[發(fā)明專利]一種基于相軌跡分析的含風(fēng)電電力系統(tǒng)暫態(tài)協(xié)調(diào)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710905044.2
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107689638B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾沅;楊陽;王亮;常江濤;屠競哲;張健;羅煦之;曾兵;季笑慶;霍超;于釗;牛拴保;張劍云;柯賢波;劉明松;牟欣瑋;胡婷婷;劉曉婧;田書然;劉杰;王玥婷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院;天津大學(xué);國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種基于相軌跡分析的含風(fēng)電電力系統(tǒng)暫態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)實(shí)際電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以風(fēng)機(jī)最大容量為基本運(yùn)行點(diǎn)，對故障持續(xù)時間t進(jìn)行暫態(tài)時域仿真；根據(jù)功角情況同調(diào)分群，得到基本運(yùn)行點(diǎn)等值兩機(jī)系統(tǒng)的δ-ω相軌跡；

步驟二、利用步驟一中得到的等值兩機(jī)系統(tǒng)的δ-ω相軌跡判定系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)的暫態(tài)穩(wěn)定性，

如果系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定，計算不穩(wěn)定靈敏度矩陣S_c，并將其按升序排列獲得優(yōu)先級矩陣S，再根據(jù)優(yōu)先級矩陣S調(diào)整發(fā)電機(jī)出力計劃以得到穩(wěn)定的運(yùn)行方式，保證系統(tǒng)的安全水平；

如果系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，計算不同發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)控制的靈敏度矩陣S_c，并按升序排列，得到優(yōu)先級矩陣S；

步驟三、根據(jù)一天內(nèi)的風(fēng)電出力曲線，計算每一時段的風(fēng)機(jī)出力減少值ΔP_w，然后通過求解風(fēng)機(jī)出力波動時暫態(tài)協(xié)調(diào)控制數(shù)學(xué)模型，依次為每一時段制定暫態(tài)協(xié)調(diào)控制措施，以保證系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于相軌跡分析的含風(fēng)電電力系統(tǒng)暫態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，其中，步驟二中，計算靈敏度矩陣S_c和優(yōu)先級矩陣S的具體內(nèi)容包括：

根據(jù)單機(jī)無窮大系統(tǒng)的運(yùn)動方程，相軌跡函數(shù)f(δ,ω,P_m)可以表示為：

f(δ,ω,P_m)＝-(MP_emaxω²cosδ+(P_m-P_emaxsinδ)²) (1)

式(1)中，δ和ω分別表示發(fā)電機(jī)功角和角速度，M為慣性時間常數(shù)，P_m為發(fā)電機(jī)機(jī)械功率，P_emax為發(fā)電機(jī)的最大電磁功率；

在單機(jī)無窮大系統(tǒng)中，當(dāng)P_m，P_emax保持不變時，角速度ω單調(diào)遞減時，f隨著相軌跡點(diǎn)(δ,ω)單調(diào)遞增，故系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)表示為：

f(δ,ω_min)0 (2)

如果系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，ω_min＝0，定義該點(diǎn)為回擺點(diǎn)(δ_r,0)，對于相軌跡判穩(wěn)函數(shù)f，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定，在回擺點(diǎn)處：

f(δ,0,P_m)＝-(P_m-P_emax sinδ)²0 (3)

如果系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，f在回擺點(diǎn)(δ_r,0)處取得最大值，定義相軌跡靈敏度：

定義減速功率P_dec為：

P_dec＝P_m-P_emax sinδ_r (5)

將式(5)代入式(4)可得：

當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，當(dāng)回擺點(diǎn)接近不穩(wěn)定平衡點(diǎn)(δ_u,ω_u)，即δ→δ_u時，P-P_emaxsinδ→0；在多機(jī)系統(tǒng)中，通過時域仿真將發(fā)電機(jī)分為臨界機(jī)組和非臨界機(jī)組，從而將該多機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為等值的兩機(jī)系統(tǒng)；在給定的運(yùn)行點(diǎn)，定義暫態(tài)靈敏度矩陣為：

式(7)中，f_CN為等值兩機(jī)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定函數(shù)，n為發(fā)電機(jī)的數(shù)量，P_i為發(fā)電機(jī)i輸入的機(jī)械功率，表示發(fā)電機(jī)i的相軌跡靈敏度，即靈敏度因子；

當(dāng)P_i改變時，多機(jī)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)表示為：

f_CN+S_fΔP0 (8)

式(8)中ΔP＝[ΔP₁,ΔP₂,…,ΔP_n]^T為發(fā)電機(jī)出力變化矩陣；

根據(jù)式(8)，得到如下性質(zhì)：

1)若靈敏度因子為正，表明發(fā)電機(jī)出力的改變量與系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定程度呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)發(fā)電機(jī)出力的增加時，系統(tǒng)趨于暫態(tài)不穩(wěn)定；當(dāng)發(fā)電機(jī)出力的減少時，系統(tǒng)趨于暫態(tài)穩(wěn)定；

2)若靈敏度因子為負(fù)，表明發(fā)電機(jī)出力的改變量與系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定程度呈正相關(guān)；當(dāng)發(fā)電機(jī)出力的增加時，系統(tǒng)趨于暫態(tài)穩(wěn)定；當(dāng)發(fā)電機(jī)出力的減少時，系統(tǒng)趨于暫態(tài)不穩(wěn)定；

3)靈敏度因子絕對值越大，則對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響越大；

當(dāng)風(fēng)電出力改變ΔP_w時，ΔP_i表示發(fā)電機(jī)i需要調(diào)整的有功出力，滿足∑ΔP_i＝-ΔP_w，含風(fēng)電電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)表示為：

f_CN+S_fΔP+S_wΔP_w0 (9)

式(9)中，S_f表示同步發(fā)電機(jī)的相軌跡靈敏度矩陣，表示風(fēng)電場的相軌跡靈敏度；由于∑ΔP_i＝-ΔP_w，將式(9)改寫為：

f_CN+S_cΔP0 (10)

式(10)即為基于相軌跡靈敏度的含風(fēng)電電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定約束方程，其中，表示基于暫態(tài)協(xié)調(diào)控制措施的協(xié)調(diào)靈敏度矩陣；令為采取協(xié)調(diào)控制措施時發(fā)電機(jī)i的協(xié)調(diào)靈敏度，即調(diào)整發(fā)電機(jī)i的出力以平衡風(fēng)電波動時的相軌跡靈敏度大小；且S_c,i作為反應(yīng)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的指標(biāo)，S_c,i越大，說明調(diào)整發(fā)電機(jī)i的出力會使系統(tǒng)趨于暫態(tài)不穩(wěn)定；根據(jù)S_c,i升序排列，得到優(yōu)先級矩陣S，將排序靠前的發(fā)電機(jī)組優(yōu)先作為協(xié)調(diào)控制機(jī)組；如果系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定，將排序靠后的發(fā)電機(jī)組優(yōu)先作為失穩(wěn)切機(jī)機(jī)組。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于相軌跡分析的含風(fēng)電電力系統(tǒng)暫態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，步驟三中，求解風(fēng)機(jī)出力波動時暫態(tài)協(xié)調(diào)控制數(shù)學(xué)模型的具體內(nèi)容包括：

采取調(diào)整同步機(jī)作為協(xié)調(diào)控制策略來平衡風(fēng)電并網(wǎng)帶來的波動性時，以發(fā)電機(jī)調(diào)整成本最小為目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)如下：

式(11)中，φ_i(P_i)＝a_iP²_i+b_iP_i+c_i發(fā)電機(jī)成本函數(shù)；

則φ_i(ΔP_i)由下式進(jìn)行計算：

φ_i(ΔP_i)＝φ_i(P_i+ΔP_i)-φ_i(P_i)＝a_iΔP²_i+2a_iΔP_i·P_i+b_iΔP_i (12)

式(12)中，a_i,b_i和c_i表示發(fā)電機(jī)i的成本系數(shù)，C表示可調(diào)發(fā)電機(jī)組；

則基于相軌跡穩(wěn)定判據(jù)的風(fēng)機(jī)出力波動時暫態(tài)協(xié)調(diào)控制數(shù)學(xué)模型表示為：

S_G表示同步發(fā)電機(jī)組；目標(biāo)函數(shù)式(13)表示總的同步發(fā)電機(jī)調(diào)整成本最小；式(14)為暫態(tài)協(xié)調(diào)控制數(shù)學(xué)模型的約束條件，自上而下分別表示基于相軌跡靈敏度的暫態(tài)穩(wěn)定約束方程，發(fā)電機(jī)有功出力限制和功率平衡方程。