[發明專利]一種含風機的擴展單機無窮大系統暫態功角穩定性分析方法

在審

• 申請號: 201910181814.2
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN110086206A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 王楊;孫士云;鄭新宇;張雪娟
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40;H02H7/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種含風機的擴展單機無窮大系統暫態功角穩定性分析方法，其特征在于：當含風機的擴展單機無窮大系統中的一條輸電線路發生三相短路故障時，通過修改系統正常狀態下的節點導納矩陣，得到含風機的擴展單機無窮大系統之間的節點導納矩陣，利用WARD等值法消去中間節點，只保留同步發電機節點和無窮大系統兩節點，求取同步發電機和無窮大系統之間的等值阻抗，利用等面積法則求取含風機的擴展單機無窮大系統的極限切除角，進而判斷含風機的擴展單機無窮大系統的暫態功角穩定性；

具體步驟為：

Step1：對正常運行時含風機的擴展單機無窮大系統進行分析

(1)根據含風機的擴展單機無窮大系統的網絡接線結構，形成系統的節點導納矩陣，具體節點導納形成方法如下：

若含風機的擴展單機無窮大系統的網絡節點數為m，它的節點導納矩陣為m·m階矩陣Y，節點導納矩陣Y各對角元素的自導納Y_ii等于相應節點所連接的導納之和：其中y_ij為節點i與節點j之間所連支路的導納；

節點導納矩陣Y各非對角元素的互導納Y_ij就等于任意兩個節點之間所連接導納的負值：Y_ij＝-y_ij；

(2)利用WARD等值法消去同步發電機節點S和無窮大節點R中間節點，只保留同步發電機節點S和無窮大節點R，消去中間節點后的節點導納矩陣Y_I'：

式中：yss_Ι'為同步發電機節點S的自導納，ys_RI'為同步發電機節點S和無窮大節點R之間的互導納，y_RSI'為無窮大節點R和同步發電機節點S之間的互導納，y_RRI'為無窮大節點R的自導納；

按式(1)求取的ys_RI'計算出同步發電機節點S和無窮大節點R之間的電抗X_SRI'：

按式(2)求取的X_SRI'計算出系統的空載電動勢E'和系統在正常運行狀態下的同步發電機的功角δ₀：

式中：E'為系統的空載電動勢，P、Q為無窮大系統的有功功率和無功功率，δ₀為系統在正常運行狀態下的同步發電機的功角；

Step2：線路上任意一點發生三相短路故障時進行分析：

(1)修改節點導納矩陣Y中故障線路對應元素，線路上任意一點g發生三相短路故障，則線路中增加一故障節點，節點導納矩陣Y由m*m階轉化為(m+1)*(m+1)階，若故障線路首端和末端的節點編號分別為p、q，故障節點編號為g，則導納矩陣中p和q點對應的自導和互導納按式(5)修改：

式中，y_pp、y_qq為節點p、q的自導納，y_pq為節點p、q間的互導納，y_pg為故障節點g和節點p之間的互導納，y_qg為故障節點g和節點q之間的互導納；

按式(6)計算新增故障節點g的自導納：

式中：y_Δ為故障點g對地的導納；

按式(5)和(6)修改正常運行時導納矩陣中的對應元素，得到故障發生后的節點導納矩陣Y_II；

(2)對節點導納矩陣Y_II利用WARD等值法消去同步發電機節點S和無窮大節點R中間節點，只保留同步發電機節點S和無窮大節點R，消去中間節點后的節點導納矩陣：

式中：yss_II'為同步發電機節點S的自導納，ys_RII'為同步發電機節點S和無窮大節點R之間的互導納，y_RSII'同步發電機節點S和無窮大節點R之間的互導納，y_RRIΙ'為同步發電機節點R的自導納。

(3)求取三相短路故障時消去同步發電機節點S和無窮大節點R中間節點后，同步發電機與無窮大系統之間的等值阻抗X_SRΙΙ'：

(4)按式(8)求取的X_SRΙΙ'可以計算出系統故障期間發電機的電磁功率的最大值P_ΙΙM：

式中：P_ΙIM為系統故障期間發電機的電磁功率的最大值；U為無窮大系統的電壓；

Step3：故障切除后對系統進行分析

(1)當故障線路的保護動作，切除故障線路后，若故障線路首端和末端的節點編號分別為p、q，故障節點編號為g，則導納矩陣中p和q點對應的自導和互導納按式(10)修改：

按式(10)修改故障時導納矩陣Y_II中的對應元素，得到故障切除后的節點導納矩陣Y_III；

(2)對節點導納矩陣Y_III利用WARD等值法消去同步發電機節點S和無窮大節點R中間節點，只保留同步發電機節點S和無窮大節點R，消去中間節點后的節點導納矩Y_III'：

式中：yss_III'為同步發電機節點S的自導納，ys_RIII'為同步發電機節點S和無窮大節點R之間的互導納，y_RSIII'為無窮大節點R和同步發電機節點S之間的互導納，y_RRIII'為同步發電機節點R的自導納；

(3)求取故障切除后同步發電機與無窮大系統之間的電抗X_SRIII':

(4)按式(12)求取的X_SRIII'可以計算出故障切除后同步發電機的電磁功率的最大值P_IIIM：

按式(12)求取的X_SRIII'可以計算出發電機機械功率與故障切除后的電磁功率交點中的較大者δ_h：

式中：P_IIIM為故障切除后同步發電機的電磁功率的最大值，δ_h為發電機機械功率與故障切除后系統電磁功率的較大的交點時的功角；

將式(4)、(9)、(13)和(14)代入式(15)，求取暫態功角穩態的極限切除角δ_cm：

Step4：進行判斷

當系統的極限切除角減小時，系統的暫態穩定性降低；

當系統的極限切除角增大時，系統的暫態穩定性增強。