[发明专利]一种电力系统的次同步模态能量分析方法

说明书

本发明公开了电力系统次同步振荡分析研究领域的一种电力系统的次同步模态能量分析方法，包括：首先针对给定电力系统，建立电力系统哈密顿模型；然后基于建立的哈密顿模型，推导给定电力系统的次同步模态能量结构；最后通过次同步模态能量结构中各能量项性质，得到电力系统次同步振荡诱因判定原则。本发明的次同步模态能量分析方法广泛适用于电力系统次同步振荡问题的分析研究，能够揭示次同步振荡能量交互的物理机制，解释不同机理下电力系统次同步振荡现象的诱因，可以观察次同步振荡发展和传播的过程。

技术领域

本发明属于电力系统次同步振荡分析研究领域，具体涉及一种电力系统的次同步模态能量分析方法。

背景技术

随着新能源和电力电子设备在电力系统中占比不断扩大，电力系统次同步振荡问题所涉及的对象也日益复杂。

由于直流输电系统与汽轮发电机轴系之间的相互作用，美国Square Buttle直流输电工程调试时出现轴系扭转相互作用导致的次同步振荡现象。由于风电场和电力系统串补之间的相互作用，美国德州风电场和我国河北沽源双馈风电场也均出现过次同步振荡现象，造成大量风电机组脱网。新疆哈密直驱风电场也曾因与之接相连的弱电网相互作用，导致300km外的多台火电机组切机。由于复杂电力电子设备之间的相互作用，国内南汇柔直工程、南澳柔直工程、厦门柔直工程调试过程中，双馈风电场与柔直换流站之间也曾出现过20Hz～30Hz的次同步振荡现象，影响系统稳态运行。此外，光伏发电与弱电网之间、直流输电与弱电网之间、直驱风电场与直流输电之间均存在次同步振荡隐患。

传统的次同步振荡研究方法主要从时域和频域角度展开研究，有时域仿真法、特征值分析法、阻抗分析法、频率扫描法等，但此类方法无法揭示电力系统次同步振荡能量交互的物理机制，难以洞察次同步振荡发展和传播的过程。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电力系统的次同步模态能量分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种电力系统的次同步模态能量分析方法，包括：

首先针对给定的电力系统建立其哈密顿形式系统模型；

然后基于建立的哈密顿模型，推导给定电力系统的次同步模态能量结构；

最后通过次同步模态能量结构中各能量项性质，得到电力系统次同步振荡诱因判定原则。

优选地，所述电力系统哈密顿模型如下：

式中，x₁为电力系统能量变量；u₁为电力系统端口输入变量；y₁为电力系统端口输出变量；J₁(x₁)为电力系统的内联结构矩阵，其为一反对称矩阵，即J₁(x₁)＝-J₁^T(x)；R₁(x₁)为电力系统的阻尼矩阵，其为一半正定矩阵，即R₁(x₁)＝R^T₁(x₁)≥0；H₁(x₁)为电力系统存储的全部能量，即能量函数；g₁(x₁)为电力系统端口结构矩阵。

优选地，所述电力系统存储的全部能量H₁(x₁)用式(2)能量函数描述：

然后将式(2)中电力系统能量变量表示为基频量叠加次同步量的形式，如(3)所示：