[发明专利]一种基于相轨迹分析的含风电电力系统暂态协调控制方法

权利要求书

1.一种基于相轨迹分析的含风电电力系统暂态协调控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、根据实际电力系统数据与电网结构，以风机最大容量为基本运行点，对故障持续时间t进行暂态时域仿真；根据功角情况同调分群，得到基本运行点等值两机系统的δ-ω相轨迹；

步骤二、利用步骤一中得到的等值两机系统的δ-ω相轨迹判定系统运行点的暂态稳定性，

如果系统暂态不稳定，计算不稳定灵敏度矩阵S_c，并将其按升序排列获得优先级矩阵S，再根据优先级矩阵S调整发电机出力计划以得到稳定的运行方式，保证系统的安全水平；

如果系统暂态稳定，计算不同发电机协调控制的灵敏度矩阵S_c，并按升序排列，得到优先级矩阵S；

步骤三、根据一天内的风电出力曲线，计算每一时段的风机出力减少值ΔP_w，然后通过求解风机出力波动时暂态协调控制数学模型，依次为每一时段制定暂态协调控制措施，以保证系统的暂态稳定性。

2.根据权利要求1所述基于相轨迹分析的含风电电力系统暂态协调控制方法，其中，步骤二中，计算灵敏度矩阵S_c和优先级矩阵S的具体内容包括：

根据单机无穷大系统的运动方程，相轨迹函数f(δ,ω,P_m)可以表示为：

f(δ,ω,P_m)＝-(MP_emaxω²cosδ+(P_m-P_emaxsinδ)²) (1)

式(1)中，δ和ω分别表示发电机功角和角速度，M为惯性时间常数，P_m为发电机机械功率，P_emax为发电机的最大电磁功率；

在单机无穷大系统中，当P_m，P_emax保持不变时，角速度ω单调递减时，f随着相轨迹点(δ,ω)单调递增，故系统的暂态稳定判据表示为：

f(δ,ω_min)0 (2)

如果系统暂态稳定，ω_min＝0，定义该点为回摆点(δ_r,0)，对于相轨迹判稳函数f，当系统稳定，在回摆点处：

f(δ,0,P_m)＝-(P_m-P_emax sinδ)²0 (3)

如果系统暂态稳定，f在回摆点(δ_r,0)处取得最大值，定义相轨迹灵敏度：

定义减速功率P_dec为：

P_dec＝P_m-P_emax sinδ_r (5)

将式(5)代入式(4)可得：

当系统稳定时，当回摆点接近不稳定平衡点(δ_u,ω_u)，即δ→δ_u时，P-P_emaxsinδ→0；在多机系统中，通过时域仿真将发电机分为临界机组和非临界机组，从而将该多机系统转化为等值的两机系统；在给定的运行点，定义暂态灵敏度矩阵为：

式(7)中，f_CN为等值两机系统的暂态稳定函数，n为发电机的数量，P_i为发电机i输入的机械功率，表示发电机i的相轨迹灵敏度，即灵敏度因子；

当P_i改变时，多机系统的暂态稳定判据表示为：

f_CN+S_fΔP0 (8)

式(8)中ΔP＝[ΔP₁,ΔP₂,…,ΔP_n]^T为发电机出力变化矩阵；

根据式(8)，得到如下性质：

1)若灵敏度因子为正，表明发电机出力的改变量与系统的暂态稳定程度呈负相关，当发电机出力的增加时，系统趋于暂态不稳定；当发电机出力的减少时，系统趋于暂态稳定；

2)若灵敏度因子为负，表明发电机出力的改变量与系统的暂态稳定程度呈正相关；当发电机出力的增加时，系统趋于暂态稳定；当发电机出力的减少时，系统趋于暂态不稳定；

3)灵敏度因子绝对值越大，则对系统暂态稳定性影响越大；

当风电出力改变ΔP_w时，ΔP_i表示发电机i需要调整的有功出力，满足∑ΔP_i＝-ΔP_w，含风电电力系统的暂态稳定判据表示为：

f_CN+S_fΔP+S_wΔP_w0 (9)

式(9)中，S_f表示同步发电机的相轨迹灵敏度矩阵，表示风电场的相轨迹灵敏度；由于∑ΔP_i＝-ΔP_w，将式(9)改写为：

f_CN+S_cΔP0 (10)

式(10)即为基于相轨迹灵敏度的含风电电力系统暂态稳定约束方程，其中，表示基于暂态协调控制措施的协调灵敏度矩阵；令为采取协调控制措施时发电机i的协调灵敏度，即调整发电机i的出力以平衡风电波动时的相轨迹灵敏度大小；且S_c,i作为反应系统暂态稳定性的指标，S_c,i越大，说明调整发电机i的出力会使系统趋于暂态不稳定；根据S_c,i升序排列，得到优先级矩阵S，将排序靠前的发电机组优先作为协调控制机组；如果系统暂态不稳定，将排序靠后的发电机组优先作为失稳切机机组。

3.根据权利要求1所述一种基于相轨迹分析的含风电电力系统暂态协调控制方法，步骤三中，求解风机出力波动时暂态协调控制数学模型的具体内容包括：

采取调整同步机作为协调控制策略来平衡风电并网带来的波动性时，以发电机调整成本最小为目标，建立目标函数如下：

式(11)中，φ_i(P_i)＝a_iP²_i+b_iP_i+c_i发电机成本函数；

则φ_i(ΔP_i)由下式进行计算：

φ_i(ΔP_i)＝φ_i(P_i+ΔP_i)-φ_i(P_i)＝a_iΔP²_i+2a_iΔP_i·P_i+b_iΔP_i (12)

式(12)中，a_i,b_i和c_i表示发电机i的成本系数，C表示可调发电机组；

则基于相轨迹稳定判据的风机出力波动时暂态协调控制数学模型表示为：

S_G表示同步发电机组；目标函数式(13)表示总的同步发电机调整成本最小；式(14)为暂态协调控制数学模型的约束条件，自上而下分别表示基于相轨迹灵敏度的暂态稳定约束方程，发电机有功出力限制和功率平衡方程。