电力系统的振荡稳定性判断方法及装置
本技术涉及电力系统稳定性分析，特别涉及一种电力系统的振荡稳定性判断方法及装置。
背景技术：
1、在新型电力系统中，由电力电子变流器控制主导的宽频带振荡问题凸显。由于当前电力电子变流器制造商倾向于保护其详细控制参数和控制策略，电力系统运行人员几乎不可能建立系统的状态空间以计算系统完整的稳定模式。因此，以阻抗分析法为代表的频域稳定分析方法受到了广泛关注，而可靠的稳定判据是发挥阻抗模型价值、得到合理稳定性分析结论的关键环节。
2、根据经典控制理论，波德图和奈奎斯特图是使用开环频率响应实现频域稳定性分析的两种图解工具。对阻抗模型为多入多出模型的交流电力系统，可以逐频率计算开环多维回路阻抗比矩阵的各特征值，观察多条奈奎斯特曲线包围原点的情况判定系统稳定性。
3、然而，基于奈奎斯特判据的稳定性分析方法有几个显著缺点：一是随着系统阶数的提升，单条奈奎斯特曲线的形状十分复杂，不易直观观察与原点的包围情况；二是有研究表明矩阵的特征值运算影响了各稳定模式，因此多维奈奎斯特图的振荡稳定性分析结论存在理论误差，相应稳定性信息的物理意义存疑。而波德图提供的幅值、相位信息有明确的物理意义，便于工程人员理解，但不便于分析非最小相位的稳定性；相关技术中通过辨识开环系统右半平面极点等方式弥补上述不足，但具体操作普遍十分复杂，限制了其工程应用的可行性。
4、综上所述，相关技术中，基于奈奎斯特判据的稳定性分析难以直观观察与原点的包围情况且存在理论误差，基于波德图的分析不便于分析非最小相位的稳定性，使得分析结果存在缺陷，有待改进。
技术实现思路
1、本技术提供一种电力系统的振荡稳定性判断方法及装置，以解决相关技术中，基于奈奎斯特判据的稳定性分析难以直观观察与原点的包围情况且存在理论误差，基于波德图的分析不便于分析非最小相位的稳定性，使得分析结果存在缺陷等技术问题。
2、本技术第一方面实施例提供一种电力系统的振荡稳定性判断方法，包括以下步骤：获取电力系统的闭环传递函数的频率响应；基于所述频率响应，计算幅频特性的一阶导数，并基于所述一阶导数，判断是否存在零极点对情况；如果不存在所述零极点对情况，则利用预设的多种频域稳定判据的一种计算闭环模式生成所述电力系统的第一系统稳定性判定结果，否则将待辨识的零极点分别设为第一预设阈值和第二预设阈值，以将零极点对幅值、相位的一阶导数分别视为关于零极点和目标频率的实系数函数，以构造目标函数，得到所述电力系统的第二系统稳定性判定结果。
3、可选地，在本技术的一个实施例中，所述一阶导数的计算公式为：
4、
5、其中，diff(·)为差分和近似导数命令，fstep为固定步长，ω为角频率，d为微分运算。
6、可选地，在本技术的一个实施例中，所述预设的多种频域稳定判据为：m[bode()]的极小值和a[bode()]斜率为负的过零点共存；m[bode()]的极小值和d{a[bode()]}/dω的负极小值共存；d{m[bode()]}/dω斜率为正的过零点和a[bode()]斜率为负的过零点共存；d{m[bode()]}/dω斜率为正的过零点和d{a[bode()]}/dω的负极小值共存；其中，bode(·)为从波特图提取的频率特性。
7、可选地，在本技术的一个实施例中，所述利用预设的多种频域稳定判据的一种计算闭环模式生成所述电力系统的第一系统稳定性判定结果，包括：基于所述多种频域稳定判据，在满足预设逻辑表达式时，判定闭环系统不稳定，其中，所述预设逻辑表达式为：
8、
9、其中，ωz为目标零点的虚部，ωstep为角频率步长，sz为传递函数。
10、可选地，在本技术的一个实施例中，所述关于零极点和目标频率的实系数函数为：
11、
12、其中，bmcal为关于零极点实系数函数，bacal为目标频率的实系数函数，αz为目标零点的实部，ωp为目标极点的虚部，αp为目标极点的实部。
13、本技术第二方面实施例提供一种电力系统的振荡稳定性判断装置，包括：获取模块，用于获取电力系统的闭环传递函数的频率响应；计算模块，用于基于所述频率响应，计算幅频特性的一阶导数，并基于所述一阶导数，判断是否存在零极点对情况；判断模块，用于在不存在所述零极点对情况的情况下，利用预设的多种频域稳定判据的一种计算闭环模式生成所述电力系统的第一系统稳定性判定结果，否则将待辨识的零极点分别设为第一预设阈值和第二预设阈值，以将零极点对幅值、相位的一阶导数分别视为关于零极点和目标频率的实系数函数，以构造目标函数，得到所述电力系统的第二系统稳定性判定结果。
14、可选地，在本技术的一个实施例中，所述一阶导数的计算公式为：
15、
16、其中，diff(·)为差分和近似导数命令，fstep为固定步长，ω为角频率，d为微分运算。
17、可选地，在本技术的一个实施例中，所述预设的多种频域稳定判据为：m[bode()]的极小值和a[bode()]斜率为负的过零点共存；m[bode()]的极小值和d{a[bode()]}/dω的负极小值共存；d{m[bode()]}/dω斜率为正的过零点和a[bode()]斜率为负的过零点共存；d{m[bode()]}/dω斜率为正的过零点和d{a[bode()]}/dω的负极小值共存；其中，bode(·)为从波特图提取的频率特性。
18、可选地，在本技术的一个实施例中，所述判断模块包括：判定单元，用于基于所述多种频域稳定判据，在满足预设逻辑表达式时，判定闭环系统不稳定，其中，所述预设逻辑表达式为：
19、
20、其中，ωz为目标零点的虚部，ωstep为角频率步长，sz为传递函数。
21、可选地，在本技术的一个实施例中，所述关于零极点和目标频率的实系数函数为：
22、
23、其中，bmcal为关于零极点实系数函数，bacal为目标频率的实系数函数，αz为目标零点的实部，ωp为目标极点的虚部，αp为目标极点的实部。
24、本技术第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的电力系统的振荡稳定性判断方法。
25、本技术第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的电力系统的振荡稳定性判断方法。
26、本技术第五方面实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被执行时，以用于实现如上的电力系统的振荡稳定性判断方法。
27、本技术实施例可以获取电力系统的闭环传递函数的频率响应，从而基于频率响应，计算幅频特性的一阶导数，进而判断是否存在零极点对情况，如果不存在零极点对情况，则利用预设的多种频域稳定判据的一种计算闭环模式生成电力系统的第一系统稳定性判定结果，否则将待辨识的零极点分别设为第一预设阈值和第二预设阈值，以将零极点对幅值、相位的一阶导数分别视为关于零极点和目标频率的实系数函数，以构造目标函数，得到电力系统的第二系统稳定性判定结果，以辨识闭环系统的稳定性模式为基本目标，结合波特图特性，简化导数运算，利用幅频特性对(角)频率求导的性质构建新型频域稳定判据，其物理意义明确，工程可行性强，且可以推广到多种传递函数模型，并应用于新型电力系统的振荡稳定性分析。由此，解决了相关技术中，基于奈奎斯特判据的稳定性分析难以直观观察与原点的包围情况且存在理论误差，基于波德图的分析不便于分析非最小相位的稳定性，使得分析结果存在缺陷等技术问题。
28、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
技术特征：
1.一种电力系统的振荡稳定性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一阶导数的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的多种频域稳定判据为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用预设的多种频域稳定判据的一种计算闭环模式生成所述电力系统的第一系统稳定性判定结果，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关于零极点和目标频率的实系数函数为：
6.一种电力系统的振荡稳定性判断装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述一阶导数的计算公式为：
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设的多种频域稳定判据为：m[bode()]的极小值和a[bode()]斜率为负的过零点共存；m[bode()]的极小值和d{a[bode()]}/dω的负极小值共存；d{m[bode()]}/dω斜率为正的过零点和a[bode()]斜率为负的过零点共存；d{m[bode()]}/dω斜率为正的过零点和d{a[bode()]}/dω的负极小值共存；其中，bode(·)为从波特图提取的频率特性。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述判断模块包括：
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述关于零极点和目标频率的实系数函数为：
11.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-5任一项所述的电力系统的振荡稳定性判断方法。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的电力系统的振荡稳定性判断方法。
13.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被执行时，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的电力系统的振荡稳定性判断方法。
技术总结
本申请涉及电力系统稳定性分析技术领域，特别涉及一种电力系统的振荡稳定性判断方法及装置，其中，方法包括：获取电力系统的闭环传递函数的频率响应；计算幅频特性的一阶导数，并判断是否存在零极点对情况；如果不存在零极点对情况，则利用预设的多种频域稳定判据的一种计算闭环模式生成电力系统的第一系统稳定性判定结果，否则将待辨识的零极点分别设为第一预设阈值和第二预设阈值，以得到电力系统的第二系统稳定性判定结果。由此，解决了相关技术中，基于奈奎斯特判据的稳定性分析难以直观观察与原点的包围情况且存在理论误差，基于波德图的分析不便于分析非最小相位的稳定性，使得分析结果存在缺陷等技术问题。
技术研发人员：赵崇滨,姜齐荣
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23