本發(fā)明屬于電子電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力電子系統(tǒng)無阻抗失穩(wěn)溯源方法及裝置。
背景技術(shù)：
1、直流電力電子系統(tǒng)架構(gòu)的典型特征在于，多個(gè)變換器通過一條或多條公共直流母線相互連接，協(xié)同實(shí)現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)換與靈活分配。
2、盡管系統(tǒng)中的各個(gè)變換器在獨(dú)立設(shè)計(jì)和測(cè)試階段能夠表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，但當(dāng)它們聯(lián)合構(gòu)成系統(tǒng)并投入運(yùn)行時(shí)，不同變換器之間的相互作用和阻抗不匹配極易引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)的振蕩甚至失穩(wěn)。這種失穩(wěn)不僅會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成重大損害，還會(huì)嚴(yán)重影響整體運(yùn)行效率。因此，在系統(tǒng)發(fā)生振蕩失穩(wěn)時(shí)，準(zhǔn)確定位失穩(wěn)故障源，對(duì)于指導(dǎo)后續(xù)的系統(tǒng)維護(hù)及修復(fù)工作至關(guān)重要。
3、專利文獻(xiàn)cn121440712a公開了一種基于多源信息融合的送端電網(wǎng)儲(chǔ)能場(chǎng)站動(dòng)態(tài)協(xié)同調(diào)控方法，步驟包括：全域異構(gòu)數(shù)據(jù)壓縮，提取低維臨界特征流；構(gòu)建動(dòng)態(tài)耦合勢(shì)能場(chǎng)，量化梯度強(qiáng)度捕捉隱性失穩(wěn)；生成分層分形調(diào)控策略，消解沖突并輸出指令與殘差；構(gòu)建拓?fù)湎嘧冇|發(fā)網(wǎng)絡(luò)，譜隙躍變觸發(fā)調(diào)控；因果溯源與模型進(jìn)化，優(yōu)化參數(shù)形成閉環(huán)。
4、專利文獻(xiàn)cn121216503a公開了一種新能源電力系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)溯源方法、裝置、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，該方法包括：確定目標(biāo)電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)觀測(cè)點(diǎn)及所述傳統(tǒng)觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)觀測(cè)量；采用所述傳統(tǒng)觀測(cè)量對(duì)目標(biāo)電力系統(tǒng)進(jìn)行無故障仿真，得到仿真模型；根據(jù)所述仿真模型對(duì)所述目標(biāo)電力系統(tǒng)進(jìn)行故障仿真，得到各傳統(tǒng)觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的若干個(gè)故障觀測(cè)量；根據(jù)所述故障觀測(cè)量進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性判別；當(dāng)暫態(tài)穩(wěn)定性判別結(jié)果為失穩(wěn)時(shí)，獲取所述目標(biāo)電力系統(tǒng)中的新能源場(chǎng)站觀測(cè)量；根據(jù)故障觀測(cè)量和所述新能源場(chǎng)站觀測(cè)量確定暫態(tài)失穩(wěn)擾動(dòng)源。
5、目前，針對(duì)直流電力電子系統(tǒng)的失穩(wěn)溯源研究主要以具體系統(tǒng)為對(duì)象，采用“一類系統(tǒng)一類分析”的方式展開。對(duì)于單母線兩變換器級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，因其失穩(wěn)機(jī)理明確，現(xiàn)有技術(shù)多采用傳統(tǒng)的阻抗比或阻抗和等判據(jù)方法，判穩(wěn)本身即隱含完成了失穩(wěn)源定位；對(duì)于多母線多變換器級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，現(xiàn)有方法通常將其拆分為多個(gè)近似獨(dú)立的單母線系統(tǒng)并沿用阻抗判據(jù)，但這忽略了跨母線變換器間的相互作用與阻抗耦合，極易導(dǎo)致定位失誤；而對(duì)于單母線多變換器系統(tǒng)，現(xiàn)有研究多通過分析導(dǎo)納對(duì)系統(tǒng)特征根的靈敏度來評(píng)估各變換器對(duì)失穩(wěn)的影響程度，但這僅停留在影響度評(píng)估層面，無法明確指示系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí)具體應(yīng)調(diào)節(jié)哪幾個(gè)變換器以恢復(fù)穩(wěn)定。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種電力電子系統(tǒng)無阻抗失穩(wěn)溯源方法以及裝置，該方法能夠不依賴阻抗信息，直接基于電壓與電流信號(hào)，就實(shí)現(xiàn)失穩(wěn)母線的精準(zhǔn)定位，變換器失穩(wěn)參與度的準(zhǔn)確量化，以及致穩(wěn)變換器組群的有效辨識(shí)。
2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，提供了如下技術(shù)方案：一種電力電子系統(tǒng)無阻抗失穩(wěn)溯源方法，包括：
3、步驟1、采集系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下各母線的歷史電壓數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，以訓(xùn)練預(yù)構(gòu)建的圖自編碼器定位模型；
4、基于訓(xùn)練獲得的圖自編碼器定位模型對(duì)各母線采集的實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，以獲得重構(gòu)電壓信號(hào)并與對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)電壓數(shù)據(jù)比較差異，構(gòu)建各母線的電壓殘差序列；
5、步驟2、基于各母線的電壓殘差序列中異常時(shí)刻、殘差能量增長特征及跨母線傳播先后關(guān)系，以判斷對(duì)應(yīng)的失穩(wěn)母線；
6、步驟3、選取失穩(wěn)母線上相連的各支路變換器，基于各支路變換器的電流響應(yīng)信號(hào)和失穩(wěn)母線的電壓殘差進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，以量化各支路變換器對(duì)于系統(tǒng)失穩(wěn)演化過程的參與度，并基于參與度對(duì)各支路變換器進(jìn)行排序；
7、步驟4、基于各支路變換器的排序結(jié)果構(gòu)建評(píng)估決策模型，并基于所述評(píng)估決策模型對(duì)不同支路變換器組合介入后的致穩(wěn)效果和控制成本進(jìn)行評(píng)估，確定最優(yōu)致穩(wěn)變換器組群，從而完成對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的無阻抗失穩(wěn)溯源。
8、本發(fā)明通過直接將失穩(wěn)溯源建立在母線電壓殘差傳播規(guī)律與支路電流因果貢獻(xiàn)關(guān)系之上，實(shí)現(xiàn)失穩(wěn)母線定位與最優(yōu)致穩(wěn)變換器組群辨識(shí)，重構(gòu)直流電力電子系統(tǒng)失穩(wěn)溯源技術(shù)路徑。
9、具體的，所述圖自編碼器定位模型的訓(xùn)練過程包括：
10、采集電力電子系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工況下的歷史母線電壓數(shù)據(jù)，并對(duì)各母線電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊、異常值剔除及歸一化處理，形成用于模型訓(xùn)練的節(jié)點(diǎn)電壓特征矩陣；
11、以系統(tǒng)中的各母線作為圖節(jié)點(diǎn)，以母線之間的電氣連接關(guān)系作為圖邊，構(gòu)建反映系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圖模型，并生成對(duì)應(yīng)的鄰接矩陣，所述鄰接矩陣用于表征各母線之間的空間拓?fù)漶詈详P(guān)系；
12、將所述節(jié)點(diǎn)特征矩陣與所述鄰接矩陣輸入圖自編碼器定位模型，通過編碼器聚合相鄰母線的電壓狀態(tài)信息，提取各母線電壓信號(hào)的圖結(jié)構(gòu)特征和時(shí)空關(guān)聯(lián)特征，生成包含節(jié)點(diǎn)時(shí)空信息的低維隱變量表示；
13、通過解碼器對(duì)所述低維隱變量表示進(jìn)行特征映射與還原，輸出對(duì)應(yīng)的重構(gòu)電壓信號(hào)；
14、以最小化輸入母線電壓信號(hào)與重構(gòu)電壓信號(hào)之間的重構(gòu)誤差為目標(biāo)，構(gòu)建損失函數(shù)，對(duì)圖自編碼器定位模型進(jìn)行參數(shù)迭代優(yōu)化，得到訓(xùn)練完成的用于表征系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓特征的圖自編碼器定位模型。
15、具體的，所述失穩(wěn)母線的判斷過程如下：
16、設(shè)定滑動(dòng)時(shí)間窗口，并基于所述滑動(dòng)時(shí)間窗口實(shí)時(shí)采集母線電壓，以構(gòu)建節(jié)點(diǎn)電壓特征矩陣；
17、利用圖自編碼器定位模型對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓特征矩陣進(jìn)行編碼和解碼重構(gòu)，將輸入母線的電壓信號(hào)與重構(gòu)電壓信號(hào)之間的差值作為母線電壓殘差，并計(jì)算電壓殘差能量值；
18、當(dāng)某一母線的電壓殘差能量值超過預(yù)設(shè)穩(wěn)態(tài)基準(zhǔn)閾值時(shí)，記錄當(dāng)前時(shí)刻作為對(duì)應(yīng)母線的異常起始時(shí)刻，并計(jì)算對(duì)應(yīng)母線殘差能量值的增長速率；
19、根據(jù)異常起始時(shí)刻和殘差能量增長速率構(gòu)建失穩(wěn)擴(kuò)散刻畫模型，并基于失穩(wěn)擴(kuò)散刻畫模型對(duì)各母線進(jìn)行失穩(wěn)源評(píng)分；
20、將失穩(wěn)源評(píng)分最高的母線作為失穩(wěn)母線。
21、具體的，當(dāng)多個(gè)母線的失穩(wěn)源評(píng)分接近時(shí)，表明多條母線失穩(wěn)，則形成失穩(wěn)母線集合。
22、具體的，所述參與度的計(jì)算過程如下：
23、提取與所述失穩(wěn)母線電氣連接的各支路變換器的電流響應(yīng)信號(hào)，并對(duì)所述電流響應(yīng)信號(hào)與所述失穩(wěn)母線的電壓殘差信號(hào)進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊、去噪及歸一化處理，得到多個(gè)變換器支路電流構(gòu)成的電流響應(yīng)信號(hào)矩陣；
24、計(jì)算所述電流響應(yīng)信號(hào)相對(duì)于失穩(wěn)母線電壓殘差的相位差、互相關(guān)系數(shù)以及響應(yīng)時(shí)滯量，以構(gòu)建電壓殘差與各支路變換器電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)解析序列；
25、將所述關(guān)聯(lián)解析序列輸入至預(yù)構(gòu)建的稀疏約束與歸一化模型對(duì)低關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)支路進(jìn)行剔除，并基于剔除后的關(guān)聯(lián)解析序列計(jì)算各支路變換器的參與度。
26、具體的，所述評(píng)估決策模型基于致穩(wěn)效果和控制成本雙指標(biāo)進(jìn)行構(gòu)建；
27、所述致穩(wěn)效果用于表征變換器組群介入后失穩(wěn)母線電壓殘差衰減程度、振蕩幅值降低程度、恢復(fù)時(shí)間縮短程度中的一種或多種；
28、所述控制成本用于表征變換器組群介入所引起的控制調(diào)節(jié)幅度、附加能量消耗、控制復(fù)雜度、執(zhí)行代價(jià)中的一種或多種。
29、具體的，在步驟4中，所述評(píng)估是基于不同支路變換器組合介入后對(duì)所述失穩(wěn)母線穩(wěn)定恢復(fù)的改善程度及對(duì)應(yīng)控制代價(jià)，并根據(jù)新增支路變換器加入后的穩(wěn)定性邊際增益與成本邊際增量的變化特征，確定最優(yōu)致穩(wěn)變換器組群。
30、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，提供了如下方案：一種電力電子系統(tǒng)無阻抗失穩(wěn)溯源裝置，用于執(zhí)行上述的電力電子系統(tǒng)無阻抗失穩(wěn)溯源方法的步驟。
31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
32、該方法擺脫了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部詳細(xì)參數(shù)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的依賴，無需構(gòu)建復(fù)雜的阻抗模型，僅通過可測(cè)的電壓、電流信息進(jìn)行失穩(wěn)母線定位和最優(yōu)致穩(wěn)變換器辨識(shí)：
33、通過構(gòu)建基于母線電壓殘差傳播的失穩(wěn)擴(kuò)散刻畫模型，能夠有效表征失穩(wěn)擾動(dòng)在多母線之間的傳播過程，實(shí)現(xiàn)失穩(wěn)母線與傳播型異常母線的區(qū)分，提高失穩(wěn)起源定位的準(zhǔn)確性；
34、通過構(gòu)建基于電壓殘差與支路電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的歸因解析模型，能夠定量評(píng)估各支路變換器對(duì)失穩(wěn)演化過程的參與程度，實(shí)現(xiàn)主導(dǎo)失穩(wěn)源的有效辨識(shí)與排序；
35、通過構(gòu)建致穩(wěn)效果與控制成本雙指標(biāo)評(píng)估決策模型，能夠在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定恢復(fù)要求的前提下，篩選得到最優(yōu)致穩(wěn)變換器組群，從而兼顧穩(wěn)定恢復(fù)效果與調(diào)控代價(jià)，提高致穩(wěn)決策的合理性和經(jīng)濟(jì)性。