宽频振荡现象的检测方法、装置、存储介质及计算机设备

摘要

本发明公开了一种宽频振荡现象的检测方法、装置、存储介质及计算机设备，应用于包含有发电机的电力系统。其中方法包括：采集电力系统的电力参数，根据电力参数确定发电机在全局坐标系的z域阻抗模型；获取电力系统中的受端电网的阻抗模型网络，对阻抗模型网络进行聚合得到z域聚合阻抗模型；根据z域阻抗模型和z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算阻抗比的两个特征值分别在多个频率下对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带；在复平面上确定出目标点，并根据复平面上目标点与盖尔圆盘轨迹带的位置关系确定电力系统是否出现宽频振荡现象。上述方法能快速确定电力系统是否出现宽频振荡现象，确定电力系统是否稳定。

权利要求

1.一种宽频振荡现象的检测方法，应用于包含有发电机的电力系统，其特征在于，所述方法包括：获取所述电力系统的电力参数，并根据所述电力参数，确定所述发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型；

获取所述电力系统的受端电网的阻抗模型网络，对所述阻抗模型网络进行聚合，得到所述受端电网的z域聚合阻抗模型，其中，所述阻抗模型网络中包含所述受端电网中所有元件的阻抗模型；

根据所述z域阻抗模型以及所述z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带；

其中，所述两个特征值包括第一特征值与第二特征值，所述计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带，包括：计算所述第一特征值分别在多个频率下的第一盖尔圆盘，并将全部所述第一盖尔圆盘在复平面上覆盖的范围确定为第一圆盘轨迹带；根据全部所述第一盖尔圆盘的圆心在复平面上的位置，在复平面上的确定第一圆心轨迹带；计算所述第二特征值分别在多个频率下的第二盖尔圆盘，并将全部所述第二盖尔圆盘在复平面上覆盖的范围确定为第二圆盘轨迹带；根据全部所述第二盖尔圆盘的圆心在复平面上的位置，在复平面上的确定第二圆心轨迹带；根据所述第一圆盘轨迹带、所述第一圆心轨迹带、所述第二圆盘轨迹带以及所述第二圆心轨迹带确定所述盖尔圆盘轨迹带；

在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电力参数，确定所述发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型，包括：根据所述电力参数，分别建立所述发电机在连续域下的延时环节模型、直流电容传递函数模型、GSC内外环控制传递函数模型、滤波电感传递函数模型以及锁相环传递函数模型；

基于连续域下的所述延时环节模型、所述直流电容传递函数模型、所述GSC内外环控制传递函数模型、所述滤波电感传递函数模型以及所述锁相环传递函数模型，生成所述发电机的z域阻抗模型，并基于所述z域阻抗模型，确定锁相环坐标系下的所述z域阻抗模型；

基于预设的坐标系转换公式，将锁相环坐标系下的所述z域阻抗模型转换为全局坐标系下计及数字控制延时的所述z域阻抗模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述电力系统的受端电网的阻抗模型网络，对所述阻抗模型网络进行聚合，得到所述受端电网的z域聚合阻抗模型，包括：计算受端电网内各元件的元件阻抗模型，并基于所述受端电网的网络拓扑结构将所述元件阻抗模型连接成所述阻抗模型网络；

对所述阻抗模型网络的全部所述元件阻抗模型进行聚合，得到所述受端电网的所述z域聚合阻抗模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算受端电网内各元件的元件阻抗模型，包括：计算所述元件在abc坐标系下的过程元件阻抗模型；

对所述过程元件阻抗模型进行坐标系转换，得到dq坐标系下的所述元件阻抗模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象，包括：判断复平面上的所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带是否包围所述目标点，若所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带包围所述目标点，则在所述第一圆心轨迹带包围所述目标点的情况下，将第一圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带，在所述第二圆心轨迹带包围所述目标点的情况下，将第二圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带；

判断复平面上的所述目标圆盘轨迹带是否覆盖所述目标点，若所述目标圆盘轨迹带未覆盖所述目标点，则确定所述电力系统出现所述宽频振荡现象。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象，还包括：判断复平面上的所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带是否包围所述目标点；

若所述第一圆心轨迹带和所述第二圆心轨迹带未包围所述目标点，则判断复平面上的所述第一圆盘轨迹带和所述第二圆盘轨迹带是否覆盖所述目标点；

若所述第一圆盘轨迹带和所述第二圆盘轨迹带未覆盖所述目标点，则确定所述电力系统未出现所述宽频振荡现象。

7.一种宽频振荡现象的检测装置，其特征在于，所述装置包括：

第一模型生成模块，用于获取电力系统的电力参数，并根据所述电力参数，确定发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型；

第二模型生成模块，用于获取所述电力系统的受端电网的阻抗模型网络，对所述阻抗模型网络进行聚合，得到所述受端电网的z域聚合阻抗模型，其中，所述阻抗模型网络中包含所述受端电网中所有元件的阻抗模型；

轨迹带确定模块，用于根据所述z域阻抗模型以及所述z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带；

其中，所述两个特征值包括第一特征值与第二特征值，计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带，包括：计算所述第一特征值分别在多个频率下的第一盖尔圆盘，并将全部所述第一盖尔圆盘在复平面上覆盖的范围确定为第一圆盘轨迹带；根据全部所述第一盖尔圆盘的圆心在复平面上的位置，在复平面上的确定第一圆心轨迹带；计算所述第二特征值分别在多个频率下的第二盖尔圆盘，并将全部所述第二盖尔圆盘在复平面上覆盖的范围确定为第二圆盘轨迹带；根据全部所述第二盖尔圆盘的圆心在复平面上的位置，在复平面上的确定第二圆心轨迹带；根据所述第一圆盘轨迹带、所述第一圆心轨迹带、所述第二圆盘轨迹带以及所述第二圆心轨迹带确定所述盖尔圆盘轨迹带；

宽频振荡检测模块，用于在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象。

8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

9.一种计算机设备，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，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

说明书

宽频振荡现象的检测方法、装置、存储介质及计算机设备

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统稳定性检测技术领域，尤其是涉及一种宽频振荡现象的检测方法、装置、存储介质及计算机设备。

背景技术

[0002] 随着全社会的用电量需求的快速增长，出现了以风力发电为代表的新能源发电技术，大范围普及风力发电，对填补社会用电缺口，降低空气污染有着重要的意义，因此，各地方都在大力建设带有风力发电机的电力系统。而随着风力发电机组在局部地区装机占比增大并逐步取代传统发电，导致宽频振荡事故频发，其中，宽频振荡指的是频率范围很宽的振荡信号，当电力系统发生宽频震荡现象时易使电力系统处于不稳定状态。因此合理分析出电力系统宽频振荡失稳的机理并快速准确检测电力系统是否出现宽频震荡现象，判断电力系统的稳定性至关重要。

[0003] 当前，现有的检测电力系统是否稳定及是否出现宽频震荡现象的方法多为阻抗法，其使用的是电力系统中元件的端口特性，优点有物理概念清晰，可扩展性强，可克服“黑箱”问题，因此近年来应用广泛。阻抗法所使用的阻抗模型分为dq阻抗模型，序阻抗模型，广义阻抗模型。但是由于dq阻抗模型存在非对角耦合项而提升了稳定性分析的难度，为解决此问题多采用谐波线性化的方法，基于正负序解耦的理想条件，建立含风电的电力系统的序阻抗模型。然而由于该理想条件忽略了非对角耦合项，在对锁相环参与度较高的中低频段，建立的序阻抗模型难以被用来准确描述系统稳定域。采用全局极坐标系建立的广义阻抗模型，在各个频段下的非对角耦合项的频率响应特性接近于0，能够有效地实现了模型的解耦。但是广义阻抗模型并未考虑数字控制延时的影响；为考虑该影响，多采用一阶惯性环节近似，但难以反映系统的高频振荡特性；同时，当采用Pada近似时，可以有效反映延时对系统稳定性的影响，但Pada近似的阶次选择会影响判断系统稳定性的准确性。同时，随着大量数字控制技术被应用于电力电子设备中，含风电的电力系统中始终存在连续和离散的状态量。系统稳定性分析的本质从连续域分析转变为离散域分析。常用的方法有特征值分析法和奈奎斯特判据，但上述办法求解高阶特征方程存在困难。因此，现有的检测电力系统是否存在宽频震荡现象的方法无法快速确定电力系统是否出现宽频振荡现象，无法在第一时间确定电力系统是否稳定。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本申请提供了一种宽频振荡现象的检测方法、装置、存储介质及计算机设备，主要目的在于解决现有的检测电力系统是否存在宽频震荡现象的方法无法高效地确定电力系统是否出现宽频振荡现象，以确定电力系统是否稳定的技术问题。

[0005] 根据本发明的第一个方面，提供了一种宽频振荡现象的检测方法，应用于包含有发电机的电力系统，该方法包括：

[0006] 获取所述电力系统的电力参数，并根据所述电力参数，确定所述发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型；

[0007] 获取所述电力系统的受端电网的阻抗模型网络，对所述阻抗模型网络进行聚合，得到所述受端电网的z域聚合阻抗模型，其中，所述阻抗模型网络中包含所述受端电网中所有元件的阻抗模型；

[0008] 根据所述z域阻抗模型以及所述z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带；

[0009] 在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象。

[0010] 根据本发明的第二个方面，提供了一种宽频振荡现象的检测装置，该装置包括：

[0011] 第一模型生成模块，用于获取所述电力系统的电力参数，并根据所述电力参数，确定所述发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型；

[0012] 第二模型生成模块，用于获取所述电力系统的受端电网的阻抗模型网络，对所述阻抗模型网络进行聚合，得到所述受端电网的z域聚合阻抗模型，其中，所述阻抗模型网络中包含所述受端电网中所有元件的阻抗模型；

[0013] 轨迹带确定模块，用于根据所述z域阻抗模型以及所述z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带；

[0014] 宽频振荡检测模块，用于在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象。

[0015] 根据本发明的第四个方面，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程序时实现上述宽频振荡现象的检测方法。

[0016] 本发明提供的一种宽频振荡现象的检测方法、装置、存储介质及计算机设备，首先，建立电力系统中发电机的z域阻抗模型。然后，获取包含电力系统的受端电网中各元件的阻抗模型网络，并基于电路原理，将受端电网中的所有元件的阻抗模型进行聚合，聚合得到的受端电网的z域聚合阻抗模型，能够综合考虑电力系统输电网络的阻抗特性，再后，基于上述建立的发电机的z域阻抗模型和受端电网交流电网的z域聚合阻抗模型，计算出阻抗比，计算阻抗比的两个特征值在每个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上的分布，形成包含相应特征值轨迹的盖尔圆盘轨迹带。最后，用盖尔圆盘轨迹带代替特征值轨迹来对电力系统进行宽频振荡的稳定性的判断，确定电力系统是否出现宽频震荡现象。本申请的技术方案基于精确离散化的方法，建立了电力系统中受端电网的z域聚合阻抗模型以及发电机的z域阻抗模型，并基于盖尔圆定理，提出广义禁区判据来快速准确分析的系统稳定性，能快速确定电力系统是否出现宽频振荡现象，进而确定电力系统的宽频振荡的稳定性。

[0017] 上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

[0018] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0019] 图1示出了本发明实施例提供的一种宽频振荡现象的检测方法的流程示意图；

[0020] 图2示出了本发明实施例提供的一种电力系统的结构示意图；

[0021] 图3示出了本发明实施例提供的一种受端电网的网络拓扑结构示意图；

[0022] 图4示出了本发明实施例提供的一种阻抗模型网络的示意图之一；

[0023] 图5a示出了本发明实施例提供的一种阻抗模型网络的示意图之二；

[0024] 图5b示出了本发明实施例提供的一种阻抗模型网络的示意图之三；

[0025] 图6示出了本发明实施例提供的一种目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系的示意图之一；

[0026] 图7示出了本发明实施例提供的一种目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系的示意图之二；

[0027] 图8示出了本发明实施例提供的一种目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系的示意图之三；

[0028] 图9示出了本发明实施例提供的一种目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系的示意图之四；

[0029] 图10示出了本发明实施例提供的一种目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系的示意图之五；

[0030] 图11示出了本发明实施例提供的一种目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系的示意图之六；

[0031] 图12示出了本发明实施例提供的一种宽频振荡现象的检测装置的结构示意图。

具体实施方式

[0032] 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0033] 当前，现有的检测电力系统是否稳定，是否出现宽频震荡现象的方法多为阻抗法，其使用的是电力系统中元件的端口特性，优点有物理概念清晰，可扩展性强，可克服“黑箱”问题，因此近年来应用广泛。阻抗法所使用的阻抗模型分为dq阻抗模型，序阻抗模型，广义阻抗模型。但是由于dq阻抗模型存在非对角耦合项而提升了稳定性分析的难度，为解决此问题多采用谐波线性化的方法，基于正负序解耦的理想条件，建立含风电的电力系统的序阻抗模型。然而由于该理想条件忽略了非对角耦合项，在对锁相环参与度较高的中低频段，建立的序阻抗模型难以被用来准确描述系统稳定域。采用全局极坐标系建立的广义阻抗模型，在各个频段下的非对角耦合项的频率响应特性接近于0，能够有效地实现了模型的解耦。但是广义阻抗模型并未考虑数字控制延时的影响；为考虑该影响，多采用一阶惯性环节近似，但难以反映系统的高频振荡特性；同时，当采用Pada近似时，可以有效反映延时对系统稳定性的影响，但Pada近似的阶次选择会影响判断系统稳定性的准确性。同时，随着大量数字控制技术被应用于电力电子设备中，含风电的电力系统中始终存在连续和离散的状态量。系统稳定性分析的本质从连续域分析转变为离散域分析。常用的方法有特征值分析法和奈奎斯特判据，但上述办法求解高阶特征方程存在困难。因此，现有的检测电力系统是否存在宽频震荡现象的方法无法快速确定电力系统是否出现宽频振荡现象，无法在第一时间确定电力系统是否稳定。

[0034] 针对上述问题，在一个实施例中，如图1所示，提供了一种宽频振荡现象的检测方法，以该方法应用于包含有发电机的电力系统为例进行说明，包括以下步骤：

[0035] 101、获取所述电力系统的电力参数，并根据所述电力参数，确定所述发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型。

[0036] 其中，电力参数可以包括电力系统中特定元件的电学参数、如电感值、电压值、电流值等，也可以包括为电力系统的特定部件设定的参考值，如直流电压外环控制的直流母线电压的参考值以及GSC输出电压dq轴分量参考值等。

[0037] 作为示例，如图2所示，发电机可以为含永磁直驱风电机，电力系统可以为含永磁直驱风电机的电力系统。

[0038] 其中，Udc为直流母线电压；Cdc为直流电容，Ps为由直流母线注入变流器流有功功率，Pm为直流母线输入的有功功率，Lf为滤波电感，Cf为滤波电容，PCC为并网点，Iabc、Uabc分别为变流器输出电流和并网点电压，θPLL为锁相环输出相角，Id、Iq、Ud、Uq分别为并网点电流和电压在dq轴上的直轴电流分量、直轴电压分量、交轴电流分量以及交轴电压分量。进一步的，Idref、Iqref分别为GSC控制部分电流内环控制的dq轴分量参考值；Udcref为GSC控制部分直流电压外环控制的直流母线电压的参考值；Usdref、Usqref分别为GSC控制部分输出电压dq轴分量参考值；HPLL(z)、Gdc(z)、Gi(z)分别为锁相环、直流电压外环控制、电流内环控制的传递函数，在本实施例中假设q轴的参考值Iqref＝0，同时，Pm的值为定值。

[0039] 具体的，可以获取电力系统中的直流母线电压Udc、直流电容Cdc、由直流母线注入变流器流有功功率Ps、直流母线输入的有功功率Pm、滤波电感Lf、滤波电容Cf、变流器输出电流Iabc、并网点电压Uabc、锁相环输出相角θPLL、直轴电流分量Id、交轴电流分量Iq、直轴电压分量Ud以及交轴电流分量Uq、GSC控制部分电流内环控制的d轴分量参考值Idref以及GSC控制部分电流内环控制的d轴分量参考值Iqref、GSC控制部分直流电压外环控制的直流母线电压的参考值Udcref、GSC控制部分输出电压d轴分量参考值Usdref以及q轴分量参考值Usqref作为电力参数，并基于电力参数建立全局坐标系下发电机的z域阻抗模型ZV(z)。具体的电力参数类型的选择可以根据实际情况确定，这里不做限定。

[0040] 102、获取所述电力系统的受端电网的阻抗模型网络，对所述阻抗模型网络进行聚合，得到所述受端电网的z域聚合阻抗模型。

[0041] 其中，受端电网可以为电力系统中发电机连接到并网点交流电网间的电路部分，所述阻抗模型网络中包含所述受端电网中所有元件的阻抗模型，此处，受端电网中的元件可以为变压器、输电线路等元件。

[0042] 具体的，可以计算受端电网内各元件的元件阻抗模型，并基于所述受端电网的网络拓扑结构将所述元件阻抗模型连接成所述阻抗模型网络。

[0043] 此处，计算受端电网内各元件的元件阻抗模型的过程可以为：首先，计算所述元件在abc坐标系下的过程元件阻抗模型，其中，过程元件阻抗模型可以为元件的z域阻抗模型。进一步的，因为线路和变压器的等效模型的并联支路对系统动态特性的影响很小，可忽略不计，则元件在abc坐标下z域阻抗模型ZT/L‑abc(z)可以如公式1所示：

[0044]

[0045] 其中：下标T/L表示变压器或输电线路：RT/L为等效的电阻；XT/L为等效电抗，T为采样时间，z代表离散域。进一步的，对所述过程元件阻抗模型进行坐标系转换，得到dq坐标系下的所述元件阻抗模型。具体的，元件在abc坐标下z域阻抗模型变化到dq坐标系下的元件阻抗模型ZT/L(z)可以如公式2所示：

[0046]

[0047] 其中，ω0＝2πf，f＝50Hz。通过上述方式，可以确定受端电网内各元件的元件阻抗模型。

[0048] 进一步的，可以获取受端电网的网络拓扑结构，对所述阻抗模型网络的全部所述元件阻抗模型进行聚合，得到所述受端电网的所述z域聚合阻抗模型；作为示例，受端电网的网络拓扑结构可以如图3所示，根据受端电网的网络拓扑结构，以及计算出的受端电网内各元件的元件阻抗模型，可以得到如图4所示的阻抗模型网络，其中，ZT1、ZT2、ZT3、ZL1、ZL1、ZL2、ZL3、ZL4、ZL5、ZL6、Z1以及Z2为先前确定的受端电网内各元件的元件阻抗模型。进一步的，根据电路原理，对图3中选定部分进行Y‑△等效变换和串并联等效，得到图5a所示的初步聚合后的受端电网的网络拓扑结构，Zx1至Zx8为进行初步聚合后的z域阻抗模型，进一步的，再次对图5a中选定部分进行等效变换，得到如图5b所示的最终的受端电网的所述z域聚合阻抗模型，其中，Zg(z)即为受端电网的z域聚合阻抗模型。通过上述方式，可以快速地确定受端电网的所述z域聚合阻抗模型，提升了对宽频震荡现象的识别能力。

[0049] 103、根据所述z域阻抗模型以及所述z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带。

[0050] 具体的，阻抗比的形式可以如公式3所示：

[0051]

[0052] 其中，Zg(z)、ZV(z)分别为受端电网的z域聚合阻抗模型与发电机的z域阻抗模型。进一步的，在得到如公式3所示的阻抗比后，可以基于阻抗比的矩阵，得到阻抗比的2个特征值。进一步的，计算出每个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘，并在复平面上确定特征值的在每个频率下盖尔圆盘共同构成的盖尔圆盘轨迹带，得到两个特征值在复平面上的两个盖尔圆盘轨迹带。

[0053] 104、在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象。

[0054] 其中，如图6所示，目标点可以为复平面内的(‑1,j0)点，可以判定复平面上由其中一个特征值的盖尔圆盘构成的盖尔圆盘轨迹带是否将目标点包围在该盖尔圆盘轨迹之中，且包围目标点的盖尔圆盘轨迹带并没有覆盖目标点，即目标点不处于该特征值的任何一个盖尔圆盘之中；若复平面上由其中一个特征值的盖尔圆盘构成的盖尔圆盘轨迹带将目标点包围在该盖尔圆盘轨迹之中，且包围目标点的盖尔圆盘轨迹带并没有覆盖目标点，则说明当前的电力系统处于不稳定状态，存在宽频震荡现象。

[0055] 本实施例提供的宽频振荡现象的检测方法，首先，建立电力系统中发电机的z域阻抗模型。然后，获取包含电力系统的受端电网中各元件的阻抗模型网络，并基于电路原理，将受端电网中的所有元件的阻抗模型进行聚合，聚合得到的受端电网的z域聚合阻抗模型，能够综合考虑电力系统输电网络的阻抗特性，再后，基于上述建立的发电机的z域阻抗模型和受端电网交流电网的z域聚合阻抗模型，计算出阻抗比，计算阻抗比的两个特征值在每个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上的分布，形成包含相应特征值轨迹的盖尔圆盘轨迹带。最后，用盖尔圆盘轨迹带代替特征值轨迹来对电力系统进行宽频振荡的稳定性的判断，确定电力系统是否出现宽频震荡现象。本申请的技术方案基于精确离散化的方法，建立了电力系统中受端电网的z域聚合阻抗模型以及发电机的z域阻抗模型，并基于盖尔圆定理，提出广义禁区判据来快速准确分析的系统稳定性，能快速确定电力系统是否出现宽频振荡现象，进而确定电力系统的宽频振荡的稳定性。

[0056] 在一个实施例中，步骤101中所述的根据所述电力参数，确定所述发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型的实现方式可以为：首先，根据所述电力参数，分别建立所述发电机在连续域下的延时环节模型、直流电容传递函数模型、GSC内外环控制传递函数模型、滤波电感传递函数模型以及锁相环传递函数模型。

[0057] 其中，延时环节模型可以为 进一步的，直流电容传递函数模型的建立过程可以为：获取电力参数中并网点电流和电压在dq轴上的直轴电流分量Id、交轴电流分量Iq、直轴电压分量Ud以及交轴电流分量Uq，由直流母线注入变流器流有功功率Ps、直流母线输入的有功功率Pm，直流母线电压Udc、直流电容Cdc；并基于获取到的上述电力参数进行直流电容传递函数建模，建模得到的直流电容传递函数模型的形式可以为公式4和公式5所示:

[0058]

[0059] Ps＝IdUd+IqUq(5)

[0060] 其中，T为采样时间，其值可以为5×10‑5，z代表离散域。

[0061] 进一步的，建立GSC内外环控制传递函数模型的过程可以为：获取GSC直流电压外环控制的直流母线电压的参考值Udcref、直流母线电压Udc、GSC控制部分电流内环控制的d轴分量参考值Idref、GSC控制部分电流内环控制的d轴分量参考值Iqref以及滤波电感Lf，建立如公式6至10所示的GSC内外环控制传递函数模型：

[0062] Idref＝Gdc(z)(Udcref‑Udc)    (6)

[0063]

[0064]

[0065]

[0066]

[0067] 其中，Kpdc、Kidc分别为GSC外环直流电压PI控制环节的比例和积分控制系数；ω0为交流坐标系旋转角频率；Kpi、Kii分别为GSC内环电流PI控制环节的比例和积分控制系数。

[0068] 进一步的，滤波电感传递函数模型的建立过程可以为：获取并网点电流和电压在dq轴上的直轴电流分量Id、交轴电流分量Iq、直轴电压分量Ud以及交轴电流分量Uq以及滤波电感Lf；建立如公式11至12所示的滤波电感传递函数模型：

[0069]

[0070]

[0071] 其中，Usd、Usq分别为GSC输出的电压在dq轴上的分量。

[0072] 进一步的，锁相环传递函数模型的建立过程可以为：获取锁相环测量转速ω，以及锁相环PI控制环节的比例和积分控制系数KpPLL和KiPLL，建立的锁相环传递函数模型如公式13至15所示：

[0073]

[0074] ω＝GPLL(z)Uq    (14)

[0075]

[0076] 进一步的，在得到延时环节模型、直流电容传递函数模型、GSC内外环控制传递函数模型、滤波电感传递函数模型以及锁相环传递函数模型之后，基于连续域下的所述延时环节模型、所述直流电容传递函数模型、所述GSC内外环控制传递函数模型、所述滤波电感传递函数模型以及所述锁相环传递函数模型，生成所述发电机的z域阻抗模型，并基于所述z域阻抗模型，确定锁相环坐标系下的所述z域阻抗模型。具体的，整理公式4至15，可以得到z域阻抗模型的形式如公式16至23所示：

[0077]

[0078]

[0079]

[0080] ΔIdref＝‑Gdc(z)ΔUdc    (19)

[0081]

[0082]

[0083]

[0084] Δω＝GPLL(z)ΔUq    (23)

[0085] 其中，Id0、Iq0、Ud0、Uq0为各分量的初值。进一步的，联立公式16至23，得到锁相环坐标系下的发电机的z域阻抗模型，如式(24)所示：

[0086]

[0087] 在公式24中，

[0088]

[0089]

[0090]

[0091]

[0092] 进一步的，基于预设的坐标系转换公式，将锁相环坐标系下的所述z域阻抗模型转换为全局坐标系下计及数字控制延时的所述z域阻抗模型。其中，锁相环坐标系和全局坐标系的关系可由公式29描述。为了与交流电网的电气量相统一，将上述建立的阻抗模型，基于公式29的关系转化到全局坐标系中，得到的全局坐标系下计及数字控制延时的所述z域阻抗模型如式30所示。

[0093]

[0094] 其中：M为通用向量；下标d、q对应锁相环坐标系；下标x、y对应全局坐标。

[0095]

[0096] 其中，

[0097] 本申请提供的实施例，首先在连续域中建立含延时环节的发电机各模块的动态方程。然后，利用精确离散化的方法，将模型从连续域转化到离散域中。通过建立含延时环节的发电机的z域阻抗模型，得到计及数字控制延时影响的含风电力系统的宽频振荡z域阻抗判据，能有效考虑延时环节对系统宽频振荡稳定性的影响，能有效分析数字控制延时引发宽频振荡失稳的机理以及快速准确地评估系统稳定性，适应了高阶电力系统的发展。

[0098] 在一个实施例中，所述两个特征值包括第一特征值与第二特征值；进一步的，步骤103中所述的根据所述z域阻抗模型以及所述z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带的实现方式包括：首先，计算所述第一特征值分别在多个频率下的第一盖尔圆盘，并将全部所述第一盖尔圆盘在复平面上覆盖的范围确定为第一圆盘轨迹带。

[0099] 具体的，第一特征值在一个频率下的第一盖尔圆盘为复平面上的一个圆盘范围，计算第一特征值在多个频率下的第一盖尔圆盘可以得到在复平面上的多个圆盘组成的第一圆盘轨迹带。进一步的，根据全部所述第一盖尔圆盘的圆心在复平面上的位置，在复平面上的确定第一圆心轨迹带。具体的，确定复平面上的每个第一盖尔圆盘的圆心，将全部圆心的点组合成复平面上的第一圆心轨迹带。

[0100] 进一步的，计算所述第二特征值分别在多个频率下的第二盖尔圆盘，并将全部所述第二盖尔圆盘在复平面上覆盖的范围确定为第二圆盘轨迹带。具体的，第二特征值在一个频率下的第二盖尔圆盘为复平面上的一个圆盘范围，计算第二特征值在多个频率下的第二盖尔圆盘可以得到在复平面上的多个圆盘组成的第二圆盘轨迹带。进一步的，根据全部所述第二盖尔圆盘的圆心在复平面上的位置，在复平面上的确定第二圆心轨迹带；具体的，确定复平面上的每个第二盖尔圆盘的圆心，将全部圆心的点组合成复平面上的第二圆心轨迹带。

[0101] 最后，根据所述第一圆盘轨迹带、所述第一圆心轨迹带、所述第二圆盘轨迹带以及所述第二圆心轨迹带确定所述盖尔圆盘轨迹带。作为示例，盖尔圆盘轨迹带可以如图7所示，其中包含第一圆盘轨迹带、第一圆心轨迹带、第二圆盘轨迹带以及第二圆心轨迹带。进jωT一步的，第一圆心轨迹带和第二圆心轨迹带可以为阻抗比矩阵中圆心L11(e )和圆心L22jωT
(e )的轨迹。本申请提供的实施例，能够快速的确定复平面上的盖尔圆盘轨迹带提高了监测宽频震荡现象的效率。

[0102] 在一个实施例中，步骤104的实现方式可以为：首先，判断复平面上的所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带是否包围所述目标点，若所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带包围所述目标点，则在所述第一圆心轨迹带包围所述目标点的情况下，将第一圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带，在所述第二圆心轨迹带包围所述目标点的情况下，将第二圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带。作为示例，如图8所示，若目标点为复平面上的(‑1,j0)点，可以判断第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带中的任意一个圆心轨迹带是否包围目标点，若所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带包围所述目标点，则在所述第一圆心轨迹带包围所述目标点的情况下，将第一圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带，在所述第二圆心轨迹带包围所述目标点的情况下；如图8所示，第一圆心轨迹带包围目标点，则可以将第一圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带；相对的，若第二圆心轨迹带包围目标点，则可以将第二圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带。

[0103] 进一步的，判断复平面上的所述目标圆盘轨迹带是否覆盖所述目标点，若所述目标圆盘轨迹带未覆盖所述目标点，则确定所述电力系统出现所述宽频振荡现象。作为示例，如图8所示，作为目标圆盘轨迹带的第一圆盘轨迹带未覆盖目标点，即目标点未处于第一圆盘轨迹带中任何一个第一盖尔圆盘之内，则确定所述电力系统出现所述宽频振荡现象，该电力系统不稳定。

[0104] 进一步的，在得到阻抗比后，也可以计算每个频率的L11(ejωT)和L12(ejωT)、L21(ejωT jωT jωT jωT)和L22(e )，并基于公式31和32分别计算圆心L11(e )和圆心L22(e )至目标点(‑1,j0)点的距离S11(ω)和S22(ω)：

[0105]

[0106]

[0107] 进一步的，在复平面上绘制L11(ejωT)和L22(ejωT)的轨迹，若盖尔圆盘的圆心L11(ejωT jωT jωT)的轨迹围绕(‑1,j0)点，且满足S11(ω)>|L12(e )|，或L22(e )的轨迹围绕(‑1,j0)点，jωT
且满足S22(ω)>|L21(e )|，则系统不稳定，发生宽频振荡现象。本申请提供的实施例，能够快速地确定电力系统是否出现宽频振荡现象，系统是否稳定。

[0108] 在一个实施例中，步骤104的实现方式还可以为：首先，判断复平面上的所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带是否包围所述目标点。若所述第一圆心轨迹带和所述第二圆心轨迹带未包围所述目标点，则判断复平面上的所述第一圆盘轨迹带和所述第二圆盘轨迹带是否覆盖所述目标点，作为示例，如图9所示，第一圆心轨迹带和第二圆心轨迹带都未包围所述目标点，则判断复平面上的所述第一圆盘轨迹带和第二圆盘轨迹带是否覆盖所述目标点，若所述第一圆盘轨迹带和所述第二圆盘轨迹带未覆盖所述目标点，则确定所述jωT jωT电力系统未出现所述宽频振荡现象。进一步的，可以在复平面上绘制L11(e )和L22(e )的jωT jωT
轨迹，若盖尔圆盘的圆心L11(e )的轨迹和L22(e )的轨迹都未围绕(‑1,j0)点，且满足S11jωT jωT
(ω)>|L12(e )|、S22(ω)>|L21(e )|，则系统稳定，未发生宽频振荡现象。本申请提供的实施例，能够快速地确定电力系统是否出现宽频振荡现象，系统是否稳定。

[0109] 进一步的，如图10所示，如果第一圆盘轨迹带或第二圆盘轨迹带覆盖目标点(‑1,j0)点，但第一圆心轨迹带和第二圆心轨迹带都未包围目标点，则无法判断特征值轨迹是否围绕(‑1,j0)点，判据失效。进一步的，如图11所示，若第一圆盘轨迹带或第二圆盘轨迹带覆盖目标点(‑1,j0)点且覆盖目标点的圆盘轨迹带对应的圆心轨迹覆盖(‑1,j0)点，则无法判断特征值轨迹是否围绕(‑1,j0)点，判据失效。

[0110] 本实施例提供的宽频振荡现象的检测方法，基于精确离散化的方法，建立了计及数字控制延时的发电机的电力系统的z域聚合阻抗模型，并基于盖尔圆定理，提出广义禁区判据来快速准确分析的系统稳定性。通过建立含延时环节的发电机的电力系统的z域阻抗模型，能有效考虑延时环节对系统宽频振荡稳定性的影响。通过建立受端电网中各元件的z域阻抗模型，并基于电路原理，将电网中的所有元件进行聚合，由聚合得到的受端电网的z域聚合阻抗模型，综合考虑了电力系统输电网络的阻抗特性。进一步的，提出了广义禁区判据，通过对特征根估计的方法，得到包含特征值轨迹的盖尔圆盘轨迹带，用该轨迹带代替特征值轨迹来对系统进行稳定性的判断。相比于特征值分析法和奈奎斯特稳定判据需要对特征方程进行求解得到特征根的方法，广义禁区判据不仅对判断大规模新能源并网系统稳定性的速度上更具有优势，而且还能有效的计及非对角耦合项的影响。根据仿真结果可知，提出的广义禁区判据能准确的判断系统宽频振荡的稳定性，快速确定电力系统是否出现宽频振荡现象。

[0111] 进一步的，作为图1所示方法的具体实现，本实施例提供了一种宽频振荡现象的检测装置，如图12所示，该装置包括：第一模型生成模块121、第二模型生成模块122、轨迹带确定模块123和宽频振荡检测模块124。

[0112] 第一模型生成模块121，可用于获取所述电力系统的电力参数，并根据所述电力参数，确定所述发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型。

[0113] 第二模型生成模块122，可用于获取所述电力系统的受端电网的阻抗模型网络，对所述阻抗模型网络进行聚合，得到所述受端电网的z域聚合阻抗模型，其中，所述阻抗模型网络中包含所述受端电网中所有元件的阻抗模型。

[0114] 轨迹带确定模块123，可用于根据所述z域阻抗模型以及所述z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带。

[0115] 宽频振荡检测模块124，可用于在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象。

[0116] 在具体的应用场景中，所述第一模型生成模块121，具体可用于根据所述电力参数，分别建立所述发电机在连续域下的延时环节模型、直流电容传递函数模型、GSC内外环控制传递函数模型、滤波电感传递函数模型以及锁相环传递函数模型；基于连续域下的所述延时环节模型、所述直流电容传递函数模型、所述GSC内外环控制传递函数模型、所述滤波电感传递函数模型以及所述锁相环传递函数模型，生成所述发电机的z域阻抗模型，并基于所述z域阻抗模型，确定锁相环坐标系下的所述z域阻抗模型；基于预设的坐标系转换公式，将锁相环坐标系下的所述z域阻抗模型转换为全局坐标系下计及数字控制延时的所述z域阻抗模型。

[0117] 在具体的应用场景中，所述第二模型生成模块122，具体可用于计算受端电网内各元件的元件阻抗模型，并基于所述受端电网的网络拓扑结构将所述元件阻抗模型连接成所述阻抗模型网络；对所述阻抗模型网络的全部所述元件阻抗模型进行聚合，得到所述受端电网的所述z域聚合阻抗模型。

[0118] 在具体的应用场景中，所述第二模型生成模块122，具体可用于计算所述元件在abc坐标系下的过程元件阻抗模型；对所述过程元件阻抗模型进行坐标系转换，得到dq坐标系下的所述元件阻抗模型。

[0119] 在具体的应用场景中，所述两个特征值包括第一特征值与第二特征值；所述轨迹带确定模块123，具体可用于计算所述第一特征值分别在多个频率下的第一盖尔圆盘，并将全部所述第一盖尔圆盘在复平面上覆盖的范围确定为第一圆盘轨迹带；根据全部所述第一盖尔圆盘的圆心在复平面上的位置，在复平面上的确定第一圆心轨迹带；计算所述第二特征值分别在多个频率下的第二盖尔圆盘，并将全部所述第二盖尔圆盘在复平面上覆盖的范围确定为第二圆盘轨迹带；根据全部所述第二盖尔圆盘的圆心在复平面上的位置，在复平面上的确定第二圆心轨迹带；根据所述第一圆盘轨迹带、所述第一圆心轨迹带、所述第二圆盘轨迹带以及所述第二圆心轨迹带确定所述盖尔圆盘轨迹带。

[0120] 在具体的应用场景中，所述宽频振荡检测模块124，具体可用于判断复平面上的所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带是否包围所述目标点，若所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带包围所述目标点，则在所述第一圆心轨迹带包围所述目标点的情况下，将第一圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带，在所述第二圆心轨迹带包围所述目标点的情况下，将第二圆盘轨迹带确定为目标圆盘轨迹带；判断复平面上的所述目标圆盘轨迹带是否覆盖所述目标点，若所述目标圆盘轨迹带未覆盖所述目标点，则确定所述电力系统出现所述宽频振荡现象。

[0121] 在具体的应用场景中，所述宽频振荡检测模块124，具体可用于判断复平面上的所述第一圆心轨迹带或所述第二圆心轨迹带是否包围所述目标点；若所述第一圆心轨迹带和所述第二圆心轨迹带未包围所述目标点，则判断复平面上的所述第一圆盘轨迹带和所述第二圆盘轨迹带是否覆盖所述目标点；若所述第一圆盘轨迹带和所述第二圆盘轨迹带未覆盖所述目标点，则确定所述电力系统未出现所述宽频振荡现象。

[0122] 需要说明的是，本实施例提供的一种宽频振荡现象的检测装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1中的对应描述，在此不再赘述。

[0123] 基于上述如图1所示方法，相应的，本实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1所示的宽频振荡现象的检测方法。

[0124] 基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该待识别软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD‑ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景所述的方法。

[0125] 基于上述如图1所示的方法，以及图12所示的宽频振荡现象的检测装置实施例，为了实现上述目的，本实施例还提供了一种宽频振荡现象的检测的实体设备，具体可以为个人计算机、服务器、智能手机、平板电脑、智能手表、或者其它网络设备等，该实体设备包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1所示的方法。

[0126] 可选的，该实体设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(RadioFrequency，RF)电路，传感器、音频电路、WI‑FI模块等等。用户接口可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)等，可选用户接口还可以包括USB接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI‑FI接口)等。

[0127] 本领域技术人员可以理解，本实施例提供的一种宽频振荡现象的检测的实体设备结构并不构成对该实体设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

[0128] 存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理上述实体设备硬件和待识别软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它待识别软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现存储介质内部各组件之间的通信，以及与信息处理实体设备中其它硬件和软件之间通信。

[0129] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，首先，获取所述电力系统的电力参数，并根据所述电力参数，确定所述发电机在全局坐标系下的z域阻抗模型；然后，获取所述电力系统的受端电网的阻抗模型网络，对所述阻抗模型网络进行聚合，得到所述受端电网的z域聚合阻抗模型，其中，所述阻抗模型网络中包含所述受端电网中所有元件的阻抗模型；再后，根据所述z域阻抗模型以及所述z域聚合阻抗模型计算阻抗比，并计算所述阻抗比的两个特征值分别在多个频率下所对应的盖尔圆盘在复平面上分布的盖尔圆盘轨迹带；最后，在复平面上确定出目标点，并根据复平面上所述目标点与所述盖尔圆盘轨迹带间的位置关系确定所述电力系统是否出现所述宽频振荡现象。与现有技术相比，能快速确定电力系统是否出现宽频振荡现象。

[0130] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

[0131] 上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。