[发明专利]一种确定新能源电力系统状态空间方程的方法及系统

说明书

本发明公开了一种确定新能源电力系统状态空间方程的方法及系统，包括：根据电力系统拓扑对电力系统进行分割，确定主网子系统和至少一个新能源场站子系统，并建立所述主网子系统和新能源场站子系统间的接口变量；基于所述主网子系统和新能源场站子系统确定系统的状态变量和输入变量；分别确定主网子系统基本回路集和不同支路集对应的状态空间方程；基于基本回路集和不同支路集对应的状态空间方程以及系统的状态变量和输入变量，确定电力系统的状态空间方程，以基于所述电力系统的状态空间方程进行系统稳定性的分析。

技术领域

本发明涉及电力系统小扰动稳定的建模分析技术领域，并且更具体地，涉及一种确定新能源电力系统状态空间方程的方法及系统。

背景技术

(1)状态空间模型简介

特征值分析方法是研究电力系统小扰动稳定性的有效方法之一，在电力系统的低频振荡、次/超同步振荡等研究中得到了广泛的应用。状态空间方程是特征值分析所采用的系统模型，其通用表达式为：

其中，X_s为状态变量组成的列向量，U_s为输入变量组成的列向量，Y_s为输出变量组成的列向量，A_s、B_s、C_s和D_s为实参数矩阵。在低频振荡的研究中，一般仅对同步发电机等设备采用微分方程描述并线性化得到相应的状态空间方程，而对于电力网络方程则采用代数方程进行描述，不计及其动态特性的影响。但对于含次/超同步及中、高频段的宽频带振荡(一般指5～4000Hz范围)，电力电网的动态特性对于振荡存在一定影响，需建立含电力网络在内的全系统状态空间方程。

(2)新能源系统的状态空间模型

对于含新能源场的复杂电力网络而言，节点电压、支路电流间通过电网元件的串、并联关系建立联系，并满足基尔霍夫定律约束。因此需对电力网络进行拓扑分析，确定系统的独立状态变量，然后消去全部中间变量，最终获取全系统的状态空间模型。该过程中，确定电网内的状态变量是较为复杂的。

复杂多新能源场站并网系统的一种典型结构如图1所示，其中多个新能源场站分散接入网状系统中，电网元件包括节点间的电阻/电感支路、串联补偿电容、节点对地并联电阻/电感/电容支路，等等。对于电感设备，其在dq同步坐标系下的状态空间方程为：

其中，i_L为电感电流，是状态变量；v_L为电感电压，是输入变量；L为电感值；w₀为工频角频率；J为虚数运算矩阵，其表达式为

对于电容设备，其在dq同步坐标系下的状态空间方程为：

其中，v_C为电容电压，是状态变量；，i_C为电容电流，是输入变量；C为电容值。对于新能源场站，则由多个新能源机组通过汇流线路连接组成，通常会等效为1台等值机组，该机组的状态空间方程需由其各电气、控制环节的线性化微分方程联立构成。其中新能源场站的电流，既是状态变量之一，也作为输出变量给入交流电网模型中；而新能源场站的电压，是输入变量之一，由交流电网模型得到。

在由上述设备组成的系统中，新能源场站将从交流电网中获取的端口电压作为输入，并输出端口电流至交流电网；电感设备将从交流电网中获取的两端电压差作为输入，并输出自身电流至交流电网；电容设备将从交流电网中获取的自身电流作为输入，并输出其自身电压至交流电网。

(3)基于图论的电网络分析基础