基于安全域的含雙饋風機電力系統(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)代大型風電場普遍采用雙饋風機（DoubleFedInductionGenerator,DFIG)等 變速恒頻機組，以提高風電場的效率與可控性。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，但其動態(tài)特性與傳統(tǒng)的同步電機相比具有較大的差異。
[0003] 隨著風電滲透率的增加，大量雙饋風電場的接入對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響已不容 忽視。截止到目前，國內(nèi)外學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) 有文獻在研究DFIG對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響時，多采用時域仿真方法，該方法屬于"逐點 法"的范疇，即對既定的事故前功率注入和既定的事故進行仿真等以判斷其穩(wěn)定性，所得結(jié) 論與系統(tǒng)的運行狀態(tài)（即調(diào)度方案，也就是發(fā)電出力與負荷等節(jié)點注入功率）密切相關(guān)；在 系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時，往往需要重新進行仿真計算，并且無法給出系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性測度。 風電場出力具有波動性與不確定性，使得系統(tǒng)的運行狀態(tài)更加復(fù)雜多變，因此，在含風電電 力系統(tǒng)的安全性分析中，"逐點法"的上述缺陷更加凸顯。
[0004] 與"逐點法"相比，近年來發(fā)展迅速的安全域（SecurityRegion，SR)方法可以有 效克服"逐點法"的缺陷。SR與系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)一一對應(yīng)的，不依賴于系統(tǒng)的運行狀態(tài)；在計算 出SR的邊界后，就可以通過判斷系統(tǒng)當前的注入是否位于SR內(nèi)來進行相關(guān)安全性校驗。同 時，SR可以給出當前運行點在域中的相對位置，以表征系統(tǒng)整體的安全穩(wěn)定裕度。
[0005] 近年來，對動態(tài)安全域（DynamicSecurityRegion，DSR)及其相關(guān)應(yīng)用已進行了 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的邊界可以用一個或多個超平面進行擬合，并把由超平面邊界表示的動態(tài)安全 域稱為實用動態(tài)安全域（PracticalDynamicSecurityRegion，PDSR)，當前，PDSR已成功 應(yīng)用于電力系統(tǒng)的多個方面，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 估等。但以往有關(guān)DSR的研究中，均未考慮DFIG的影響。DFIG的接入會對電力系統(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機電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法，經(jīng)過大量仿真計算發(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行擬合，并通過時域仿真驗證了計算所 得DSR邊界的準確性。
[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機電力系統(tǒng)暫 態(tài)穩(wěn)定性分析方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一、由實際電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，基于同步發(fā)電機、雙饋風機和負荷動態(tài)模型，確定 電力系統(tǒng)的故障線路LF、故障切除時間t。、安全域邊界臨界穩(wěn)定點搜過過程的收斂步長d。、 擴展臨界點搜索擾動步長d」所述同步發(fā)電機忽略阻尼繞組的雙軸模型，其中所述負荷動 態(tài)模型中所有負荷均為恒功率負荷；
[0009] 步驟二、設(shè)定場景CaseA和CaseB，其中，CaseA是不接入雙饋風機的電力系統(tǒng)； CaseB是將雙饋風機接入到上述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；
[0010] 步驟三、根據(jù)CaseA對應(yīng)的電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機模型、負荷動態(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)的臨界點并擬合相應(yīng)的動態(tài) 安全域邊界；
[0011] 根據(jù)CaseB對應(yīng)的電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機模型、雙饋風機模型、負荷動態(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)的臨界點并擬合相應(yīng) 的動態(tài)安全域邊界；
[0012] 步驟四、在計算動態(tài)安全域條件相同的基礎(chǔ)上，通過對CaseA與CaseB的動態(tài)安 全域進行對比分析得出接入雙饋風機后電力系統(tǒng)的動態(tài)安全域有所擴大；
[0013] 步驟五、通過研究接入雙饋風機后電力系統(tǒng)的動態(tài)安全域產(chǎn)生變化的原因，分析 雙饋風機接入后對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，從而得出接入雙饋風機可以提高電力系統(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] 當前，在研究含DFIG電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題時多采用時域仿真法，該時域仿真 法屬于"逐點法"的范疇，一旦系統(tǒng)運行方式發(fā)生變化時，需要重新進行計算；并且難以給出 系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性測度。DSR方法可以有效克服"逐點法"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)含雙饋風機電力系統(tǒng)動態(tài)安全域的計算方法與域邊界的 超平面擬合方法為電力系統(tǒng)研究人員從系統(tǒng)整體上分析雙饋風機接入對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn) 定性的影響，以及大量雙饋風電場并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)的安全監(jiān)視與評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機電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法流程圖；
[0017]圖2是本發(fā)明中實施例新英格蘭10機39節(jié)點系統(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邊界的驗證（其中，設(shè)定有8個運行點）；
[0020] 圖5是本發(fā)明是CaseA和CaseB的DSR邊界對比；
[0021] 圖6是實施例中同步機G37與DFIG的有功出力曲線；
[0022] 圖7是實施例中母線37電壓幅值曲線；
[0023] 圖8是實施例中同步機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運行點的暫態(tài)仿真的功角搖擺曲線。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細描述，所描述的具體 實施例僅對本發(fā)明進行解釋說明，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機電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析方法，其實施流程 圖如圖1所示，包括以下步驟：
[0027] 步驟一：由實際電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，基于同步發(fā)電機、雙饋風機和負荷動態(tài)模型，確定 電力系統(tǒng)的故障線路LF、故障切除時間t。、安全域邊界臨界穩(wěn)定點搜過過程的收斂步長d。、 擴展臨界點搜索擾動步長d」所述同步發(fā)電機忽略阻尼繞組的雙軸模型，其中所述負荷動 態(tài)模型中所有負荷均為恒功率負荷。
[0028] 本發(fā)明以新英格蘭10機39節(jié)點系統(tǒng)為例，如圖2所示。本發(fā)明中采用的同步發(fā) 電機模型為忽略阻尼繞組的雙軸模型，勵磁器為IEEE-I型勵磁系統(tǒng)；采用DFIG模型與典型 參數(shù)；所有負荷均為恒功率負荷。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)時間為〇.Is。
[0029] 步驟二：為了研究雙饋風機對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，考慮以下兩種場景： 場景CaseA和CaseB，其中，CaseA是不接入雙饋風機的電力系統(tǒng)；CaseB是將雙饋風機 接入到實施例的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G37，
[0030] 步驟三：根據(jù)當前電力系統(tǒng)元件模型參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)確定系統(tǒng)的控制參數(shù)空 間，搜索系統(tǒng)的臨界點并擬合相應(yīng)的動態(tài)安全域邊界。包括：根據(jù)CaseA對應(yīng)的電力系統(tǒng) 的同步發(fā)電機模型、負荷動態(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