本发明属于电力系统输配电，具体涉及一种维持谐振模态的海上风电并网系统谐振稳定性分析方法、系统、设备及存储介质。
背景技术：
1、对于众多规模较小的近海风电场，交流输电以简单、经济和技术成熟等特点成为海上风电并网的主要方式。对于分析经长距离交流海缆送出的海上风电并网系统的谐振稳定性，需要综合考虑电网、长距离交流海缆和海上风电场的相互作用，其中交流海缆的电容效应显著，海上风电场内存在大量频带宽、响应快的电力电子设备，均会显著影响海上风电并网系统的谐振特性。
2、大系统的谐振稳定性分析应使用s域节点导纳矩阵法，其数学模型为s域节点导纳矩阵，计算谐振模态的关键是求解s域节点导纳矩阵行列式的零点，其在处理包含分布参数元件和频变参数元件的系统时不存在困难。在使用s域节点导纳矩阵法分析海上风电并网系统谐振稳定性时，对于无需研究海上风电场内部谐振特性的情况，如在海上风电场公共连接点设计谐振抑制装置，以及研究包含多个海上风电场的海上风电并网系统中某个海上风电场内部谐振特性的情况，需要对目标海上风电场进行等值化简，以降低s域节点导纳矩阵的阶数，从而提高分析效率。
3、聚合法通过保留原有风机结构和减少风机数量来降低风电场建模复杂度，是目前风电场等值化简的主要方法。聚合法按照等值机组的数量可分为单机等值和多机等值，单机等值将风电场等值为一台风电机组，而多机等值对运行工况相近的风机群进行单机等值，用多台风电机组代替风电场，单机等值在谐振稳定性分析中应用更广泛。文献[谭尚晨.直驱风电场聚合等值对并网系统次同步振荡特性影响的研究[d].北京：华北电力大学，2023.]指出聚合法在等值过程中将改变风电场内原有的交互路径和耦合关系，同时风电场并网点的动态特性和输出特性也将改变，势必会对谐振稳定性分析产生一定影响。文献[王一珺，王海风.直流电压动态时间尺度下大规模直驱风电场振荡稳定性及参数稳定域分析[j].中国电机工程学报，2021，41(s1)：92-107.]讨论了风机有功出力、控制参数的差异性对单机等值的影响，指出当风机控制参数差异较大时，基于单机模型得出的稳定性分析结论缺乏准确性。
技术实现思路
1、为应对海上风电并网系统谐振稳定性分析效率较低的问题，本发明的目的在于提供一种维持谐振模态的海上风电场并网系统谐振稳定性分析方法及系统，以解决传统聚合法在处理风电场等值化简时将改变风电场谐振特性的问题，同时提高谐振稳定性分析效率。
2、第一方面，本发明提供一种维持谐振模态的海上风电并网系统谐振稳定性分析方法，其包括如下步骤：
3、(1)建立海上并网系统中海上风电场各电气设备s域阻抗模型，具体包括风电机组s域阻抗模型、变压器s域阻抗模型、电缆s域阻抗模型等；
4、(2)根据目标海上风电场的拓扑结构和海上风电场各电气设备s域阻抗模型构建目标海上风电场s域等效电路，进而得到目标海上风电场s域节点导纳矩阵；
5、(3)在目标海上风电场的公共连接点注入电流，计算目标海上风电场的公共连接点的节点电压，根据公共连接点的注入电流、节点电压和目标海上风电场s域节点导纳矩阵，得到目标海上风电场的s域等效阻抗；
6、(4)根据海上风电并网系统的拓扑结构和目标海上风电场的s域等效阻抗构建海上风电并网系统s域等效电路，进而得到海上风电并网系统s域节点导纳矩阵；
7、(5)在关注频段内计算海上风电并网系统s域节点导纳矩阵行列式的所有零点及对应的最佳可控可观测节点；
8、(6)根据零点特性和最佳可控可观测节点位置分析海上风电并网系统的谐振稳定性。
9、进一步地，步骤(1)中的风电机组s域阻抗模型建立可使用测试信号法，具体步骤如下：在风电机组进入稳态运行状态后，于风电机组并网点施加时长为1秒的关注频段内某一频率的正弦扰动电压信号，该信号的幅值不大于稳态运行状态下风电机组并网点电压幅值的5％，同时记录该时间内风电机组并网点的电流信号，将该电流信号减去施加正弦扰动电压信号前同一时间内风电机组并网点的稳态电流，最终得到正弦扰动电压信号激励下风电机组的扰动电流信号；将正弦扰动电压信号和扰动电流信号的时域数据通过fft分析转换为频域数据，在频域内正弦扰动电压信号和扰动电流信号的比值即为该频率下风电机组的阻抗值；在关注频段内按一定步长取离散频率点，在各频率点上重复上述方法；通过数据拟合得到关注频段内风电机组的频域阻抗模型，进而根据频域与s域的对应关系，得到关注频段内风电机组的s域阻抗模型。
10、进一步地，步骤(1)中的变压器s域阻抗模型为：
11、
12、式中：f0为基频频率；x0为变压器在基频下的漏抗；sn为变压器额定容量。
13、进一步地，步骤(1)中的电缆s域阻抗模型的具体建立步骤如下：计算单位长度阻抗参数，考虑参数频变特性，根据几何参数构建全维串联阻抗矩阵，全维串联阻抗矩阵根据电缆不同接地方式变换为不同的三相串联阻抗矩阵，三相串联阻抗矩阵通过序变换得到序阻抗矩阵，仅考虑单位长度正序阻抗，在关注频段内各频率点下重复上述计算过程；计算单位长度导纳参数，忽略参数频变特性和线路电导，根据几何参数计算单位长度电容；计算整线参数，考虑参数分布特性，建立精确π模型；将精确π模型中的电阻、电感和电容转换为s域表达形式，即可得到电缆s域阻抗模型。
14、进一步地，步骤(2)中建立目标海上风电场s域等效电路时，需将目标海上风电场各电气设备s域阻抗模型均归算到基本电压级，基本电压级一般选取为目标海上风电场内海底电缆所在电压级。
15、进一步地，步骤(2)中的目标海上风电场s域节点导纳矩阵具体建立步骤如下：
16、将目标海上风电场s域等效电路节点编号为0、1、2、…、(n-1)，其中公共连接点的节点编号为0，n为目标海上风电场的节点数量；
17、s域节点导纳矩阵中主对角线元素表示对应节点的自导纳值，其余元素表示节点间的互导纳值，各元素的下标表示节点编号；遍历海上风电场中的每一个元件，根据元件连接到的节点将其添加到对应的矩阵元素中；当一个s域阻抗为z1的元件接入到i节点时，其对目标海上风电场s域节点导纳矩阵的影响为使yii加1/z1；当一个s域阻抗为z2的元件接入到j节点和k节点之间时，其对目标海上风电场s域节点导纳矩阵的影响为使yjj和ykk加1/z2，同时使yjk和ykj加(-1/z2)；目标海上风电场s域节点导纳矩阵的形式为：
18、
19、对目标海上风电场s域节点导纳矩阵进行如下分块：
20、
21、
22、式中：y0(s)为公共连接点与目标海上风电场内其他节点间的s域支路导纳向量；为除公共连接点外的目标海上风电场s域节点导纳矩阵。
23、进一步地，步骤(3)中，目标海上风电场的s域等效阻抗的具体计算步骤如下：
24、仅在目标海上风电场公共连接点注入电流i0(s)；
25、建立目标海上风电场的节点电压方程：
26、
27、式中：v(s)为目标海上风电场的s域节点电压向量；i(s)为目标海上风电场的s域节点注入电流向量；
28、目标海上风电场的节点电压方程变形得：
29、
30、式中：v’(s)为除公共连接点外目标海上风电场的s域节点电压向量；
31、求得目标海上风电场的公共连接点的节点电压v0(s)为：
32、
33、目标海上风电场的s域等效阻抗zewqind(s)为：
34、
35、进一步地，步骤(4)中，海上风电并网系统s域等效电路建立时，需将海上风电并网系统中除海上风电场外的各电气设备s域阻抗模型归算到基本电压级；当海上风电并网系统中有多个海上风电场时，不同海上风电场的s域等效阻抗需归算到同一基本电压级；基本电压级一般选取为某个海上风电场内海底电缆所在电压级。
36、进一步地，步骤(5)中，海上风电并网系统s域节点导纳矩阵行列式的零点计算基于零点的实部和虚部分别与电阻和电抗对应的解耦特性，因而主要分为如下2个阶段：
37、第1阶段：在所有元件电阻置0的无阻尼系统中，海上风电并网系统s域节点导纳矩阵变换为s域节点电纳矩阵，s域节点电纳矩阵行列式的零点为实数且接近s域节点导纳矩阵行列式零点的虚部，计算关注频段内的s域节点电纳矩阵行列式的零点，从而确定关注频段内s域节点导纳矩阵行列式零点的数目，进一步可确定节点电压振型，以得出最佳可控可观测节点；
38、第2阶段：在考虑所有元件电阻的完整系统中，在最佳可控可观测节点使用测试信号法精确计算s域节点导纳矩阵行列式的零点。
39、进一步地，步骤(6)中，根据最佳可控可观测节点的位置判断海上风电并网系统s域节点导纳矩阵行列式的零点能否表征海上风电并网系统的谐振模态：若最佳可控可观测节点位于目标海上风电场外，则对应的零点能表征海上风电系统的部分谐振模态；若最佳可控可观测节点为目标海上风电场的公共连接点，则对应的零点无法表征海上风电系统的谐振模态。
40、进一步地，步骤(6)中能表征海上风电系统谐振模态的零点，其实部表示谐振模态的衰减特性，当实部为正时，谐振模态是发散的不稳定谐振模态；当实部为负时，谐振模态是衰减的稳定谐振模态；零点的虚部表示谐振模态的谐振角频率；当海上风电并网系统所有谐振模态均为稳定谐振模态时，海上风电并网系统在关注频段内是稳定的，反之则存在谐振风险，需要进行谐振抑制。
41、第二方面，本发明提供一种维持谐振模态的海上风电并网系统谐振稳定性分析系统，其用于实现所述海上风电并网系统谐振稳定性分析方法，包括：
42、阻抗模型建立单元：用于建立海上风电并网系统中海上风电场各电气设备s域阻抗模型，包括风电机组s域阻抗模型、变压器s域阻抗模型和电缆s域阻抗模型；
43、海上风电场s域节点导纳矩阵构建单元：根据目标海上风电场的拓扑结构和目标海上风电场各电气设备s域阻抗模型构建目标海上风电场s域等效电路，进而得到目标海上风电场s域节点导纳矩阵；
44、海上风电场s域等效阻抗获取单元：在目标海上风电场的公共连接点注入电流，计算目标海上风电场的公共连接点的节点电压，根据公共连接点的注入电流、节点电压和目标海上风电场s域节点导纳矩阵，得到目标海上风电场的s域等效阻抗；
45、海上风电并网系统s域节点导纳矩阵构建单元：根据海上风电并网系统的拓扑结构和目标海上风电场的s域等效阻抗构建海上风电并网系统s域等效电路，进而得到海上风电并网系统s域节点导纳矩阵；
46、零点及最佳可控可观测节点计算单元：在关注频段内计算海上风电并网系统s域节点导纳矩阵行列式的所有零点及对应的最佳可控可观测节点；
47、谐振稳定性分析单元：根据零点特性和最佳可控可观测节点位置分析海上风电并网系统的谐振稳定性。
48、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，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计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述海上风电场阻抗等效建模方法的步骤。
49、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述海上风电场阻抗等效建模方法的步骤。
50、与现有方法相比，本发明具有的有益效果如下：充分考虑多电气设备相互作用下的海上并网系统拓扑结构，谐振稳定性分析更加全面；在维持谐振模态不变的前提下，降低全系统s域节点导纳矩阵的阶数，极大地提高了谐振稳定性分析的速度，特别是在包含多个海上风电场的海上风电并网系统中；阻抗等效建模过程主要通过节点导纳矩阵和节点的电压方程的变换，不依赖于网络的拓扑和规模，具有通用性。