[發明專利]一種基于相軌跡分析的含風電電力系統暫態協調控制方法

有效

• 申請號: 201710905044.2
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107689638B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）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）人: 中國電力科學研究院;天津大學;國家電網公司;國網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: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種基于相軌跡分析的含風電電力系統暫態協調控制方法，包括：以風機最大容量為基本運行點，對系統進行暫態時域仿真；利用所得功角情況同調分群，得到等值的兩機系統相軌跡；當系統暫態不穩定時計算不穩定靈敏度矩陣，并將其按升序排列獲得優先級矩陣，再根據優先級矩陣調整發電機出力以得到穩定的運行方式；當系統暫態穩定時計算各發電機協調控制的靈敏度矩陣，并按升序排列，得到優先級矩陣；根據一天內的風電出力，計算每一時段風機出力減少值，通過求解風機出力波動時暫態協調控制數學模型，依次為每一時段制定暫態協調控制措施，以保證系統的暫態穩定性；本發明方法可指導電力系統調度人員制定風電接入系統日前調度決策。

技術領域

本發明屬于電力系統穩定性領域，尤其涉及一種含風電電力系統暫態協調控制方法。

背景技術

隨著全球能源危機和環境問題的日益嚴重，風電作為一種清潔能源得到了越來越多的重視與發展。與傳統發電方式相比，風電出力具有間歇性與不確定性，使得電力系統的運行狀況更加復雜多變；同時，現有的雙饋風機(Double Fed Induction Generator，DFIG)等變速恒頻機組具有與同步機完全不同的動態特性，大規模風電的接入并網為電力系統的暫態穩定運行帶來了嚴峻的挑戰。

目前，國內外已開展了大量的與風電接入電力系統暫態穩定性相關的研究工作。然而，現有文獻對風電波動下的電網暫態協調控制研究還較少，更未將風電接入的影響引入到暫態穩定約束模型當中。

軌跡靈敏度分析能夠直接確定系統初始條件和參數發生微小變化時系統軌跡的變化，易于建立有效的暫態穩定約束方程，在系統元件模型的適用性上有著明顯的優勢。但這類基于功角靈敏度的算法需要面對臨界功角閾值選取的問題，尤其是風電等新能源的接入使電網的暫態問題更加復雜，軌跡靈敏度的實際應用也面臨挑戰。

此外，隨著近年來PMU/WAMS系統的建設和發展，實時獲取發電機的軌跡信息已成為可能。發電機實時響應軌跡蘊含了電力系統暫態穩定的有效特征信息，根據實測軌跡數據進行暫態穩定性分析和控制具有準確、不依賴于模型和參數的優點，十分適合大規模新能源接入時暫態穩定問題的復雜情況。根據發電機相軌跡來實時判斷系統的暫態穩定，具有簡便靈活的特點，為復雜風電接入下的暫態問題研究提供了新思路。目前，大多數研究集中于利用相軌跡函數直接判斷系統的暫態穩定性，對于其中蘊含的暫態裕度信息和靈敏度指標研究較少。

發明內容

軌跡靈敏度分析能夠直接確定系統初始條件和參數發生微小變化時系統軌跡的變化，易于建立有效的暫態穩定約束方程，在系統元件模型的適用性上有著明顯的優勢。但基于功角靈敏度的算法需要面對臨界功角閾值選取的問題，尤其是風電等新能源的接入使電網的暫態問題更加復雜，軌跡靈敏度的實際應用也面臨挑戰。且目前大多數研究集中于利用相軌跡函數直接判斷系統的暫態穩定性，對于其中蘊含的暫態裕度信息和靈敏度指標研究較少。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種基于相軌跡分析的含風電電力系統暫態協調控制方法，包括以下步驟：

步驟一、根據實際電力系統數據與電網結構，以風機最大容量為基本運行點，對故障持續時間t進行暫態時域仿真；根據功角情況同調分群，得到基本運行點等值兩機系統的δ-ω相軌跡；

步驟二、利用步驟一中得到的等值兩機系統的δ-ω相軌跡判定系統運行點的暫態穩定性，如果系統暫態不穩定，計算不穩定靈敏度矩陣S_c，并將其按升序排列獲得優先級矩陣S，再根據優先級矩陣S調整發電機出力計劃以得到穩定的運行方式，保證系統的安全水平；如果系統暫態穩定，計算不同發電機協調控制的靈敏度矩陣S_c，并按升序排列，得到優先級矩陣S；

步驟三、根據一天內的風電出力曲線，計算每一時段的風機出力減少值ΔP_w，然后通過求解風機出力波動時暫態協調控制數學模型，依次為每一時段制定暫態協調控制措施，以保證系統的暫態穩定性。