[发明专利]一种可再生能源电力系统的暂态能量函数计算方法

说明书

本发明公开了一种可再生能源电力系统的暂态能量函数计算方法，属于电力系统暂态稳定分析领域。本发明首先建立待分析电力系统的数学模型，消去中间节点，仅保留可再生能源设备节点、同步发电机节点和电力负荷节点。可再生能源设备暂态过程用二阶锁相环方程表示，同步发电机设备暂态过程用二阶摇摆方程表示，分别列写所有可再生能源设备、同步发电机设备、电力网络和所有电力负荷的能量函数，并将所有能量函数相加得到电力系统的暂态能量函数。相比于现有技术，本发明考虑了可再生能源设备和同步发电机同时接入电网时电力系统的暂态能量函数，可以分析既包含同步发电机设备又包含可再生能源设备系统的暂态稳定性，扩展了能量函数直接法的应用范围。

技术领域

本发明属于电力系统暂态稳定分析领域，更具体地，涉及一种可再生能源电力系统的暂态能量函数计算方法。

背景技术

随着国家对能源体制的改革，风力发电、光伏发电等基于电力电子变换器技术的可再生能源设备在电力系统中的占比愈来愈高。电力系统正从依赖化石能源的电力系统向着高比例可再生能源的新一代电力系统转变。可再生能源设备为电力系统带来高效的同时，也因其复杂性给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的挑战。

常见的风机发电机可分为直驱型风力发电机和双馈型风力发电机，常见的光伏发电并网设备为电压源型变换器(VSC)，这些可再生能源设备根据不同的需求采用不同结构的控制系统，但通常都含有相同的锁相环控制。锁相环的作用是实现设备与电网之间的同步，是设备稳定运行的基本，对动态性能有很重要的影响，所以针对基于锁相环控制的一类可再生能源电力系统暂态稳定的研究具有重要意义。

电力系统暂态稳定分析的主要方法有数值仿真法和基于能量函数的直接法。直接法物理意义清晰，相比完全数值仿真方法的优点在于，其根据故障切除时刻的状态对稳定性直接判断，进一步的还可计算稳定裕度等重要稳定性指标。以同步发电机为主的传统电力系统，根据转子运动方程清晰的物理意义，已构建以转子能量为核心的能量函数。接着应用势能边界界面法(PEBS)或基于稳定域边界的主导不稳定平衡点法(BCU)，计算得到系统的临界切除能量，将故障切除时刻的能量函数值与临界切除能量相比较，可直接对暂态稳定性做出判断。而基于电力电子技术的可再生能源设备物理意义尚未明确，在能量函数构建上仍是空白，这直接阻碍了直接法应用于可再生能源电力系统。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种可再生能源电力系统的暂态能量函数计算方法，其目的在于实现直接法应用于可再生能源电力系统。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可再生能源电力系统的暂态能量函数计算方法，该方法包括以下步骤：

S1.针对可再生能源设备和同步发电机同时接入的电力系统，只将所有可再生能源设备节点、同步发电机节点和电力负荷节点作为电力网络节点，构建电力系统的数学模型，所述电力系统的数学模型中，电力网络表示为电力网络节点导纳矩阵，可再生能源设备暂态过程表示为忽略d轴电流时锁相环状态的二阶微分方程，同步发电机暂态过程表示为功角的二阶摇摆方程，电力负荷采用恒功率模型；

S2.分别计算各可再生能源设备的能量函数、各同步发电机的能量函数、电力网络的能量函数和所有电力负荷的能量函数，并将所有能量函数相加，得到电力系统的暂态能量函数。

优选地，所述锁相环状态的二阶微分方程表示如下：

可再生能源设备节点i输出的有功功率和无功功率P_ei,Q_ei计算公式如下：