[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

说明书

本发明公开了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，包括：以风机最大容量为基本运行点，对系统进行暂态时域仿真；利用所得功角情况同调分群，得到等值的两机系统相轨迹；当系统暂态不稳定时计算不稳定灵敏度矩阵，并将其按升序排列获得优先级矩阵，再根据优先级矩阵调整发电机出力以得到稳定的运行方式；当系统暂态稳定时计算各发电机协调控制的灵敏度矩阵，并按升序排列，得到优先级矩阵；根据一天内的风电出力，计算每一时段风机出力减少值，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；本发明方法可指导电力系统调度人员制定风电接入系统日前调度决策。

技术领域

本发明属于电力系统稳定性领域，尤其涉及一种含风电电力系统暂态协调控制方法。

背景技术

随着全球能源危机和环境问题的日益严重，风电作为一种清洁能源得到了越来越多的重视与发展。与传统发电方式相比，风电出力具有间歇性与不确定性，使得电力系统的运行状况更加复杂多变；同时，现有的双馈风机(Double Fed Induction Generator，DFIG)等变速恒频机组具有与同步机完全不同的动态特性，大规模风电的接入并网为电力系统的暂态稳定运行带来了严峻的挑战。

目前，国内外已开展了大量的与风电接入电力系统暂态稳定性相关的研究工作。然而，现有文献对风电波动下的电网暂态协调控制研究还较少，更未将风电接入的影响引入到暂态稳定约束模型当中。

轨迹灵敏度分析能够直接确定系统初始条件和参数发生微小变化时系统轨迹的变化，易于建立有效的暂态稳定约束方程，在系统元件模型的适用性上有着明显的优势。但这类基于功角灵敏度的算法需要面对临界功角阈值选取的问题，尤其是风电等新能源的接入使电网的暂态问题更加复杂，轨迹灵敏度的实际应用也面临挑战。

此外，随着近年来PMU/WAMS系统的建设和发展，实时获取发电机的轨迹信息已成为可能。发电机实时响应轨迹蕴含了电力系统暂态稳定的有效特征信息，根据实测轨迹数据进行暂态稳定性分析和控制具有准确、不依赖于模型和参数的优点，十分适合大规模新能源接入时暂态稳定问题的复杂情况。根据发电机相轨迹来实时判断系统的暂态稳定，具有简便灵活的特点，为复杂风电接入下的暂态问题研究提供了新思路。目前，大多数研究集中于利用相轨迹函数直接判断系统的暂态稳定性，对于其中蕴含的暂态裕度信息和灵敏度指标研究较少。

发明内容

轨迹灵敏度分析能够直接确定系统初始条件和参数发生微小变化时系统轨迹的变化，易于建立有效的暂态稳定约束方程，在系统元件模型的适用性上有着明显的优势。但基于功角灵敏度的算法需要面对临界功角阈值选取的问题，尤其是风电等新能源的接入使电网的暂态问题更加复杂，轨迹灵敏度的实际应用也面临挑战。且目前大多数研究集中于利用相轨迹函数直接判断系统的暂态稳定性，对于其中蕴含的暂态裕度信息和灵敏度指标研究较少。

为了解决上述技术问题，本发明提出的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，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。