新能源故障穿越失稳环节辨识方法及装置与流程

本发明涉及电力系统，具体而言，涉及一种新能源故障穿越失稳环节辨识方法及装置。

背景技术：

1、近年来，基于电压源型变流器的电力电子设备在电力系统中的渗透率逐步提高，新能源控制动态不仅深度参与电力系统的安全稳定过程，还在部分新能源高渗透率电力系统的暂态失稳中起到了主导作用。越来越多的研究表明：新能源电源的控制环节间耦合、新能源电源的控制环节与电网间的耦合对于暂态失稳的发生和扩大具有较大影响。

2、然而，目前涉及耦合关系的研究主要基于小信号的线性化模型开展，鲜见适用于大扰动暂态稳定研究的耦合关系分析模型。此外，目前关于耦合程度的量化主要基于灵敏度分析等方法，由于上述方法缺少明确的物理能量含义，其对后续的参数优化、控制策略改进等工作只存在有限的工程指导意义。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种新能源故障穿越失稳环节辨识方法及装置，旨在解决相关技术中大扰动下新能源控制特性引发暂态失稳的主导环节难以识别的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种新能源故障穿越失稳环节辨识方法，包括：获取新能源并网系统的固有参数和实时参数；根据所述固有参数和所述实时参数，建立基于暂态能量流的新能源并网系统模型；基于所述新能源并网系统模型，得到各控制环节对应的暂态能量流；根据所述各控制环节对应的暂态能量流，辨识新能源并网系统的主导暂态失稳环节。

3、进一步地，所述固有参数包括：有功参考值、无功参考值、有功外环控制参数、无功外环控制参数、锁相环控制参数、并网电阻、并网电抗、无穷大电压源的电压幅值以及无穷大电压源的频率；所述实时参数包括：实时有功值、实时无功值、锁相角、锁相频率、第一数字量、第二数字量以及新能源机端电压的q轴分量和q轴分量对时间的导数值。

4、进一步地，根据所述固有参数和所述实时参数，建立基于暂态能量流的新能源并网系统模型，包括：根据所述固有参数和所述实时参数，得到有功电流、无功电流、锁相角对时间的导数值以及锁相频率对时间的导数值；根据所述无穷大电压源的电压幅值、并网电阻、并网电抗、锁相角、锁相频率、有功电流以及无功电流，得到修正后的实时有功值和修正后的实时无功值；根据所述修正后的实时有功值、修正后的实时无功值、有功电流、无功电流、锁相角对时间的导数值以及锁相频率对时间的导数值，建立基于暂态能量流的新能源并网系统模型。

5、进一步地，根据所述固有参数和所述实时参数，得到有功电流、无功电流、锁相角对时间的导数值以及锁相频率对时间的导数值，包括：采用下式得到有功电流id和无功电流iq：其中，x1'为第一数字量x1对时间的导数值，x2'为第二数字量x2对时间的导数值，kp1、ki1为有功外环控制参数，kp2、ki2为无功外环控制参数；采用下式得到锁相角对时间的导数值δ'和锁相频率对时间的导数值ω'：其中，ω为锁相频率，ωg为无穷大电压源的频率，kp3、ki3为锁相环控制参数，uq0为新能源机端电压的q轴分量，uq0'为新能源机端电压的q轴分量对时间的导数值。

6、进一步地，根据所述无穷大电压源的电压幅值、并网电阻、并网电抗、锁相角、锁相频率、有功电流、无功电流，得到修正后的实时有功值和修正后的实时无功值，包括：采用下式得到修正后的实时有功值p和修正后的实时无功值q：p＝udid+uqiq,q＝uqid-udiq；其中，ud为修正后的新能源机端电压的d轴分量，uq为修正后的新能源机端电压的q轴分量，id为有功电流，iq为无功电流；其中，修正后的新能源机端电压的d轴分量ud和修正后的新能源机端电压的q轴分量uq采用下式得到：其中，ug为无穷大电压源的电压幅值，r为并网电阻，l为并网电抗，δ为锁相角，ω为锁相频率，id为有功电流，iq为无功电流。

7、进一步地，根据所述修正后的实时有功值、修正后的实时无功值、有功电流、无功电流、锁相角对时间的导数值以及锁相频率对时间的导数值，建立基于暂态能量流的新能源并网系统模型，包括：采用下式得到基于暂态能量流的新能源并网系统模型：

8、

9、其中，

10、

11、

12、ix＝id cosδ-iq sinδ,iy＝iq cosδ+id sinδ；

13、

14、

15、其中，id'为有功电流对时间的导数值，iq'为无功电流对时间的导数值，δ'为锁相角对时间的导数值，ω'为锁相频率对时间的导数值，kp1、ki1为有功外环控制参数，kp2、ki2为无功外环控制参数，kp3、ki3为锁相环控制参数，ω为锁相频率，δ为锁相角，ug为无穷大电压源的电压幅值，ωg为无穷大电压源的频率，r为并网电阻，l为并网电抗，pref为有功参考值，qref为无功参考值，p为修正后的实时有功值，q为修正后的实时无功值。

16、进一步地，基于所述新能源并网系统模型，得到各控制环节对应的暂态能量流，包括：基于所述新能源并网系统模型，得到第一能量流inflow1、第二能量流inflow2、第三能量流inflow3、第四能量流inflow4和第五能量流inflow5如下：

17、进一步地，根据所述各控制环节对应的暂态能量流，辨识新能源并网系统的主导暂态失稳环节，包括：故障扰动后，若第一能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是有功外环；若第二能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是无功外环；第三若能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是pll；若第四能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是电网和新能源电源间的有功交互引发的；若第五能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是电网和新能源电源间的无功交互引发的。

18、第二方面，本发明实施例还提供了一种新能源故障穿越失稳环节辨识装置，包括：获取单元，用于获取新能源并网系统的固有参数和实时参数；建模单元，用于根据所述固有参数和所述实时参数，建立基于暂态能量流的新能源并网系统模型；处理单元，用于基于所述新能源并网系统模型，得到各控制环节对应的暂态能量流；辨识单元，用于根据所述各控制环节对应的暂态能量流，辨识新能源并网系统的主导暂态失稳环节。

19、进一步地，所述固有参数包括：有功参考值、无功参考值、有功外环控制参数、无功外环控制参数、锁相环控制参数、并网电阻、并网电抗、无穷大电压源的电压幅值以及无穷大电压源的频率；所述实时参数包括：实时有功值、实时无功值、锁相角、锁相频率、第一数字量、第二数字量以及新能源机端电压的q轴分量和q轴分量对时间的导数值。

20、进一步地，所述建模单元，还用于：根据所述固有参数和所述实时参数，得到有功电流、无功电流、锁相角对时间的导数值以及锁相频率对时间的导数值；根据所述无穷大电压源的电压幅值、并网电阻、并网电抗、锁相角、锁相频率、有功电流以及无功电流，得到修正后的实时有功值和修正后的实时无功值；根据所述修正后的实时有功值、修正后的实时无功值、有功电流、无功电流、锁相角对时间的导数值以及锁相频率对时间的导数值，建立基于暂态能量流的新能源并网系统模型。

21、进一步地，根据所述固有参数和所述实时参数，得到有功电流、无功电流、锁相角对时间的导数值以及锁相频率对时间的导数值，包括：采用下式得到有功电流id和无功电流iq：其中，x1'为第一数字量x1对时间的导数值，x2'为第二数字量x2对时间的导数值，kp1、ki1为有功外环控制参数，kp2、ki2为无功外环控制参数；采用下式得到锁相角对时间的导数值δ'和锁相频率对时间的导数值ω'：其中，ω为锁相频率，ωg为无穷大电压源的频率，kp3、ki3为锁相环控制参数，uq0为新能源机端电压的q轴分量，uq0'为新能源机端电压的q轴分量对时间的导数值。

22、进一步地，根据所述无穷大电压源的电压幅值、并网电阻、并网电抗、锁相角、锁相频率、有功电流、无功电流，得到修正后的实时有功值和修正后的实时无功值，包括：采用下式得到修正后的实时有功值p和修正后的实时无功值q：p＝udid+uqiq,q＝uqid-udiq；其中，ud为修正后的新能源机端电压的d轴分量，uq为修正后的新能源机端电压的q轴分量，id为有功电流，iq为无功电流；其中，修正后的新能源机端电压的d轴分量ud和修正后的新能源机端电压的q轴分量uq采用下式得到：其中，ug为无穷大电压源的电压幅值，r为并网电阻，l为并网电抗，δ为锁相角，ω为锁相频率，id为有功电流，iq为无功电流。

23、进一步地，根据所述修正后的实时有功值、修正后的实时无功值、有功电流、无功电流、锁相角对时间的导数值以及锁相频率对时间的导数值，建立基于暂态能量流的新能源并网系统模型，包括：采用下式得到基于暂态能量流的新能源并网系统模型：

24、

25、其中，

26、

27、

28、ix＝id cosδ-iq sinδ,iy＝iq cosδ+id sinδ；

29、

30、

31、其中，id'为有功电流对时间的导数值，iq'为无功电流对时间的导数值，δ'为锁相角对时间的导数值，ω'为锁相频率对时间的导数值，kp1、ki1为有功外环控制参数，kp2、ki2为无功外环控制参数，kp3、ki3为锁相环控制参数，ω为锁相频率，δ为锁相角，ug为无穷大电压源的电压幅值，ωg为无穷大电压源的频率，r为并网电阻，l为并网电抗，pref为有功参考值，qref为无功参考值，p为修正后的实时有功值，q为修正后的实时无功值。

32、进一步地，所述处理单元，还用于：基于所述新能源并网系统模型，得到第一能量流inflow1、第二能量流inflow2、第三能量流inflow3、第四能量流inflow4和第五能量流inflow5如下：

33、进一步地，所述辨识单元，还用于：故障扰动后，若第一能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是有功外环；若第二能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是无功外环；第三若能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是pll；若第四能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是电网和新能源电源间的有功交互引发的；若第五能量流的时域波形首先出现大幅度振荡或明显的偏离额定值，则新能源并网系统的主导暂态失稳环节是电网和新能源电源间的无功交互引发的。第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述各实施例提供的新能源故障穿越失稳环节辨识方法。第四方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现上述各实施例提供的新能源故障穿越失稳环节辨识方法。

34、本发明实施例提供的新能源故障穿越失稳环节辨识方法及装置，根据所述固有参数和所述实时参数，建立基于暂态能量流的新能源并网系统模型，基于所述新能源并网系统模型，得到各控制环节对应的暂态能量流，以及根据所述各控制环节对应的暂态能量流，辨识新能源并网系统的主导暂态失稳环节，可以准确定位电网大扰动下发生暂态失稳的主导环节和过程，从而为后续的参数优化、控制策略改进等工作提供明确的研究对象。