一种串联结构微电网与电网交互稳定性评估方法技术

一种串联结构微电网与电网交互稳定性评估方法，首先通过构造三相微源平均投切率、投切不平衡度、投切平均离散度、投切中心欧式距离四个特征函数提取三相投切微源的数目和位置信息，该特征提取方法具有降低特征维数、提高模型效率、通过简单拟合使模型具备迁移能力的优势。其次，将交互稳定性评估视为多分类任务，制定交互稳定性分级规则，将样本分为稳定、较不稳定、不稳定3个类别，且对其中较不稳定样本进行谐振频段预测。最后，基于GBDT模型自动学习输入特征和交互稳定性后果、谐振频段之间的映射关系，通过在线获取微源投切数目和位置特征值，并将该值输入训练好的模型，即可对相应投切操作引起的交互稳定性进行评估、对谐振频段进行预测。

【技术实现步骤摘要】
一种串联结构微电网与电网交互稳定性评估方法
本专利技术涉及一种并网运行的微源逆变器串联微电网(microgridwithseriesmicrosourceinverters,SMSI-MG)与电网之间交互稳定性分析方法，特别是微源投切对交互稳定性的影响评估分析。
技术介绍
微电网是分布式电源接入电网的一种有效手段。相比于分布式电源和负荷在馈线上横向分布的并联结构微电网，微源逆变器串联微电网(SMSI-MG)输出的电压和电流具有更好的正弦度，同时还具有高输出电压、低dv/dt、高效率等优势。微电网中的大部分电源均为使用并网逆变器作为接口的分布式电源，在并网运行时会由于逆变器的高频开关特性而产生大量谐波，污染电网。进而逆变器与逆变器之间、逆变器与电网之间也可能因谐波交互作用而引起谐振，造成保护装置误动、逆变器控制环失稳等，威胁系统的安全稳定运行。SMSI-MG并网运行时，微源逆变器相互之间、串联的微源逆变器与电网之间同样存在谐波交互作用。特别地，当微源因故障或出力受限进行投切操作后，SMSI-MG与电网之间的交互作用更加明显，也更加复杂。目前并网运行系统稳定性分析主要采用状态空间法和阻抗分析法。然而时频域的分析方法存在模型复杂、计算速度慢、实时性差等问题，无法在微源投切后短时间内进行分析决策。由于谐波振荡引起的交互系统不稳定具有一定的危害性，因此对其及时进行分析决策是保障系统安全稳定运行亟待解决的问题。
技术实现思路
为了提高微源投切后SMSI-MG与电网之间交互稳定性在线分析和决策的实时性，本专利技术提供一种基于梯度提升决策树(gradientboostingdecisiontree,GBDT)模型的交互稳定性评估方法。本专利技术是一种串联结构微电网与电网交互稳定性评估方法，其步骤为：步骤1：构造三相投切微源数目特征：系统正常运行时，单相微源数目为n，将该系统简记为n-SMG；假设某一时刻j相切除微源比例为δjc，其中j代表A,B,C三相，恢复投入的微源比例为δjp，令δj＝δjc-δjp为j相微源投切率；构造三相微源平均投切率和投切不平衡度两个特征函数表征投切微源的数目，其中，工况Sl对应的三相微源平均投切率为：αl＝(δa+δb+δc)/3(公式一)三相微源投切不平衡度为：保证并网电流在微源投切前后方向不变，且各微源逆变器不出现超调，αl需满足：式中，mj0为系统初始状态αl＝0时的调制比；步骤2：构造三相投切微源离散度和投切微源中心欧式距离表征投切微源的位置特征；首先构造工况Sl对应的j相投切数组ARlj，微源按其微源逆变器串联顺序依次标记为MS1、MS2、…、MSn，投切数组ARlj中，将被切除微源的序号i列出，而未切除的微源则标记为0；然后构造对应的离散度函数用于表征该工况时投切微源之间的相对位置，该离散度函数应当满足：1)投切微源之间相对位置变化规律相同则离散度相同；2)δj相同的情况下，切除连续序号的微源越多则离散度越小，据此构造工况Sl对应的j相投切微源离散度函数为：式中，Rlj为工况Sl对应的j相投切微源集合；njc为此时投切微源的总数；njs为投切微源序号连续的次数，即(ARlj[i+1]-ARlj[i]＝1)的次数；μj为定义的投切微源中心，其计算方法为：定义三相平均离散度表征工况Sl对应的投切微源相对位置，即：定义工况Sl对应的三相微源投切中心欧式距离为：微源投切位置通过相对位置结合中心点的方式即可进行表征；步骤3：交互稳定性分级：定义投切工况Sl时公共耦合点处三相电流中谐波含量的最大值为Tl，令Wl代表稳定性等级，制定交互稳定性分级规则为：式中，ξ1、ξ2为谐波电流含量限值，根据系统短路容量可计算；Wl＝1表示稳定，即该投切工况不会对系统安全稳定运行造成影响；Wl＝2表示较不稳定，此时通过调整控制方式可对Sl引起的谐波振荡进行抑制；Wl＝3表示失稳，在系统运行过程中应禁止出现该种投切工况；步骤4：交互系统谐振频段预测：将Wl＝2的样本中取得Tl所对应的谐波阶次hij作为预测目标，构建如下二分类器：式中，Hl＝0代表造成交互系统不稳定的谐振发生在低频段；Hl＝1则代表高频段；步骤5：生成数据集，训练机器学习模型：对n-SMG系统中各种预想投切工况进行大量仿真获取样本数据；由公式一、公式二、公式六、公式七获取各样本对应的输入特征值，且αl≤αmax，由公式八、公式九获取对应的稳定性等级和谐振频段分类结果；以初始状态为基准，设定电网阻抗和滤波电感、控制器参数等在一定范围内变化；经过筛选后获取L组样本数据，并以其中70％作为训练样本集，30％作为验证样本集；利用线性变换对属性值进行归一化处理，即：式中，Xmin和Xmax分别为某特征属性的最大和最小值；将训练样本数据通过梯度提升决策树GBDT模型进行训练，建立输入特征和交互稳定性后果、谐振频段之间的映射关系，再通过评价指标对GBDT模型在验证样本集上的表现进行评价，直到评价指标达到预期要求，完成离线模型训练；步骤6：微源投切对交互稳定性影响的在线评估：1)对于n-SMG系统，通过公式一、公式二、公式六、公式七在线获取微源投切特征数据，并将特征数据输入训练好的GBDT模型，即可对相应投切操作引起的交互稳定性进行评估、对谐振频段进行预测；2)对于m-SMG，m≠n的系统，通过线性拟合获得新拓扑系统和n-SMG在位置特征X下的对应关系g(X)，之后将g(X)应用于新拓扑下的其他样本获得映射后的特征属性值，将其输入训练好的GBDT模型，即可对相应投切操作引起的交互稳定性进行评估、对谐振频段进行预测。本专利技术的有益之处是：微源投切会引起SMSI-MG与电网之间交互系统稳定性降低甚至失稳。为了提高在线分析和决策的实时性，该专利技术提供一种通过机器学习模型对交互稳定性进行在线评估的方法。首先构造特征函数提取微源投切的数目和位置信息、制定交互稳定性分级及谐振频段预测规则；然后利用GBDT模型对大量预设投切工况进行自动学习，从而获得微源投切信息和交互稳定后果、谐振频段之间的映射关系；对于一个投切工况，通过在线获取微源投切数目和位置特征值，并将该值输入训练好的模型，即可对相应投切操作引起的交互稳定性进行评估，并对交互系统谐振发生的频段进行预测，为预防控制提供及时有效的决策依据。该专利技术中的特征提取方法具有降低特征维数、提高模型效率、通过简单拟合使模型具备迁移能力的优势。该专利技术避免了传统交互稳定性分析方法中复杂的数学模型和谐振的实时检测，有益于提高微源投切后交互稳定性在线分析决策的实时性、实现SMSI-MG的安全稳定并网运行。附图说明图1是并网运行模式下微源逆变器串联微电网拓扑结构图；图2是20-SMG与10-SMG系统中三相平均离散度、三相微源投切中心欧式距离映射关系g(γ)，图3是20-SMG与10-SMG系统中三相平均离散度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联结构微电网与电网交互稳定性评估方法，其特征在于，其步骤为：/n步骤1：构造三相投切微源数目特征：系统正常运行时，单相微源数目为n，将该系统简记为n-SMG；假设某一时刻j相切除微源比例为δ

【技术特征摘要】
1.一种串联结构微电网与电网交互稳定性评估方法，其特征在于，其步骤为：
步骤1：构造三相投切微源数目特征：系统正常运行时，单相微源数目为n，将该系统简记为n-SMG；假设某一时刻j相切除微源比例为δjc，其中j代表A,B,C三相，恢复投入的微源比例为δjp，令δj＝δjc-δjp为j相微源投切率；构造三相微源平均投切率和投切不平衡度两个特征函数表征投切微源的数目，其中，工况Sl对应的三相微源平均投切率为：
αl＝(δa+δb+δc)/3(公式一)
三相微源投切不平衡度为：



保证并网电流在微源投切前后方向不变，且各微源逆变器不出现超调，αl需满足：



式中，mj0为系统初始状态αl＝0时的调制比；
步骤2：构造三相投切微源离散度和投切微源中心欧式距离表征投切微源的位置特征；首先构造工况Sl对应的j相投切数组ARlj，微源按其微源逆变器串联顺序依次标记为MS1、MS2、…、MSn，投切数组ARlj中，将被切除微源的序号i列出，而未切除的微源则标记为0；然后构造对应的离散度函数用于表征该工况时投切微源之间的相对位置，该离散度函数应当满足：1)投切微源之间相对位置变化规律相同则离散度相同；2)δj相同的情况下，切除连续序号的微源越多则离散度越小，据此构造工况Sl对应的j相投切微源离散度函数为：



式中，Rlj为工况Sl对应的j相投切微源集合；njc为此时投切微源的总数；njs为投切微源序号连续的次数，即(ARlj[i+1]-ARlj[i]＝1)的次数；μj为定义的投切微源中心，其计算方法为：



定义三相平均离散度表征工况Sl对应的投切微源相对位置，即：



定义工况Sl对应的三相微源投切中心欧式距离为：



微源投切位置通过相对位置结合中心点的方式即可进行表征；
步骤3：交互稳定性分级：定义投切工况Sl时公共耦合点处三相电流中谐波含量的最大值为Tl，令Wl代表稳定性等级，制定...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴贵，张津京，马平，王海亮，杨维满，李晓英，王琢玲，郭群，郭永吉，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62