步谐振的风险。图11是利用本发明一实施例方法得到的系统阻抗和风机阻抗的曲线对比示意图。如图11所示，将计算得到的风电场风机总阻抗与等值系统的阻抗进行对比，当风速为4m/s时，风电场的阻抗幅值215与等值系统阻抗幅值214有交叉点，交叉点对应的频率约为6.3Hz，对应的双馈风电场阻抗相角217与等值系统阻抗相角216的差约为180°，也就是说，频率谐振点为6.3Hz，系统在6.3Hz频率下存在不稳定问题，会发生次同步谐振现象。

本发明实施例，通过扫描直驱风机在次同步频段内的阻抗，得到直驱风机在次同步频段内的阻抗特性，并对比直驱风机和双馈风机的并联阻抗与仅有双馈风机时的阻抗，得到直驱风机对风电场阻抗特性的影响。最终，根据系统总的阻抗特性判断直驱风机对次同步谐振的影响。可根据直驱风机和双馈风机在不同数量和不同占比的情况下，分析直驱风机对系统阻抗的影响情况。并且，通过调节线路电容可得到不同串补度下的谐振特性，全面分析直驱风机对系统次同步谐振的影响。本发明实施例的方法能够全面评估不同串补度下直驱风机对风电-串补输电系统的影响，对规避直驱风机恶化系统阻尼具有积极意义，可以为风电场的规划及建设提供参考。

本发明实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法，通过对由单个直驱风机和输电系统等值模型构建第一仿真系统进行频率扫描，可以实现准确获得单个直驱风机在次同步频段的阻抗特性，以此克服难以通过解析求解得到直驱风机阻抗特性的问题。通过根据单个直驱风机的阻抗特性、单个双馈风机的阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算具有该配比的多个双馈风机和多个直驱风机并联连接后的阻抗特性，可以模拟风电场中风机类型的占比情况。通过比较所有风机的总阻抗特性(直驱风机和双馈风机)和双馈风机的阻抗特性，可以正确判断在给定风机类型占比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况，以此可以为风电场的规划及建设提供参考，有效规避直驱风机恶化系统阻尼。

基于与图1所示的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置，如下面实施例所述。由于该直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置解决问题的原理与直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法相似，因此该直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置的实施可以参见直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析方法的实施，重复之处不再赘述。

图12是本发明一实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置的结构示意图。如图12所示，本实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置，可包括：等值参数获取单元310、单个风机阻抗获取单元320、多个风机阻抗获取单元330及次同步谐振风险分析单元340，上述各单元顺序连接。

等值参数获取单元310用于对串补输电系统进行等值，得到所述串补输电系统的等值参数。

单个风机阻抗获取单元320用于根据单个直驱风机和所述等值参数对应的输电系统等值模型构建第一仿真系统，并通过对所述第一仿真系统进行频率扫描获得所述单个直驱风机在次同步频段的直驱风机阻抗特性，以及根据单个双馈风机和所述输电系统等值模型构建第二仿真系统，并利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性。

多个风机阻抗获取单元330用于根据所述直驱风机阻抗特性、所述双馈风机阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算得到具有所述配比的多个所述双馈风机和多个所述直驱风机并联连接后的混合风机阻抗特性与多个所述双馈风机并联连接后的单种风机阻抗特性。

次同步谐振风险分析单元340用于通过比较所述混合风机阻抗特性和所述单种风机阻抗特性，判断在所述配比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况。

在上述等值参数获取单元310中，对串补输电系统进行等值可以得到包含电阻、电感及电容的输电系统等值模型。该等值参数可以包括该电阻、电感及电容的等效数值。

在上述单个风机阻抗获取单元320中，该次同步频段可以是包含谐振频率点的各种频率范围，例如1Hz～49Hz的频率范围。在谐振频率点未知的情况下在该次同步频段进行频率扫描一般都能覆盖谐振频率点。

在上述多个风机阻抗获取单元330中，多个所述双馈风机之间可以相互并联，多个所述直驱风机之间可以相互并联，双馈风机和直驱风机之间可以相互并联。双馈风机与直驱风机的配比可以反映风电场中双馈风机与直驱风机的占比情况。可以认为各个双馈风机和各个直驱风机接在同一根母线上。对于小型风电场，可以认为风场内部各处风速相同，用单台风机模拟该风电场，以直驱风机为主的小型风电场以单台直驱风机模拟，以双馈风机为主的小型风电场以单台双馈风机模拟。对于大型风电场，可以认为由若干个小型风电场组成，用若干个风机模拟该风电场。

在上述次同步谐振风险分析单元340中，该双馈风机-串补输电系统是指风电场中仅包含多个所述双馈风机时的风机-串补输电系统。通过将上述混合风机阻抗特性与上述单种风机阻抗特性进行比较，可以判断加入直驱风机后的风机-串补输电系统相对于仅包含多个所述双馈风机的风机-串补输电系统，次同步谐振风险的变化情况。

本实施例中，通过对由单个直驱风机和输电系统等值模型构建第一仿真系统进行频率扫描，可以实现准确获得单个直驱风机在次同步频段的阻抗特性，以此克服难以通过解析求解得到直驱风机阻抗特性的问题。通过根据单个直驱风机的阻抗特性、单个双馈风机的阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算具有该配比的多个双馈风机和多个直驱风机并联连接后的阻抗特性，可以模拟风电场中风机类型的占比情况。通过比较所有风机的总阻抗特性(直驱风机和双馈风机)和双馈风机的阻抗特性，可以正确判断在给定风机类型占比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况，以此可以为风电场的规划及建设提供参考，有效规避直驱风机恶化系统阻尼。

一些实施例中，所述等值参数获取单元310，可包括：等值参数获取模块。等值参数获取模块用于根据所述串补输电系统的线路数据计算得到所述等值参数。该线路数据可以包括串补输电系统中器件参数数据、线路参数数据等。该线路数据可以根据实际的串补输电系统得到。

一些实施例中，利用等值参数获取模块，可以通过调节串补输电系统中的串补电容，然后对串补输电系统进行等值，得到所述串补电容的等值参数；或者对给定的串补输电系统进行等值，得到给定的所述串补输电系统中串补电容的等值参数。通过调节串补电容或串补电容的等值参数可以得到不同的串补度，进而可以得到不同串补度下的谐振特性。

一些实施例中，所述等值参数获取单元310，可包括：短路电容获取模块，用于根据所述串补输电系统的线路数据还可以计算得到所述串补输电系统的短路容量。上述等值参数可以包括串补电容的等值参数。根据串补电容的等值参数可以得到线路串补度。在上述次同步谐振风险分析单元340中，可以得知在该短路容量、该线路串补度及该配比下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振的影响。

图13是本发明一实施例中单个风机阻抗获取单元的结构示意图。如图13所示，所述单个风机阻抗获取单元320，可包括：谐波电压注入模块321、电压及电流获取模块322及直驱风机阻抗获取模块323，上述各模块顺序连接。

谐波电压注入模块321用于在所述第一仿真系统中直驱风机母线接入处注入谐波电压，在包含所述次同步频段的频率范围内连续调节所述谐波电压的电压频率。

电压及电流获取模块322用于获取在各所述电压频率下所述第一仿真系统中直驱风机接入口处的电压和电流。

直驱风机阻抗获取模块323用于根据所述直驱风机接入口处的电压和电流计算得到所述单个直驱风机在所述次同步频段的直驱风机阻抗特性。

在上述谐波电压注入模块321和电压及电流获取模块322中，包含所述次同步频段的频率范围例如是0Hz～50Hz、1Hz～49Hz等频率范围。在该频率范围内，可以按设定频率间隔(例如1Hz)从低到高或从高到低依次改变谐波电压的频率，并获取相应电压频率下直驱风机接口处的电压和电流。

在上述直驱风机阻抗获取模块323中，具体地，例如，通过对所述直驱风机接入口处的电压和电流做傅里叶变换可以得到在相应电压频率(次同步频率)下电压和电流，然后用相应电压频率下电压的正序分量除以相应电压频率下电流的正序分量可以得到该单个直驱风机在所述次同步频段中该相应频率下的阻抗，根据所述次同步频段中调节的各电压频率下的阻抗可以得到该单个直驱风机在该次同步频段的阻抗特性。

图14是本发明另一实施例中单个风机阻抗获取单元的结构示意图。如图14所示，图13所示的单个风机阻抗获取单元320，还可包括：滤波模块324，连接于谐波电压注入模块321和电压及电流获取模块322之间。

滤波模块324用于对直驱风机母线接入处的电压和电流进行滤波。

本实施例中，通过对直驱风机母线接入处的电压和电流进行滤波可以滤掉50Hz主频率对应的电压和电流，尽量保留次同步频率对应的电压和电流，有利于更好地获得风机的阻抗特性。

一些实施例中，在上述步骤S120中，可以利用类似于图2或图3所示方法获得双馈风机阻抗特性。图15是本发明一实施例中单个风机阻抗获取单元的结构示意图。如图15所示，单个风机阻抗获取单元320，可包括：第二谐波电压注入模块325、第二电压及电流获取模块326及双馈风机阻抗获取模块327，上述各模块顺序连接。

第二谐波电压注入模块325，用于在所述第二仿真系统中双馈风机母线接入处注入谐波电压，在包含所述次同步频段的频率范围内连续调节所述谐波电压的电压频率。

第二电压及电流获取模块326，用于获取在各所述电压频率下所述第二仿真系统中双馈风机接入口处的电压和电流。

双馈风机阻抗获取模块327：根据所述双馈风机接入口处的电压和电流计算得到所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性。

图16是本发明另一实施例中单个风机阻抗获取单元的结构示意图。如图16所示，图15所示的单个风机阻抗获取单元320，还可包括：第二滤波模块328，连接于第二谐波电压注入模块325和第二电压及电流获取模块326之间。

第二滤波模块328：对双馈风机母线接入处的电压和电流进行滤波。

在另一些实施例中，可以利用解析求解模块，通过解析求解的方法，利用所述第二仿真系统获得所述单个双馈风机在所述次同步频段的双馈风机阻抗特性。

一些实施例中，所述次同步谐振风险分析单元340，包括：次同步谐振风险分析模块。次同步谐振风险分析模块，用于在所述次同步频段中的同一频率下，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻大于所述单种风机阻抗特性中的电阻，判断在所述配比情况下直驱风机会减小所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻小于所述单种风机阻抗特性中的电阻，判断在所述配比情况下直驱风机会增大所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。

本实施例中，通过在所述次同步频段中的同一频率下，根据所述混合风机阻抗特性中的电阻大于所述单种风机阻抗特性中的电阻，可以判断直驱风机可以改善风电场阻抗，增强阻尼，进而可以判断在所述配比情况下直驱风机会减小所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。通过根据所述混合风机阻抗特性中的电阻小于所述单种风机阻抗特性中的电阻，可以判断直驱风机减小了风电场阻抗，恶化了阻尼，进而可以判断在所述配比情况下直驱风机会增大所述双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险。通过比较电阻而不是同比较阻抗判断直驱风机对双馈风机-串补输电系统产生次同步谐振的风险，具有直观、简便的优点。

图17是本发明另一实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置的结构示意图。如图17所示，图12所示的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置，还可包括：系统阻抗获取单元350和谐振频率点获取单元360。

系统阻抗获取单元350用于计算包含所述串补输电系统、多个所述双馈风机及多个所述直驱风机的风机-串补输电系统的等值系统的阻抗特性。

谐振频率点获取单元360用于根据所述等值系统的阻抗特性和所述混合风机阻抗特性得到所述风机-串补输电系统的谐振频率点。

在上述谐振频率点获取单元360中，例如，可以根据等值系统的阻抗特性绘制阻抗幅值曲线和阻抗相角曲线，根据混合风机阻抗特性绘制阻抗幅值曲线和阻抗相角曲线，根据两个阻抗幅值曲线的焦点可以得到风机-串补输电系统的谐振频率点。

本实施例中，可以方便地获得风机-串补输电系统的谐振频率点，从而解决现有技术无法获得包含直驱风机的风机-串补输电系统的谐振频率点的问题。且依据该谐振频率点和上述次同步谐振风险分析单元340的判断结果，可以更准确地规避次同步谐振，从而更好地指导风电场的规划及建设。

本发明实施例的直驱风机对输电系统次同步谐振影响的分析装置，通过对由单个直驱风机和输电系统等值模型构建第一仿真系统进行频率扫描，可以实现准确获得单个直驱风机在次同步频段的阻抗特性，以此克服难以通过解析求解得到直驱风机阻抗特性的问题。通过根据单个直驱风机的阻抗特性、单个双馈风机的阻抗特性及双馈风机与直驱风机的配比，计算具有该配比的多个双馈风机和多个直驱风机并联连接后的阻抗特性，可以模拟风电场中风机类型的占比情况。通过比较所有风机的总阻抗特性(直驱风机和双馈风机)和双馈风机的阻抗特性，可以正确判断在给定风机类型占比情况下直驱风机对双馈风机-串补输电系统的次同步谐振影响情况，以此可以为风电场的规划及建设提供参考，有效规避直驱风机恶化系统阻尼。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。