[发明专利]一种发电机聚合的解析求解方法

摘要

本发明提出了一种发电机聚合的解析求解方法，本发明精确考虑了聚合过程中需要将各发电机移到假想公共母线上时所产生的电压复变比影响，保证等值前后注入电网功率不变；将发电机注入电力网络中的电流作为体现发电机模型结构特征的载体，从而将发电机描述成由发电机结构参数和发电机运行状态所构成的时域系数矩阵形式；考察聚合前后注入网络电流情况，采用坐标系转换的方式将待聚合发电机和等值机的电流相量移至全网同步平面的D轴和Q轴上并保证投影相等，从而在时域内以非迭代的方式直接获得了等值发电机高阶（6阶）模型参数。本发明具有良好地通用性，弥补了频域迭代求解方法由于工作点设置或寻优方向选取不合理而导致不能准确求解的不足，也解决了对发电机详细模型的依赖性，计算量小，效率高，可适应于大规模电网的动态等值化简应用。

主权项

一种发电机聚合的解析求解方法，其特征在于包括如下实施步骤：1)确定待聚合的发电机；2)设置公共母线电压Ve，取待聚合发电机的额定电压平均值，加入移相变压器使各发电机移置到假想公共母线上；3)修正移相变压器两端的对地支路导纳支路，进而修改系统导纳阵，将移相变压器化为理想变压器，消除移置接入母线所带来的电压偏差；4)检验处理后系统的潮流与原系统潮流是否相符，如果相符，则进行下面环节；否则重新选择公共母线电压，进行移相变压器消去；5)通过发电机注入电力网络中的电流，将发电机构造成由发电机结构参数和发电机运行状态所组成的时域系数矩阵形式；6)利用发电机的时域系数矩阵特点，采用坐标变换求取聚合前后注入电流在在同步平面各轴系投影分量，利用投影分量相等，从而获取聚合后发电机的解析参数；7)用前一步得到的等值机参数进行时域仿真，观测聚合后发电机转子角及母线电压和线路有功功率动态性能，若与原系统不一致，则返回第一步重新指定同调机组；若一致，则结束，输出结果；聚合解析方法以发电机注入网络电流为媒介构造发电机时域系数矩阵，能满足多种适用场合的需求；依据发电机双轴结构，将发电机注入网络电流描述成如式(1)所示：Idk、Iqk分别为待聚合机群中第k台发电机注入电流的d、q轴分量，xdk、xqk为第k台发电机的d、q轴同步电抗，Vdk、Vqk为第k台发电机的d、q轴端电压，Edk、Eqk为第k台发电机的d、q轴电势；可转化为由发电机结构参数和发电机运行状态所构成的时域系数矩阵形式，如(2)所示：Ik＝AkVk‑AkEk   (2)其中为第k台发电机参数所构成的导纳系数矩阵，Vk＝[Vdk、Vqk]为第k台发电机电压参数矩阵；对于聚合后的等值发电机，可采用相同形式描述等值机注入电流：Ie＝AeVe‑AeEe   (3)其中Ve为等值机的电压参数矩阵，Ee为等值机电势参数矩阵，Ae为等值机的导纳系数矩阵；在电压无偏差的条件下需要保证注入网络的电流相同，故聚合前后注入电流在各平面D、Q轴上的分量和也应不发生改变；待聚合发电机和等值发电机的电流对应电气角度不同，结合发电机结构时域系数矩阵特点，利用坐标变换方式实现发电机聚合要求；选取一公共坐标系DQ，第k台发电机在DQ坐标系下的电流，IDQk＝TkAkVdqk‑TkAkEdqk   (4)其中VDQk＝TkVdqk，VDQk为等值发电机在其(D,Q)坐标系下的电压投影，Vdqk为第k台发电机在其自身(dk,qk)坐标系下的电压投影，Edqk为第k台发电机在其自身(dk,qk)坐标系下的电势投影，Ak为第k台发电机参数所构成的导纳系数矩阵，定义Tk为各台机从各自的(dk,qk)坐标系变换到公共坐标系(D,Q)的坐标变换矩阵，δk为第k号机q轴超前Q轴的角度,DQ坐标系下的等值机电流是各同调机的注入电流之和，(D′,Q′)坐标系为等值机坐标系，δe为等值机Q′轴超前Q轴的角度，对于聚合后的等值发电机，其注入电流其中，m为待聚合发电机的数量，ak为待聚合发电机k与等值机的电压比，为各台机变换到等值机所在平面(D′,Q′)的坐标变换矩阵,Te为等值机变换到(D,Q)坐标系的坐标变换矩阵(ψk＝δk‑δe)；比较(2)式和(5)式得,等值系统的导纳系数矩阵由Ae应与各待聚合发电机系数矩阵具有相同结构形式，故等值同步电抗对于等值机暂态电抗由注入电流时域表达式(8)，其中x′dk、x′qk为第k台发电机的d、q轴暂态电抗，E′dk、E′qk为第k台发电机的d、q轴暂态电势；同样由时域系数矩阵相同的约束条件，有其中A′e为等值机的暂态导纳系数矩阵，为等值机D、Q轴暂态电抗；对于等值机次暂态电抗由注入电流时域表达式(11)，其中x″dk、x″qk为第k台发电机的d、q轴次暂态电抗，E″dk、E″qk为第k台发电机的d、q轴次暂态电势；同样由时域系数矩阵相同的约束条件，有其中A″e为等值机的次暂态导纳系数矩阵，为等值机D、Q轴次暂态电抗；由第k台机的D、Q轴暂态电势表达式(14)，其中T′d0k、T′q0k为第k台发电机的d、q轴暂态时间常数，Efdk为第k台发电机的励磁电压；将D、Q轴暂态电势表达式集合至矩阵形式(15)，其中第k台发电机暂态时间常数矩阵对等值机有相同结构，如式(16)所示其中Ce、De为等值机暂态时间常数系数矩阵，Ee为等值机电势，EFD为等值机励磁电压，等值机Q、D轴暂态时间常数分别为为求取等值机次暂态时间常数写出第k台机的D、Q轴次暂态电势表达式如式(19)所示，与和的推导过程相同，有其中等值机次暂态时间常数系数矩阵保证聚合前后发电机注入网络功率相等，同时具有相同的动态性能，所获得的发电机参数是解析解。