[發明專利]交直流混合電力系統的次同步振蕩評估方法

有效

• 申請號: 201610323125.7
• 申請日: 2016-05-16
• 公開（公告）號: CN105743116B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 黃俊輝;高山;蔡暉;祁萬春;趙欣;王哲;王思成;李辰;竇飛;陸軍;韓海騰;張潮
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力公司經濟技術研究院;東南大學;國家電網公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 楊楠

技術領域

本發明涉及電力系統規劃和運行技術領域，尤其涉及一種交直流混合電力系統的次同步振蕩評估方法。

背景技術

交直流混合輸電以其運行方式靈活的特點，使得高壓直流輸電被廣泛運用于實際電網，在帶來巨大經濟效益的同時，也給電力系統帶來新的挑戰。不恰當的直流輸電控制有可能引發次同步振蕩，導致整流側交流系統發電機組轉子軸系的嚴重破壞。

高壓直流輸電技術(HVDC)是電力電子技術在電力系統輸電領域中應用最早同時也是較為成熟的技術。高壓直流輸電單元是由將交流電變換為直流電的整流器、高壓直流輸電線路以及將直流電變換為交流電的逆變器三部分組成，從結構上看，是交流-直流-交流形式的電力電子換流電路。高壓直流輸電線路的造價和運行費用比交流輸電低，對于同樣輸電容量，輸送距離越遠，直流比交流的經濟性能越好。并且直流輸電不存在功角穩定問題，所連兩側電網無須同步運行，因此直流輸電可實現電網的非同步互聯，起到頻率變換器的作用，可在設備容量及受端交流系統容量允許的范圍內，大容量輸送電力。此外直流輸電具有潮流快速可控的特點，可用于所連交流系統的穩定與頻率控制，直流輸電的換流器為基于電力電子器件構成的電能控制電路，其對電力潮流的控制迅速而精確，對雙端直流輸電而言，可迅速實現潮流的反轉。

高壓直流手段的合理性和實用性在遠距離、大容量輸電中得到明顯體現。隨著電力電子技術的發展，這一優勢更為顯著。然而直流輸電是一個復雜的系統，涉及到大量的、品種多樣的元器件及設備，其控制系統非常復雜，控制策略多樣化，不恰當的控制策略和控制參數有可能導致次同步振蕩的發生，不利于交、直流系統之間的互聯。因此非常有必要對交、直流系統之間的相互作用以及協調控制進行充分的研究，對于高壓直流輸電的控制策略和控制參數變化對于次同步振蕩影響等方面進行模型建立及評估分析，以對電力系統的規劃運行提供指導。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種交直流混合電力系統的次同步振蕩評估方法，能夠對包含HVDC的交直流混合電力系統的次同步振蕩行為進行準確的評估預測，進而對電力系統的規劃運行提供指導依據。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題:

一種交直流混合電力系統的次同步振蕩評估方法，所述交直流混合電力系統包括高壓直流輸電單元以及若干發電機組；所述評估方法包括以下步驟：

步驟1、建立所述高壓直流輸電單元的次同步振蕩研究用模型；

步驟2、根據所述高壓直流輸電單元在電網中的位置以及實際運行時該高壓直流輸電單元的潮流走向，分析該高壓直流輸電單元與電網中各臺發電機組的耦合強弱，確定待研發電機組；

步驟3、根據高壓直流輸電單元與待研發電機組所構成的系統的等效邊界對所述交直流混合電力系統進行化簡，得到交直流混合電力系統的等效簡化系統；

步驟4、根據所述等效簡化系統，計算待研發電機組各固有扭振頻率下的電氣阻尼和次同步振蕩評價指標，具體步驟如下：

步驟4-1、對所述高壓直流輸電單元的次同步振蕩研究用模型進行線性化，得到所述高壓直流輸電單元的狀態方程；

步驟4-2、確定所述等效簡化系統的公共坐標系xy，將高壓直流輸電單元兩端電壓分解到xy坐標系；

步驟4-3、進行計算消去中間變量，使用復轉矩系數法得到待研發電機組的電氣阻尼表達式；

步驟4-4、根據所得到的電氣阻尼表達式分析待研發電機組各固有扭振頻率下的系統等效阻抗，并根據下式計算相應的次同步振蕩評價指標Index，次同步振蕩評價指標Index的值越小，表明所述交直流混合電力系統發生次同步振蕩的風險越大：

式中，R、X分別為待研發電機組的固有扭振頻率f_n下的系統的等效電阻、等效電抗，f為系統同步頻率，H_n為與待研發電機組中與固有扭振頻f_n相關聯的常數。

優選地，步驟1中所建立的次同步振蕩研究用模型為準穩態模型。

優選地，所述步驟3具體包括以下子步驟：

步驟3-1、以高壓直流輸電單元和待研發電機組為中心，向外保留距離一個主干網架電壓等級的變電站區域，作為高壓直流輸電單元與待研發電機組所構成的系統的等效邊界；

步驟3-2、基于所述等效邊界，計算高壓直流輸電單元與待研發電機組所構成的系統各交流支路的等效阻抗；