[發(fā)明專利]多電力電子設(shè)備饋入復(fù)雜弱電網(wǎng)的穩(wěn)定性判斷方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011239534.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN112636324B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李東東;孫夢顯;米陽;趙耀;楊帆;林順富;徐波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H02J3/36
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

本發(fā)明涉及一種多電力電子設(shè)備饋入復(fù)雜弱電網(wǎng)的穩(wěn)定性判斷方法和系統(tǒng)，方法包括以下步驟：測量復(fù)雜弱電網(wǎng)電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息；根據(jù)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)信息建立廣義諾頓集聚電路模型，并得到等效集聚受端交流電網(wǎng)D?Q模型；根據(jù)電力電子設(shè)備的控制結(jié)構(gòu)，建立電力電子設(shè)備的s域?qū)Ъ{模型；將電力電子設(shè)備的s域?qū)Ъ{與等效集聚受端交流電網(wǎng)的s域?qū)Ъ{作比值構(gòu)建開環(huán)增益；判斷開環(huán)增益的實(shí)部、虛部是否同時(shí)滿足共生禁區(qū)條件判斷電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用于系統(tǒng)層面的寬頻振蕩穩(wěn)定性分析判斷，無需對(duì)所有系統(tǒng)元件進(jìn)行詳細(xì)建模，可以簡單準(zhǔn)確的判斷系統(tǒng)是否發(fā)生寬頻振蕩失穩(wěn)，避免了“維數(shù)災(zāi)害”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)在線監(jiān)測與控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種多電力電子設(shè)備饋入復(fù)雜弱電網(wǎng)寬頻振蕩穩(wěn)定性判斷方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電為主的新能源和廣泛應(yīng)用高壓直流輸電技術(shù)對(duì)于改善國家能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義和社會(huì)價(jià)值。當(dāng)大規(guī)模高壓直流饋入受端電網(wǎng)，電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娋W(wǎng)，具體表現(xiàn)為低短路比、低慣量。隨著大量新能源通過電力電子設(shè)備接入，使得電網(wǎng)特性進(jìn)一步發(fā)生深刻的變化，由以同步機(jī)轉(zhuǎn)子為主導(dǎo)的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性衍變?yōu)槎嚯娏﹄娮友b備多尺度控制主導(dǎo)的動(dòng)態(tài)特性，電網(wǎng)振蕩特性也隨之呈現(xiàn)出新的特征，由常規(guī)的低頻振蕩、次同步振蕩發(fā)展為低頻、次同步和超同步的相互融合的寬頻帶振蕩問題，嚴(yán)重制約新能源并網(wǎng)消納。如中國新疆哈密、河北沽源，德國北海以及美國德州等地區(qū)多次出現(xiàn)低頻振蕩、次/超同步振蕩。由于對(duì)弱網(wǎng)環(huán)境下電力電子設(shè)備在寬頻范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性以及多電力電子設(shè)備之間的動(dòng)態(tài)相互耦合作用認(rèn)識(shí)不充分，難以揭示多電力電子設(shè)備饋入復(fù)雜弱電網(wǎng)后的寬頻振蕩穩(wěn)定機(jī)理。在新能源通過電力電子設(shè)備并網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大趨勢不可逆轉(zhuǎn)，受端電網(wǎng)不斷呈現(xiàn)弱電網(wǎng)特征這一背景下，亟需對(duì)多電力電子設(shè)備饋入復(fù)雜弱電網(wǎng)的寬頻振蕩穩(wěn)定進(jìn)行評(píng)估、抑制以及預(yù)控進(jìn)行研究，以確保新形勢下電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前對(duì)于振蕩穩(wěn)定性問題主要采用單機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)模型，在該模型中，受端交流電網(wǎng)以恒定戴維南等值阻抗和等值電勢源代替，電網(wǎng)特征簡單、單一，無法適用于包含數(shù)千臺(tái)變流器、數(shù)萬個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際新能源系統(tǒng)，難以考慮當(dāng)前電網(wǎng)中多電力電子設(shè)備在寬頻范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)特性，且難以準(zhǔn)確揭示寬頻范圍振蕩穩(wěn)定機(jī)理。

而當(dāng)前振蕩問題的評(píng)估方法主要是常見的分析方法有：特征值分析法，阻抗分析法。

1)特征值分析法

該方法首先在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程線性化。以此建立系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，隨后基于系統(tǒng)狀態(tài)矩陣求解特征值、阻尼比、參與因子等。進(jìn)而判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性及其穩(wěn)定裕度。由于該方法在形成狀態(tài)矩陣時(shí)需要所有設(shè)備以及電網(wǎng)的所有參數(shù)，對(duì)于高占比接入的電力電子設(shè)備，所得到的狀態(tài)空間模型必定時(shí)超高階模型，使得在實(shí)際工程中難以計(jì)算分析。另一方面，當(dāng)某一設(shè)備或者裝備參數(shù)變化，就需要更新系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，使得該方法在實(shí)際運(yùn)用中靈活性較差。

2)阻抗分析法

該方法通過建立或者測量新能源裝備和電網(wǎng)的阻抗模型，利用廣義奈奎斯特判據(jù)對(duì)阻抗比進(jìn)行分析以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相較于特征值分析法，阻抗法將新能源裝備和電網(wǎng)看作兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，其無需裝備和電網(wǎng)的詳細(xì)模型和參數(shù)，只利用可測量的端口外特性即可定量分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是，由于變流器和電網(wǎng)的阻抗無論是在D-Q坐標(biāo)系下還是在正負(fù)序坐標(biāo)系下都是2階阻抗矩陣，且難以同時(shí)對(duì)角化，即，變流器的阻抗矩陣或電網(wǎng)的阻抗矩陣存在非對(duì)角元的耦合項(xiàng)。除非滿足一定的假設(shè)條件，否則忽略這些耦合項(xiàng)可能會(huì)帶來較大的誤差，故一般需要將三相變流器并網(wǎng)系統(tǒng)看成是多輸入多輸出(multipleinput?multiple?output，MIMO)系統(tǒng)并使用復(fù)雜的廣義Nyquist判據(jù)進(jìn)行分析。這樣一來，阻抗分析方法的優(yōu)勢被極大的削弱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多電力電子設(shè)備饋入復(fù)雜弱電網(wǎng)寬頻振蕩穩(wěn)定性判斷方法，可以準(zhǔn)確判斷該電力系統(tǒng)的寬頻振蕩穩(wěn)定性，為指導(dǎo)電力電子設(shè)備控制設(shè)計(jì)以及電網(wǎng)運(yùn)行人員保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定提供重要方法依據(jù)。