基于安全域的含雙饋風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性領(lǐng)域，尤其涉及一種電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代大型風(fēng)電場(chǎng)普遍采用雙饋風(fēng)機(jī)（DoubleFedInductionGenerator,DFIG)等 變速恒頻機(jī)組，以提高風(fēng)電場(chǎng)的效率與可控性。DFIG具有控制方式靈活、變頻裝置容量小、 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍廣、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但其動(dòng)態(tài)特性與傳統(tǒng)的同步電機(jī)相比具有較大的差異。
[0003] 隨著風(fēng)電滲透率的增加，大量雙饋風(fēng)電場(chǎng)的接入對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響已不容 忽視。截止到目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展了大量有關(guān)含DFIG電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究。然而，現(xiàn) 有文獻(xiàn)在研究DFIG對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響時(shí)，多采用時(shí)域仿真方法，該方法屬于"逐點(diǎn) 法"的范疇，即對(duì)既定的事故前功率注入和既定的事故進(jìn)行仿真等以判斷其穩(wěn)定性，所得結(jié) 論與系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)（即調(diào)度方案，也就是發(fā)電出力與負(fù)荷等節(jié)點(diǎn)注入功率）密切相關(guān)；在 系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，往往需要重新進(jìn)行仿真計(jì)算，并且無法給出系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性測(cè)度。 風(fēng)電場(chǎng)出力具有波動(dòng)性與不確定性，使得系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)更加復(fù)雜多變，因此，在含風(fēng)電電 力系統(tǒng)的安全性分析中，"逐點(diǎn)法"的上述缺陷更加凸顯。
[0004] 與"逐點(diǎn)法"相比，近年來發(fā)展迅速的安全域（SecurityRegion，SR)方法可以有 效克服"逐點(diǎn)法"的缺陷。SR與系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)一一對(duì)應(yīng)的，不依賴于系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；在計(jì)算 出SR的邊界后，就可以通過判斷系統(tǒng)當(dāng)前的注入是否位于SR內(nèi)來進(jìn)行相關(guān)安全性校驗(yàn)。同 時(shí)，SR可以給出當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)在域中的相對(duì)位置，以表征系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定裕度。
[0005] 近年來，對(duì)動(dòng)態(tài)安全域（DynamicSecurityRegion，DSR)及其相關(guān)應(yīng)用已進(jìn)行了 大量的研究。研究表明，采用擬合法求取DSR的邊界，并經(jīng)過大量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在工程關(guān)心的 范圍內(nèi)，DSR的邊界可以用一個(gè)或多個(gè)超平面進(jìn)行擬合，并把由超平面邊界表示的動(dòng)態(tài)安全 域稱為實(shí)用動(dòng)態(tài)安全域（PracticalDynamicSecurityRegion，PDSR)，當(dāng)前，PDSR已成功 應(yīng)用于電力系統(tǒng)的多個(gè)方面，如安全監(jiān)視、安全成本優(yōu)化、緊急控制和電力系統(tǒng)概率安全評(píng) 估等。但以往有關(guān)DSR的研究中，均未考慮DFIG的影響。DFIG的接入會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)DSR帶 來哪些影響，其邊界還能否用超平面近似擬合等問題有待于研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明研究的為注入空間上保證事故后電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的DSR，提出了一種基 于安全域的含雙饋風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法，經(jīng)過大量仿真計(jì)算發(fā)現(xiàn)，DFIG接入 后，注入功率空間上DSR的邊界仍可以用超平面進(jìn)行擬合，并通過時(shí)域仿真驗(yàn)證了計(jì)算所 得DSR邊界的準(zhǔn)確性。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種基于安全域的含雙饋風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)暫 態(tài)穩(wěn)定性分析方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一、由實(shí)際電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，基于同步發(fā)電機(jī)、雙饋風(fēng)機(jī)和負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型，確定 電力系統(tǒng)的故障線路LF、故障切除時(shí)間t。、安全域邊界臨界穩(wěn)定點(diǎn)搜過過程的收斂步長(zhǎng)d。、 擴(kuò)展臨界點(diǎn)搜索擾動(dòng)步長(zhǎng)d」所述同步發(fā)電機(jī)忽略阻尼繞組的雙軸模型，其中所述負(fù)荷動(dòng) 態(tài)模型中所有負(fù)荷均為恒功率負(fù)荷；
[0009] 步驟二、設(shè)定場(chǎng)景CaseA和CaseB，其中，CaseA是不接入雙饋風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)； CaseB是將雙饋風(fēng)機(jī)接入到上述CaseA電力系統(tǒng)的母線上，并以此替換該母線上的同步發(fā) 電機(jī)；
[0010] 步驟三、根據(jù)CaseA對(duì)應(yīng)的電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)模型、負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型和網(wǎng)絡(luò)拓 撲數(shù)據(jù)，確定該電力系統(tǒng)安全域的參數(shù)空間，搜索該電力系統(tǒng)的臨界點(diǎn)并擬合相應(yīng)的動(dòng)態(tài) 安全域邊界；
[0011] 根據(jù)CaseB對(duì)應(yīng)的電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)模型、雙饋風(fēng)機(jī)模型、負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型和 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，確定該電力系統(tǒng)安全域的參數(shù)空間，搜索該電力系統(tǒng)的臨界點(diǎn)并擬合相應(yīng) 的動(dòng)態(tài)安全域邊界；
[0012] 步驟四、在計(jì)算動(dòng)態(tài)安全域條件相同的基礎(chǔ)上，通過對(duì)CaseA與CaseB的動(dòng)態(tài)安 全域進(jìn)行對(duì)比分析得出接入雙饋風(fēng)機(jī)后電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)安全域有所擴(kuò)大；
[0013] 步驟五、通過研究接入雙饋風(fēng)機(jī)后電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)安全域產(chǎn)生變化的原因，分析 雙饋風(fēng)機(jī)接入后對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，從而得出接入雙饋風(fēng)機(jī)可以提高電力系統(tǒng) 的暫態(tài)穩(wěn)定性。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0015] 當(dāng)前，在研究含DFIG電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題時(shí)多采用時(shí)域仿真法，該時(shí)域仿真 法屬于"逐點(diǎn)法"的范疇，一旦系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，需要重新進(jìn)行計(jì)算；并且難以給出 系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性測(cè)度。DSR方法可以有效克服"逐點(diǎn)法"的上述缺陷，但以往有關(guān)DSR的 研究中未考慮DFIG的影響。有關(guān)含雙饋風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全域的計(jì)算方法與域邊界的 超平面擬合方法為電力系統(tǒng)研究人員從系統(tǒng)整體上分析雙饋風(fēng)機(jī)接入對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn) 定性的影響，以及大量雙饋風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)的安全監(jiān)視與評(píng)估提供了有效的工具。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明基于安全域的含雙饋風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法流程圖；
[0017]圖2是本發(fā)明中實(shí)施例新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)接線圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明是圖2所示系統(tǒng)三維空間上的DSR;
[0019] 圖4是本發(fā)明是圖3所示DSR邊界的驗(yàn)證（其中，設(shè)定有8個(gè)運(yùn)行點(diǎn)）；
[0020] 圖5是本發(fā)明是CaseA和CaseB的DSR邊界對(duì)比；
[0021] 圖6是實(shí)施例中同步機(jī)G37與DFIG的有功出力曲線；
[0022] 圖7是實(shí)施例中母線37電壓幅值曲線；
[0023] 圖8是實(shí)施例中同步機(jī)G37與DFIG的無功出力曲線；
[0024] 圖9-1至圖9-8分別是圖4中所示1至8運(yùn)行點(diǎn)的暫態(tài)仿真的功角搖擺曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體 實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。
[0026] 本發(fā)明一種基于安全域的含雙饋風(fēng)機(jī)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法，其實(shí)施流程 圖如圖1所示，包括以下步驟：
[0027] 步驟一：由實(shí)際電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，基于同步發(fā)電機(jī)、雙饋風(fēng)機(jī)和負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型，確定 電力系統(tǒng)的故障線路LF、故障切除時(shí)間t。、安全域邊界臨界穩(wěn)定點(diǎn)搜過過程的收斂步長(zhǎng)d。、 擴(kuò)展臨界點(diǎn)搜索擾動(dòng)步長(zhǎng)d」所述同步發(fā)電機(jī)忽略阻尼繞組的雙軸模型，其中所述負(fù)荷動(dòng) 態(tài)模型中所有負(fù)荷均為恒功率負(fù)荷。
[0028] 本發(fā)明以新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，如圖2所示。本發(fā)明中采用的同步發(fā) 電機(jī)模型為忽略阻尼繞組的雙軸模型，勵(lì)磁器為IEEE-I型勵(lì)磁系統(tǒng)；采用DFIG模型與典型 參數(shù)；所有負(fù)荷均為恒功率負(fù)荷。預(yù)想事故為母線3到母線4線路發(fā)生三相短路故障，故障 持續(xù)時(shí)間為〇.Is。
[0029] 步驟二：為了研究雙饋風(fēng)機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，考慮以下兩種場(chǎng)景： 場(chǎng)景CaseA和CaseB，其中，CaseA是不接入雙饋風(fēng)機(jī)的電力系統(tǒng)；CaseB是將雙饋風(fēng)機(jī) 接入到實(shí)施例的CaseA電力系統(tǒng)的母線37上，并以此替換原系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)G37，
[0030] 步驟三：根據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)元件模型參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)確定系統(tǒng)的控制參數(shù)空 間，搜索系統(tǒng)的臨界點(diǎn)并擬合相應(yīng)的動(dòng)態(tài)安全域邊界。包括：根據(jù)CaseA對(duì)應(yīng)的電力系統(tǒng) 的同步發(fā)電機(jī)模型、負(fù)荷動(dòng)態(tài)模型和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)，確定該電力系統(tǒng)安全域的參數(shù)空間，搜 索該電力系統(tǒng)的臨界