[發(fā)明專利]基于幅相運(yùn)動方程的風(fēng)電系統(tǒng)暫態(tài)特性建模與優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113131467B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉群英;蔡茂杰;朱德清;柴鑫;陳樹恒;張昌華;孟勁松
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/38;G06F30/20
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發(fā)明公開了一種基于幅相運(yùn)動方程的風(fēng)電系統(tǒng)暫態(tài)特性建模與優(yōu)化方法，先建立四機(jī)兩區(qū)電力系統(tǒng)模型，再基于幅相運(yùn)動方程建立第一臺發(fā)電機(jī)的風(fēng)機(jī)典型風(fēng)機(jī)幅相運(yùn)動方程模型，其余發(fā)電機(jī)使用傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)模型，然后通過阻抗法對四機(jī)兩區(qū)電力系統(tǒng)中網(wǎng)側(cè)元器件進(jìn)行建模，最后將限流控制的輸出電流和端電壓反饋至相位誤差中，使得相位更加直接的受到端電壓、限流電流的影響，從而優(yōu)化了典型風(fēng)機(jī)幅相運(yùn)動方程模型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全分析技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于幅相運(yùn)動方程的風(fēng)電系統(tǒng)暫態(tài)特性建模與優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

全球變暖以及大氣污染、環(huán)境污染等問題是傳統(tǒng)火力發(fā)電不可避免的；即使拋開這些直接對人類和地球有負(fù)作用的影響，傳統(tǒng)火力發(fā)電所使用的煤等燃料的儲備亦不可能取之不盡用之不竭。不管是從綠色的角度還是從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，都需要加快對可再生能源等新能源的研究，風(fēng)力發(fā)電是其中較為成熟、潛力較大的一種。高風(fēng)電滲透率是節(jié)能減排、綠色能源的發(fā)展趨勢，我國的風(fēng)電裝機(jī)容量逐年提升。風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)時會用到大量的電力電子設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，而電力電子設(shè)備相較于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)而言是低慣量的，必然會產(chǎn)生較多的諧波，振蕩問題突出，且電力電子設(shè)備的響應(yīng)時間比傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)更快，引出了電網(wǎng)多時間尺度控制問題。

占比越來越大的風(fēng)電正在深刻地改變著電力系統(tǒng)的動態(tài)行為，勢必會對系統(tǒng)的穩(wěn)定造成威脅，所以對不同風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力占比下電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定問題的研究迫在眉睫，尤其是占比較高時的穩(wěn)定性研究。研究高風(fēng)電滲透率下電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定需要低階、準(zhǔn)確、開放的風(fēng)機(jī)機(jī)電暫態(tài)模型。目前的建模分析方法主要分為3類：模型分析法、阻抗分析法、幅相運(yùn)動方程法。

模型分析法又叫狀態(tài)空間特征值分析法，先用小信號法將系統(tǒng)線性化處理，再寫出系統(tǒng)的線性空間方程組，求出其特征值，利用奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該方法屬于時域法，結(jié)果較為準(zhǔn)確，但模型復(fù)雜，仿真速度慢。阻抗分析法依據(jù)電壓電流之間的關(guān)系，將電網(wǎng)中的各個裝置等效為一個阻抗(或者阻抗加電源)，電源則等效為阻抗加理想電源。系統(tǒng)短路故障等導(dǎo)致的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化都需要重新計算等效阻抗模型；發(fā)電量的增加也會使系統(tǒng)的小信號特征發(fā)生改變，此時系統(tǒng)為非線性化，甚至有不滿足電壓電流關(guān)系的電子設(shè)備，不方便做阻抗分析。

前兩種建模主要依賴數(shù)學(xué)化和結(jié)構(gòu)化的思路對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行機(jī)電時間尺度的建模，這樣得到的機(jī)電暫態(tài)模型可以很方便地在數(shù)值仿真軟件中實(shí)現(xiàn)并加以應(yīng)用，但缺乏對雙饋風(fēng)電機(jī)組機(jī)電尺度動態(tài)特性的物理化和一般化抽象。幅相運(yùn)動方程建模法，簡言之就是裝備不平衡功率驅(qū)動裝備電壓矢量變化。從物理上理解，可以把研究的對象看成一個或幾個黑箱，當(dāng)系統(tǒng)輸入的功率和實(shí)際輸出的功率不平衡時，系統(tǒng)中設(shè)備的電壓會在幅值、相位上發(fā)生一定的變化，以期達(dá)到一個新的平衡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于幅相運(yùn)動方程的風(fēng)電系統(tǒng)暫態(tài)特性建模與優(yōu)化方法，通過幅相運(yùn)動方程的思想建立風(fēng)機(jī)典型的風(fēng)機(jī)幅相運(yùn)動模型，在建模后又引入一定的控制量，實(shí)現(xiàn)模型優(yōu)化。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種基于幅相運(yùn)動方程的風(fēng)電系統(tǒng)暫態(tài)特性建模與優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、建立兩區(qū)電力系統(tǒng)模型；

兩區(qū)電力系統(tǒng)包含N臺發(fā)電機(jī)，編號分別為1～N；利用小信號法將兩區(qū)電力系統(tǒng)看成線性系統(tǒng)，把整個系統(tǒng)分為N個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)只含有一臺發(fā)電機(jī)，各個子系統(tǒng)中不涉及的其余臺發(fā)電機(jī)被視作斷連處理，再采用線性疊加理論分析N個子系統(tǒng)共同作用下各節(jié)點(diǎn)的電壓電流；

(2)、對編號為1的發(fā)電機(jī)建立風(fēng)機(jī)的典型風(fēng)機(jī)幅相運(yùn)動方程模型；

基于幅相運(yùn)動方程在MATLAB/SIMULINK中建立風(fēng)機(jī)的典型風(fēng)機(jī)幅相運(yùn)動方程模型；