本發明涉及風力發電，具體為基于奈奎斯特判據的多變流器系統的穩定性分析方法。

背景技術：

1、隨著以風電為代表的可再生能源發電技術的飛速進步，鑒于風電資源在地理分布上的廣泛性和分散性，因此風電資源通常被以分布式電源的形式加以開發和利用，變流器作為分布式發電系統的核心組件，因此，對變流器并網系統的穩定性進行深入分析，顯得尤為關鍵和重要。如專利號為cn117728523a的一種基于電壓穩定性和小信號穩定性的并網逆變器判穩方法，包括：對含有電網阻抗的并網逆變器端口電壓水平進行分析，得到逆變器正常工作模式的電壓穩定域；通過無功補償措施維持逆變器工作點電壓在穩定域內，測量不同電網強度下灰箱逆變器的序阻抗；使用序阻抗測量數據訓練神經網絡模型，根據代理模型得到電網強度變化的并網逆變器序阻抗曲面；判斷并網逆變器的穩定性，得到逆變器的小信號穩定域。上述方案在進行穩定性判斷時，雖然同時考慮了電壓穩定性和小信號穩定性，但上述方案忽略了多個變流器在運行過程中的相互影響，因此難以確保穩定性判斷的準確性。

技術實現思路

1、針對現有技術由于未考慮多個變流器在運行過程中的相互影響，導致穩定性判斷的準確性低的問題，本發明提供了基于奈奎斯特判據的多變流器系統的穩定性分析方法，通過正負序耦合阻抗構建序阻抗數學模型，深入的考慮了多個變流器的頻率耦合的影響，進而通過序阻抗數學模型獲取的相位域輸出導納獲取每個局部反饋回路的傳遞函數矩陣，并根據所構成的奈奎斯圖獲得輸出導納矩陣與極點數進行穩定性分析，在避免了將所有變流器視為整體進而忽略了變流器之間復雜的相互作用的同時，還進一步的考慮了多個變流器輸出導納的rhp極點的影響。解決了由于未考慮多個變流器在運行過程中的相互影響，導致穩定性判斷的準確性低的問題。顯著的提高了穩定性判斷的準確性。

2、為解決上述技術問題，本發明提供了基于奈奎斯特判據的多變流器系統的穩定性分析方法，包括以下步驟：

3、s1：基于正負序耦合阻抗構建多變流器系統的序阻抗數學模型，基于諾頓等效電路獲取多變流器系統的等效電路；

4、s2：基于所述序阻抗數學模型獲取等效電路中變流器的相位域輸出導納，基于相位域輸出導納獲取所述等效電路中各局部反饋回路的傳遞函數矩陣；

5、s3：基于奈奎斯特判據獲取傳遞函數矩陣的特征值所構成的奈奎斯圖，基于所述奈奎斯圖獲得所述變流器的輸出導納矩陣與所述輸出導納矩陣的極點數，基于輸出導納矩陣與極點數進行穩定性分析。

6、采用上述技術方案后，本發明具有如下優點：

7、通過正負序耦合阻抗構建序阻抗數學模型，深入的考慮了多個變流器的頻率耦合的影響，進而通過序阻抗數學模型獲取的相位域輸出導納獲取每個局部反饋回路的傳遞函數矩陣，并根據所構成的奈奎斯圖獲得輸出導納矩陣與極點數進行穩定性分析，在避免了將所有變流器視為整體進而忽略了變流器之間復雜的相互作用的同時，還進一步的考慮了多個變流器輸出導納的rhp極點的影響，顯著的提高了穩定性分析的全面性與穩定性判斷的準確性；

8、根據諾頓等效電路將多變流器系統復雜的電路進行簡化得到等效電路，消除多變流器系統中非關鍵設備對多變流器系統穩定性分析的影響，進而降低了電路分析的難度，提高了穩定性分析效率；

9、解決了由于未考慮多個變流器在運行過程中的相互影響，導致穩定性判斷的準確性低的問題。顯著的提高了穩定性判斷的準確性。

10、優選的，s1中，所述序阻抗數學模型包括多變流器系統中包含集電線路阻抗的gfm逆變器的第一序阻抗數學模型，所述第一序阻抗數學模型為：

11、式中，zgfm表示第一序阻抗數學模型，zpp表示第一正序阻抗，rline與lline均表示集電線路阻抗，s表示復頻率，zpn表示第一正序耦合阻抗，e表示自然對數的底數，j表示虛擬慣量，εn表示所述gfm逆變器輸出電壓的基波分量分別超前pcc點基波電壓的角度，znp表示第一負序耦合阻抗，znn表示第一負序阻抗，ω0＝2πf0，f0表示基波頻率。

12、考慮到gfm逆變器通過線路阻抗連接到pcc點，因此將線路阻抗歸算到gfm逆變器的輸出阻抗中，在考慮了線路阻抗的同時，簡化了穩定性分析過程，考慮到實際情況各gfm逆變器的線路阻抗可能不同即各gfm逆變器輸出電壓的基波分量分別超前pcc點的基波電壓的角度不同，而角度差異會影響多變流器系統的穩定性，因此通過角度差異構建第一序阻抗數學模型，考慮到在多變流器系統中，頻率耦合會形成正反饋環路，進而導致多變流器系統增益增加，從而引發振蕩或不穩定現象，因此通過正負序耦合阻抗構建第一序阻抗數學模型。通過各影響參數構建第一序阻抗數學模型，提高了所構建的第一序阻抗數學模型的準確性與可靠性。

13、優選的，s1中，所述序阻抗數學模型包括多變流器系統中包含集電線路阻抗的gfl逆變器的第二序阻抗數學模型，所述第二序阻抗數學模型為：

14、式中，zgfl表示第二序阻抗數學模型，qpp表示第二正序阻抗，qpn表示第二正序耦合阻抗，εq表示所述gfl逆變器輸出電壓的基波分量分別超前pcc點基波電壓的角度，qnp表示第二負序耦合阻抗，qnn表示第二負序阻抗。

15、考慮到gfl逆變器通過線路阻抗連接到pcc點，因此將線路阻抗歸算到gfm逆變器的輸出阻抗中，在考慮了線路阻抗的同時，簡化了穩定性分析過程，考慮到實際情況各gfl逆變器的線路阻抗可能不同即各gfl逆變器輸出電壓的基波分量分別超前pcc點的基波電壓的角度不同，而角度差異會影響多變流器系統的穩定性，因此通過角度差異構建第二序阻抗數學模型，考慮到在多變流器系統中，頻率耦合會形成正反饋環路，進而導致多變流器系統增益增加，從而引發振蕩或不穩定現象，因此通過正負序耦合阻抗構建第二序阻抗數學模型。通過各影響參數構建第二序阻抗數學模型，提高了所構建的第二序阻抗數學模型的準確性與可靠性。

16、優選的，s2中，所述基于所述序阻抗數學模型獲取等效電路中變流器的相位域輸出導納包括：

17、將擾動頻率的正序量輸入序阻抗數學模型中，進而獲取擾動頻率的正序輸出分量與負序輸出分量，在判斷負序輸出分量小于預設負序輸出分量時，基于正序輸入分量與負序輸出分量構建所述相位域輸出導納。

18、優選的，s2中，所述基于相位域輸出導納獲取所述等效電路中各局部反饋回路的傳遞函數矩陣包括：

19、基于相位域輸出導納獲取等效電路中gfl逆變器與電網阻抗組成的反饋回路的第一傳遞函數矩陣；

20、基于所述第一傳遞函數矩陣獲取等效電路中gfl逆變器、gfm逆變器與電網阻抗組成的反饋回路的第二傳遞函數矩陣。

21、由于gfl逆變器的行為相對于gfm逆變器的行為較為穩定且簡單，因此先獲取gfl逆變器所組成的反饋回路的傳遞函數矩陣再獲取加入gfm逆變器后所組成的反饋回路的傳遞函數矩陣，通過逐步增加分析的復雜性，有助于更好地理解多變流器系統的動態特性和穩定性，進而避免了將所有變流器視為整體進而忽略了變流器之間復雜的相互作用，通過分階段、逐步深入的分析策略，提高了穩定性評估的準確性。

22、優選的，所述s3包括：

23、s31：獲取所述第一傳遞函數矩陣的特征值所構成的第一奈奎斯圖中曲線環繞預設點的第一總圈數，基于所述第一總圈數構建第一輸出導納矩陣，基于第一奈奎斯圖中極點位置獲取所述第一輸出導納矩陣的極點數；

24、s32：獲取所述第二傳遞函數矩陣的特征值所構成的第二奈奎斯圖中曲線環繞預設點的第二總圈數，基于所述第二總圈數構建第二輸出導納矩陣，基于第二奈奎斯圖中極點位置獲取所述第二輸出導納矩陣的極點數；

25、s33：基于第一輸出導納矩陣、第一輸出導納矩陣的極點數、第二輸出導納矩陣與第二輸出導納矩陣的極點數進行穩定性分析。

26、在獲取各個變流器所組成的反饋回路的傳遞函數矩陣的基礎上，通過傳遞函數矩陣的特征值構成奈奎斯圖，通過奈奎斯圖的直觀性從奈奎斯圖中獲取輸出導納矩陣與極點數，充分的考慮了多個變流器輸出導納的rhp極點對穩定性分析的影響，進而提高了穩定性分析的準確性與全面性。

27、優選的，所述s33包括：

28、s331：基于第一輸出導納矩陣、第一輸出導納矩陣的極點數、第二輸出導納矩陣與第二輸出導納矩陣的極點數構建穩定性分析函數；

29、s332：判斷穩定性分析函數是否滿足預設條件，若滿足則表示多變流器系統穩定，若不滿足則表示多變流器系統不穩定。

30、優選的，s331中，所述穩定性分析函數為nn-ns＝n，式中，nn表示第一輸出導納矩陣與第二輸出導納矩陣中第一行向量之和，ns表示第一輸出導納矩陣與第二輸出導納矩陣中第二行向量之和，n表示第一輸出導納矩陣的極點數與第二輸出導納矩陣的極點數之和。

31、優選的，還包括：

32、s4：基于所述變流器的線路阻抗改變所述奈奎斯圖，基于所述奈奎斯圖與所述穩定性分析函數獲取多變流器系統的穩定閾值。通過獲取穩定閾值，有助于根據穩定閾值避免多變流器系統發生振蕩或不穩定現象，進而保障了多變流器系統的穩定運行。

33、優選的，還包括：

34、s5：基于所述穩定閾值相對應的并網電流波形，取預設時間窗口的時域波形進行頻譜分析，進而獲取分析結果；

35、s6：基于分析結果獲取核心諧波頻率，基于核心諧波頻率得到各次諧波分量的相位，將相位與穩定閾值相對應的奈奎斯圖中的相位進行匹配，進而獲取匹配結果，基于匹配結果對穩定性分析的結果進行驗證。

36、本方案的有益效果：

37、通過正負序耦合阻抗構建序阻抗數學模型，深入的考慮了多個變流器的頻率耦合的影響，進而通過序阻抗數學模型獲取的相位域輸出導納獲取每個局部反饋回路的傳遞函數矩陣，并根據所構成的奈奎斯圖獲得輸出導納矩陣與極點數進行穩定性分析，在避免了將所有變流器視為整體進而忽略了變流器之間復雜的相互作用的同時，還進一步的考慮了多個變流器輸出導納的rhp極點的影響，顯著的提高了穩定性分析的全面性與穩定性判斷的準確性；

38、根據諾頓等效電路將多變流器系統復雜的電路進行簡化得到等效電路，消除多變流器系統中非關鍵設備對多變流器系統穩定性分析的影響，進而降低了電路分析的難度，提高了穩定性分析效率；

39、考慮到各gfl逆變器輸出電壓的基波分量分別超前pcc點的基波電壓的角度不同，而角度差異會影響多變流器系統的穩定性，因此通過角度差異構建第二序阻抗數學模型，考慮到在多變流器系統中，頻率耦合會形成正反饋環路，進而導致多變流器系統增益增加，從而引發振蕩或不穩定現象，因此通過正負序耦合阻抗構建第二序阻抗數學模型。通過各影響參數構建第二序阻抗數學模型，提高了所構建的第二序阻抗數學模型的準確性與可靠性；

40、由于gfl逆變器的行為相對于gfm逆變器的行為較為穩定且簡單，因此先獲取gfl逆變器所組成的反饋回路的傳遞函數矩陣再獲取加入gfm逆變器后所組成的反饋回路的傳遞函數矩陣，通過逐步增加分析的復雜性，有助于更好地理解多變流器系統的動態特性和穩定性，進一步的避免了將所有變流器視為整體進而忽略了變流器之間復雜的相互作用；

41、解決了由于未考慮多個變流器在運行過程中的相互影響，導致穩定性判斷的準確性低的問題。顯著的提高了穩定性判斷的準確性。