[發明專利]一種提高含風機系統暫態功角穩定性的超導儲能控制方法

有效

• 申請號: 202010100322.9
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111293709B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 姜惠蘭;李政;張馳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/28;H02J3/38
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

1.一種提高含風機系統暫態功角穩定性的超導儲能控制方法，其特征在于，包括以下內容：

第一部分：通過分析推導DFIG并網位置、功率輸出特性、系統等效功角這些因素對電力系統暫態功角穩定的影響關系，得出了電力系統功角實時變化與DFIG輸出外特性對等值電力系統電磁功率變化量ΔP_e的影響公式；具體過程如下：

在含有DFIG的等效雙機電力系統中轉子運動方程為：

式中：M_SA為等效轉動慣量，δ_SA為等效功角，P_m.SA為等效機械功率，P_c為電磁功率固定分量，ΔP_e為DFIG存在對電磁功率的影響量，P_max為電磁功率周期分量的幅值、γ為功角偏移量；

將電網所有節點考慮為四個類型，分別是領先群S和余下群A的同步發電機內電勢節點，網絡中其余功率交換節點R，以及DFIG出口節點W；那么系統的節點電壓方程列寫為：

式中，和分別是領先群S和余下群A同步發電機內電勢節點，為功率交換節點R的電壓，為DFIG出口節點W的電壓，為S、A、W節點的電流，Y_SA、Y_RS、Y_RA、Y_WS、Y_WR、Y_AW、Y_AS、Y_WA、Y_SW、Y_SR、Y_AR、Y_RW為S、A、W、R節點間互導納，Y_{WW_0}＝G₀+jB₀為W節點自導納，Y_SS、Y_AA、Y_RR分別為S、A、R節點的自導納；

將系統節點電壓方程進行兩次收縮處理消去R、W節點，第一次收縮消去R節點，方程如下：

第二次收縮消去W節點，方程如下：

其中：

ΔY為系統導納矩陣的修正矩陣：

通過對節點導納矩陣的兩次收縮，這樣DFIG接入位置信息和其等效接地導納所包含的功率特性就體現在修正矩陣中，反應了DFIG對同步機之間電氣距離的影響程度；

設系統S群有p臺同步機，A群有(n-p)臺同步機，設同步機內電勢取標幺值，并考慮到節點導納矩陣的對稱性，得到等值系統電磁功率的變化量：

其中：-g_dfig+jb_dfig為DFIG的輸出外特性等效為的接地導納，M_A為A群的等值慣量，M_S為S群的等值慣量，M_T為整個系統的等值慣量；

由于|B₀+b_dfig|》|G₀-g_dfig|，得：

所以式簡化為：

從式(10)看出，影響ΔP_e的因素包括DFIG并網位置、功率輸出特性和系統等效功角δ_SA；

ΔP_e對g_dfig和b_dfig的偏導數，得到：

第二部分：確定出有利于含DFIG的電力系統暫態功角穩定的SMES有功、無功輸出的控制規律；

1)計算X(δ_SA)、Y(δ_SA)的零點

令X(δ_SA)＝0，即：

求得X(δ_SA)的零點δ_X0為

式中，Im(D)＝β_x，同理，令Y(δ_SA)＝0，得到Y(δ_SA)的零點δ_Y0為：

式中，-Re(D)＝β_Y，

2)制定SMES功率控制規律

X(δ_SA)、Y(δ_SA)在零點處的導數為

依據X(δ_SA)、Y(δ_SA)在零點處的導數來判斷X(δ_SA)、Y(δ_SA)的正負區間；若零點處的導數值大于0，則零點左側區間為負區間，右側區間為正區間；若零點處的導數值小于0，則零點左側區間為正區間，右側區間為負區間；再依據ΔP_e的增減性質和系統功角穩定的相關性，所制定的SMES功率控制規律如下：

①在系統功角正擺期間，應增大ΔP_e提高系統暫態穩定性

若當δ_SA＜δ_X0，則X(δ_SA)＜0，ΔP_e隨g_dfig的增大而增大，所以應控制SMES向系統增大輸出(或減小吸收)有功；當δ_SA＞δ_X0，則X(δ_SA)＞0，ΔP_e隨g_dfig的增大而減小，所以應控制SMES向系統減小輸出(或增大吸收)有功；

若當δ_SA＜δ_X0，則X(δ_SA)＞0，ΔP_e隨g_dfigg的增大而減小，所以應控制SMES向系統減小輸出(或增大吸收)有功；當δ_SA＞δ_X0，則X(δ_SA)＜0，ΔP_e隨g_dfig的增大而增大，所以應控制SMES向系統增大輸出(或減小吸收)有功；

若當δ_SA＜δ_Y0，則Y(δ_SA)＜0，ΔP_e隨b_dfig的增大而減小，應控制SMES向系統減小輸出(或增大吸收)無功；當δ_SA＞δ_Y0，則Y(δ_SA)＞0，ΔP_e隨b_dfig的增大而增大，應控制SMES向系統增大輸出(或減小吸收)無功；

若當δ_SA＜δ_Y0，則Y(δ_SA)＞0，ΔP_e隨b_dfig的增大而增大，所以應控制SMES向系統增大輸出(或減小吸收)無功，當δ_SA＞δ_Y0，則Y(δ_SA)＜0，ΔP_e隨b_dfig的增大而減小，所以應控制SMES向系統減小輸出(或增大吸收)無功；

②在系統功角反擺期間，應減小ΔP_e提高系統暫態穩定性

若當δ_SA＜δ_X0，則X(δ_SA)＜0，ΔP_e隨g_dfig的增大而增大，所以應控制SMES向系統減小輸出(或增大吸收)有功；當δ_SA＞δ_X0，則X(δ_SA)＞0，ΔP_e隨g_dfig的增大而減小，所以應控制SMES向系統增大輸出(或減小吸收)有功；

若當δ_SA＜δ_X0，則X(δ_SA)＞0，ΔP_e隨g_dfig的增大而減小，所以應控制SMES向系統增大輸出(或減小吸收)有功，當δ_SA＞δ_X0，則X(δ_SA)＜0，ΔP_e隨g_dfig的增大而增大，所以應控制SMES向系統減小輸出(或增大吸收)有功；

若當δ_SA＜δ_Y0，則Y(δ_SA)＜0，ΔP_e隨b_dfig的增大而減小，應控制SMES向系統增大輸出(或減小吸收)無功，當δ_SA＞δ_Y0，則Y(δ_SA)＞0，ΔP_e隨b_dfig的增大而增大，應控制SMES向系統減小輸出(或增大吸收)無功；

若當δ_SA＜δ_Y0，則Y(δ_SA)＞0，ΔP_e隨b_dfig的增大而增大，所以應控制SMES向系統減小輸出(或增大吸收)無功，當δ_SA＞δ_Y0，則Y(δ_SA)＜0，ΔP_e隨b_dfig的增大而減小，所以應控制SMES向系統增大輸出(或減小吸收)無功。