[发明专利]一种考虑风电与直流综合作用的电力系统暂态稳定分析方法

摘要

本发明公开了一种考虑风电与直流综合作用的电力系统暂态稳定分析方法，通过建立风电接入交直流非并联送出的系统暂态稳分析模型，提出大规模风电接入对系统暂态稳定影响的量化指标，提出将风电与直流综合作用等效为系统等值机械功率增量的定量分析方法，基于等面积定则提出了考虑风电与直流综合作用对加速面积与减速面积的改变的定性分析方法。本发明实现方便，分析方法更明确有效；适用性高，分析简便；适用范围广，分析效果好；应用场景广，利于解决实际工程问题。

主权项

1.一种考虑风电与直流综合作用的电力系统暂态稳定分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据扩展等面积法，得到单机无穷大系统的运动方程：将受扰严重的同步机组定义为临界S机群，剩下的同步机组称为余下A机群，对全系统进行双机等值得到转子运动方程：式中：Ms和Ma分别为S机群和A机群的惯性时间常数；δs和δa分别为S机群和A机群的转子角；Pms和Pma分别为S机群和A机群的等值机械功率；Pes和Pea分别为S机群和A机群的等值电磁功率，其表达式为：其中，Mi、Pmi、Pei分别为S机群中第i个机组的惯性时间常数、等值机械功率和等值电磁功率；Mj、Pmj和Pej分别为A机群中第j个机组的惯性时间常数、等值机械功率和等值电磁功率；进一步作单机无穷大等值并定义转子角为：δ＝δs‑δa    (6)从而单机无穷大系统的运动方程为：其中，式中：M、Pm、Pe分别为单机无穷大系统的等值惯量、等值机械功率和等值电磁功率；G为网络节点导纳矩阵中的元素；γ为熄弧角；Ei、Ek、Ej、El分别为S机群与A机群中各台发电机的等值电势；Gij为发电机i与发电机j的互导纳；MT为整个系统的惯量，PC、C、D分别为等值电磁功率表达式中的各分项；步骤2：建立含大规模风电的交直流混联三区域系统模型：将大规模双馈风力机组成的风电场等效为一台双馈风机，送端系统为区域1，由双馈风机与常规火电厂的同步机按比例组合构成；区域1与区域2同步弱互联，区域2为交流受端区域，区域3为直流受端区域，其中区域2与区域3非并联运行；步骤3：确定风电接入对系统暂态稳定影响分析指标：假定系统失稳模式已知，将区域1内的同步机组称为受扰严重的临界S机群，区域2内的同步机组称为余下A机群；当风电未接入时，系统的网络方程为式中：分别为S机群和A机群节点注入电流列向量；分别为S机群和A机群节点注入电压列向量；Y_ss、Y_sa、Y_as、Y_aa是已包含负荷阻抗的导纳矩阵的元素；DFIG接入后，即等效电流源从风电并网点注入，则系统的网络方程变为：式中：分别为风机注入电流和节点电压列向量；Y_sw、Y_ww、Y_ws、Y_wa、Y_aw为风机接入后节点导纳矩阵中新增的元素，且Y_wa、Y_aw均为零；为分析风电场接入对原系统同步机的影响，将DFIG等值纳入S机群，则对以上网络方程进行变换，得到：式中：Ys's为风电接入后区域1的自阻抗矩阵；△Iw为注入电流；设风电机组接入比例为k，风电输出有功功率为Pw＝kPs0，风电并网母线电压为Uw，则注入电流为：△Iw＝kPs0/Uw    (11)对公式(7)进行修正，其中与S机群自导纳相关的量只有PC，而C、D、Pem、γ均不变，则式中，P′C为对式(7)中PC进行修正之后的值；△PC为修正量；此外，风电接入后S机群的机械功率变为：式中：Mw、Pmw分别为风电场等值惯量与机械功率；△Pm为风电作用下对机械功率的修正量；令则风机接入后的系统运动方程为：对比式(7)与式(14)，风电接入后对系统稳定性的影响等效表现为对S机群机械功率或者电磁功率的增量△Pmw‑△Pew，变换为标准形式：式中：P″m＝P′m‑△PC＝Pm+△Pmw‑△Pew；步骤4：记及风电与直流综合作用的三区域系统暂态稳定的定量分析：进一步考虑区域2直流系统的影响，得到三区域系统转子运动方程：式中，PD13为直流输送功率；将直流系统的影响等效为对S机群机械功率或者电磁功率的增量PD13，忽略发电机调速器动作以及负荷功率变化，式(16)简化为其中，式中：P″′m为考虑风电与直流综合作用后的三区域系统等值机械功率；P′em为考虑风电与直流综合作用后的三区域系统等值电磁功率最大值；将风电与直流的综合作用等效为对系统等值机械功率的增量△Pmw‑ΔPew‑PD13，基于该模型定量分析风电与直流对系统暂态功角稳定的影响。