[发明专利]一种适用于次同步振荡分析的改进直驱风电场奇异摄动降阶方法

说明书

本发明公开了一种适用于次同步振荡(SSO)分析的改进直驱风电场(DDWF)奇异摄动降阶方法。首先，基于主导度分析原理，量化了DDWF系统各振荡模式对系统动态特性的主导作用。其次，根据各振荡模式主导度的大小，在保留模式集合确定原则框架下，建立了包括DDWF系统主导振荡模式和SSO模式在内的DDWF系统保留模式集合。再次，在全部保留模式参与因子分析结果的基础上，筛选出与保留模式相关性较强的状态变量作为慢动态变量，完成DDWF系统的多时间尺度划分。最后，在DDWF多时间尺度划分的基础上，基于奇异摄动原理，最终建立DDWF奇异摄动降阶系统。本发明所述的改进奇异摄动降阶方法能够在最大限度降低DDWF系统阶数、提高仿真效率的同时，充分保留DDWF全阶系统的动态特性及SSO特性，为大规模DDWF并入弱电网系统的SSO问题分析提供了有力支持。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种适用于次同步振荡(SSO)分析的改进直驱风电场(DDWF)奇异摄动降阶方法。

背景技术

大规模风电接入电力系统后，可能诱发电力系统次同步振荡(sub-synchronousoscillation，SSO)问题。近年来，国内外已先后发生多起由风电场并网引发的SSO事故。因此，有必要研究直驱风电场(direct-drive wind farm，DDWF)并入弱电网系统的SSO问题。

目前，关于直驱风电场SSO的研究方法主要是阻抗分析法和特征值分析法。特征值分析法不仅可以表征不同设备间的次同步相互作用程度，而且能够获得系统的全部特征信息，故特征值分析法应用广泛。但是，电力系统实际运行时，通常存在多个DDWF经同一并网点接入弱电网的情况。此时，基于系统全阶模型进行特征值分析虽可精确地描述系统动态特性，但会增加数值计算难度，计算过程将占用大量的计算资源，甚至引起“维数灾”问题。因此，有必要研究相应的DDWF降阶方法，以适应DDWF接入弱电网系统的SSO分析。

由于DDWF所含的机械与电力电子设备响应速度不同，故DDWF存在多种时间尺度下的暂态过程，属于多时间尺度系统。为了兼顾模型计算效率和精度，可以采用忽略小时间尺度不平衡状态的方式，对DDWF全阶系统进行降阶。奇异摄动理论作为一种基于多时间尺度特性的降阶方法，广泛应用于双馈风电场及微电网等各类电力系统之中。但是，现有奇异摄动降阶方法和现有的改进DDWF奇异摄动降阶方法均以保证降阶前后系统的静、动态特性一致为目的，着眼于系统的多时间尺度划分过程，通过计算各状态变量对应奇异摄动参数的大小，实现特定系统状态的剔除。由于降阶过程未考虑系统SSO模式的保留问题，应用现有奇异摄动降阶方法所建立的DDWF降阶系统是否能够保留全阶系统的SSO特性尚不明确。因此，采用现有奇异摄动降阶方法所得的DDWF降阶系统不能应用于DDWF接入弱电网系统的SSO分析之中。

在复现全阶系统动态特性的同时，为了保证DDWF降阶系统与全阶系统具有一致的SSO特性，奇异摄动降阶前，应首先识别出对DDWF系统动态特性起主导作用的振荡模式；再确定包含SSO模式和主导振荡模式的DDWF降阶系统保留模式集合。经典控制理论中，通常依据特征值在s平面上的分布形态，人为识别系统的主导振荡模式。该方法有效与否决定于研究人员的经验及特征值的分布特性，故由该方法得到的主导振荡模式判定结果具有很大的随机性。因此，有必要研究客观有效的主导振荡模式确定方法。