一種基于電氣解耦的發(fā)電機(jī)組經(jīng)兩直流送出系統(tǒng)模型簡化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)次同步振蕩技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于電氣解禪的發(fā)電機(jī) 組經(jīng)兩直流送出系統(tǒng)模型簡化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在研究次同步振蕩（SSO)問題時，系統(tǒng)所有元件需采用詳細(xì)的電磁暫態(tài)模型，包括 交流系統(tǒng)，輸電線路，發(fā)電機(jī)電氣部分，多質(zhì)量塊軸系模型，勵磁系統(tǒng)，調(diào)速器，電力系統(tǒng)穩(wěn) 定器，直流系統(tǒng)等。目前適用于SSO問題的仿真軟件比較有限，主要有PSCAD/EMTDC、EMTP、 肥TOMAC等。由直流引發(fā)的SSO問題主要是發(fā)電機(jī)與直流控制系統(tǒng)間相互作用引起的，因此 需要對直流換流站進(jìn)行詳細(xì)建模。但是，由于直流換流站模型含有較多的電力電子元件，兩 直流換流站系統(tǒng)在PSCAD仿真建模時規(guī)模較大，軟件對算法和模型有限制，仿真速度慢，仿 真效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服已有PSCAD直流換流站仿真模型存在的不足，提供一種基 于電氣解禪的發(fā)電機(jī)組經(jīng)兩直流送出系統(tǒng)模型簡化方法。
[0004] 本發(fā)明的目的通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)。一種基于電氣解禪的發(fā)電機(jī)組經(jīng)兩直流送 出系統(tǒng)模型簡化方法，包括W下步驟：
[0005] (1)將發(fā)電機(jī)組經(jīng)兩直流送出系統(tǒng)劃分成3部分，即，待研究機(jī)組，HVDCl系統(tǒng)和 HVDC2系統(tǒng)；
[0006] (2)將兩直流換流站的實際電力系統(tǒng)所有的狀態(tài)變量分為=部分，分別是發(fā)電機(jī) 電磁回路、勵磁系統(tǒng)W及發(fā)電機(jī)出口母線電壓狀態(tài)變量，直流換流站HVDCl及其送端電網(wǎng)、 受端電網(wǎng)狀態(tài)變量，直流換流站HVDC2及其送端電網(wǎng)、受端電網(wǎng)狀態(tài)變量;各部分狀態(tài)變量 如下所示：
[0007] ①發(fā)電機(jī)側(cè)狀態(tài)變量Xgi如式（1)所示：
[0008] XGi=[Ai])di Ai])qi A 恥 1 Aifci Ai])gi Ai])qi]t
[0009] Xei=[Ax1i Axl2 Axlf]T (I)
[0010] 兩味。A碼4]
[001U 其中，拍I是待研究發(fā)電機(jī)Gl電磁回路的狀態(tài)變量；A 4表示狀態(tài)變量為磁通，下標(biāo)I 表示待研究發(fā)電機(jī)Gl;交流abc坐標(biāo)系統(tǒng)經(jīng)派克變換后得到旋轉(zhuǎn)dqO坐標(biāo)系統(tǒng)，下標(biāo)d、q、g分 別代表發(fā)電機(jī)直軸、交軸和等效的零軸；下標(biāo)D、Q、f分別代表直軸阻尼繞組、交軸阻尼繞組 和勵磁繞組；
[001引Xei是待研究發(fā)電機(jī)Gl勵磁系統(tǒng)狀態(tài)變量；A山、A xl2、A xlf的選取是根據(jù)勵磁系 統(tǒng)的簡化傳遞函數(shù)圖得到的，如圖3所示。其中Xlf是勵磁電壓，xh、xl2是傳遞變量，Ut是發(fā) 電機(jī)的機(jī)端電壓的實際值，Uref是機(jī)端電壓參考值；
[001引 Xacuo是待研究發(fā)電機(jī)Gl出口母線電壓的狀態(tài)變量，對母線A側(cè)對地電容線性化所 得，是電壓量，下標(biāo)0代表發(fā)電機(jī)，W區(qū)分換流站HVDCl、HVDC2側(cè)中的交流系統(tǒng)的狀態(tài)變量下 標(biāo)表示;UA、^指與待研究發(fā)電機(jī)Gl相連的母線A的電壓和相角；
[0014] ②直流HVDCl側(cè)的狀態(tài)變量Xd。姻式(2)所示；
[001 引 Xdci = [ Aaci Aidi A 00i]
[0016] 屯cm =[細(xì)S A 犯。曲 C 卸"。心施 A!'a,y] (2)
[0017] XACIacl= [Aioutlx Aioutly Aiaclx Aiacly]
[0018] 其中，Xdci是換流站HVDCl側(cè)直流系統(tǒng)的狀態(tài)變量;整流側(cè)采用定電流控制，逆變側(cè) 采用定焰弧角控制；id為直流電流，a。為觸發(fā)延遲角，00為觸發(fā)超前角，下標(biāo)1表示換流站 HVDClO
[0019] Xacui是換流站HVDCl側(cè)送端交流系統(tǒng)的狀態(tài)變量，分為電壓量(接地電容狀態(tài)變 量)和電流量(輸電線路狀態(tài)變量），下標(biāo)1代表換流站HVDCl系統(tǒng);加、斬、UC、％。指整流側(cè)母 線B和逆變側(cè)母線C的電壓和相角；iabx、iaby代表HVDCl整流側(cè)接地電容上流過的電流iab的X、 y軸分量
[0020] XACIacl是HVDCl側(cè)受端交流系統(tǒng)的狀態(tài)變量；ioutlx表示母線B流向等值電源1的電 流，ia康示母線C流向等值電源2的電流;下標(biāo)1表示HVDCl系統(tǒng)，x、y表示電流在X軸與y軸的 分量；
[0021 ]③直流HVDC2側(cè)的狀態(tài)變量Xdc2如式(3)所示：
[0022] Xdc2 = [A 曰c2 Aid2 A (602]
[0023] X-戰(zhàn)的h恥。AMe A也 Ai。* Af崎] (3)
[0024] XACIac2= [ A iout2x A iout2y A iac2x A iac2y]
[002引其中，Xdc2是換流站HVDC2偵幢流系統(tǒng)的狀態(tài)變量;整流側(cè)采用定電流控制，逆變側(cè) 采用定焰弧角控制；id為直流電流，a。為觸發(fā)延遲角，00為觸發(fā)超前角，下標(biāo)2表示換流站 HVDC20
[0026] XACU2是換流站HVDC2側(cè)送端交流系統(tǒng)的狀態(tài)變量，分為電壓量(接地電容狀態(tài)變 量)和電流量(輸電線路狀態(tài)變量），下標(biāo)2代表換流站HVDCl系統(tǒng);郵、、加、^指整流側(cè)母 線D和逆變側(cè)母線E的電壓和相角；iadx、iady代表HVDC2整流側(cè)接地電容上流過的電流iad的X、 y軸分量。
[0027] XAciac2是HVDC2側(cè)受端交流系統(tǒng)的狀態(tài)變量；ioutix表示母線D流向等值電源3的電 流，ia康示母線E流向等值電源4的電流;下標(biāo)2表示HVDC2系統(tǒng)，x、y表示電流在X軸與y軸的 分量；
[0028] (3)根據(jù)(2)中分類得到的狀態(tài)變量列寫狀態(tài)方程，表示成矩陣形式，如(4)-(7)所 示： (4)
[00引]其中，若,=+ 4 A,代表方程組：
[0032] p)(dci=Adu-dci^Cdci+人 dci-acui)(acui
[0033] pXACIacl=AACIacl-ACIaclXACIacl+AACIaacl-ACUlXACUl (5)
[0034] pXACUl = AACin-ACUlXACUl+AACUl-ACU〇XACUO+AACin-ACIaclXACIacl+AACia-DClXDCl
[00對 =屯馬。+.屯馬代表方程組：
[0036] pXdci=Adu-dciXdci+Adci-acuiXacui
[0037] pXACIac2=AACIac2-ACIac2XACIac2+AACIaac2-ACU2XACU2 (6)
[003引 pXACU2 = AACU2-ACU2XACU2+AACU2-ACU0XACUO+AACU2-ACIac2XACIac2+AACU2-DC 巧 DC2
[0039] ￡, = 4,Ad ^ 4,成2 +4,:義;代表方程組：
[0040] pXci=Agi-ciXci+Agi-acuoXacuo+Ag^^Cs+Agi-eiXei
[0041 ] p)(acuo = _/Ucuo-acuo)(acuo+人 acuo-acui)(acui+人 acuo-acu2)(acu2+A\cuo-gi)(gi+A\cu-s)(5 (7)
[0042] pXei=Aei-eiXei+Aei-acuoXacuo+Aei-giXgi+Aei-5X5
[0043] (4)分析上述矩陣方程，由于換流站HVDCl和換流站HVDC2結(jié)構(gòu)對稱，因此矩陣A是 一個對稱矩陣；由于相似矩陣具有相同特征根，并且通過矩陣變化后原系統(tǒng)的特征信息被 保留，因此，采用矩陣變換的方法，將兩直流換流站系統(tǒng)進(jìn)行等值簡化，簡化為兩個獨立的 直流系統(tǒng)；
[0044] 選取正交變化矩陣如式(8)所示，
(8)
[0046] 其逆矩陣為式(9)，
[0048]其中Ii和Ig為單位矩陣，維數(shù)分別與All和Agg相等，求出矩陣A的相似矩陣B如式 (10)所示。
[0050] (5)分析矩陣A、B。
[0051] 矩陣B為分塊矩陣，并且兩個矩陣塊相互獨立，表示兩個獨立運行的系統(tǒng)。其中一 個系統(tǒng)等價于直流換流站HVDCl與無窮大母線相連，實現(xiàn)與機(jī)組的扭振互作用解禪;另一個 系統(tǒng)等價于直流換流站HVDC2先將接口中的互作用系數(shù)放大一倍，再經(jīng)由線路與發(fā)電機(jī)連 接。
[0052] 由于矩陣A和矩陣B是相似矩陣，故矩陣A和矩陣B的特征值相等，因此，在采用特征 根方法分析扭振互作用分析時，該方法保留了原有系統(tǒng)的特征信息，即扭振頻率W及扭振 模態(tài)阻尼等信息，因此在分析次同步扭振時可W考慮將兩直流換流站系統(tǒng)進(jìn)行等值簡化， 如圖4所示。
【附圖說明】
[0053] 圖1是簡化前發(fā)電機(jī)組經(jīng)兩直流外送系統(tǒng)模型圖。
[0054] 圖2是兩直流換流站系統(tǒng)詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)圖。
[0055] 圖3是勵磁系統(tǒng)的傳遞函數(shù)圖。
[0056] 圖4是簡化后兩直流換流站系統(tǒng)模型圖。
[0057] 圖5是2020年西北某省750kV主網(wǎng)架系統(tǒng)圖。
[0058] 圖6是不同Kr時兩種方法的電氣阻尼曲線圖。
[0059] 圖7是不同Tr時兩種方法的電氣阻尼曲線圖。
[0060] 圖8是不同Ki時兩種方法的電氣阻尼曲線圖。
[0061] 圖9是不同Ti時兩種方法的電氣阻尼曲線圖。
[0062] 圖10是不同Ldc時兩種方法的電氣阻尼曲線圖。
【具體實施方式】
[0063] 下面結(jié)合附圖對實際系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，驗證基于電氣解禪的發(fā)電機(jī)組經(jīng)兩直流 送出系統(tǒng)模型簡化方法有效性。
[0064] 圖5所示為未來2020年西北某省750kV主網(wǎng)架系統(tǒng)圖，通過哈密、哈密北兩回特高 壓直流外送電力。正常的運行方式是國投電廠只投入一臺發(fā)電機(jī)組，出力為660MW，兩回直 流均滿發(fā)，即都直流投入4個單元，直流輸送功率為8000MW，各交流輸電線路均投入運行。顯 然，該系統(tǒng)是典型的汽輪機(jī)和兩個直流換流站的系統(tǒng)，可表示成圖1所示的簡化前兩直流換 流站系統(tǒng)模型。其中，待研究機(jī)組為國投電廠投入的660MW發(fā)電機(jī)組，用HVDCl表示哈密一鄭 州直流，用HVDC2表示哈密北一重慶直流。因此，換流站與機(jī)組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可用圖2表示。
[0065] 該實際電力系統(tǒng)情況如下：
[0066] 交