[發明專利]基于能量函數分析的風電場次同步振蕩的擾動源判定方法、裝置、系統與計算機可讀介質

在審

• 申請號: 202310214169.6
• 申請日: 2023-03-03
• 公開（公告）號: CN116384067A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 余一平;邵雨琪;許劍冰;吳家龍;徐海波;王達;崔曉丹;殷奕潛;張瑞莉;蘇昱辰
• 申請（專利權）人: 河海大學;國網電力科學研究院有限公司;國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H02J3/24;H02J3/38;G01R23/02;G01R31/00;G06F113/04
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

1.一種基于能量函數分析的風電場次同步振蕩的擾動源判定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、在雙饋風機聚合而成的雙饋風電機組模型的基礎上，構建雙饋風電機組次同步振蕩仿真模型；

步驟2、基于雙饋風機無窮大系統分析相關電氣量的時域變化特征，獲得IGE、SSCI以及SSTI現象的關鍵影響因素；

步驟3、基于IGE、SSCI以及SSTI振蕩的關鍵影響因素，構建適用于風電并網次同步振蕩的能量函數；

步驟4、在風電并網次同步振蕩的能量函數的基礎上，分析不同IGE、SSCI以及SSTI的能量特性；

步驟5、將構建的風電并網次同步振蕩的能量函數應用到包含雙饋風機的多機系統中，根據振蕩能量的多個參數分析振蕩能量特性，判斷主要擾動機組。

2.根據權利要求1所述的基于能量函數分析的風電場次同步振蕩的擾動源判定方法，其特征在于，所述在雙饋風機聚合而成的雙饋風電機組模型的基礎上，構建雙饋風電機組次同步振蕩仿真模型，包括：

在雙饋風機聚合而成的雙饋風電機組模型的基礎上，經由升壓變壓器升壓后接入帶有可控串補電容的線路上，在雙饋風電機組模型正常運行情況下，按預設要求投入串補電容，引發次同步振蕩，構建雙饋風電機組次同步振蕩仿真模型。

3.根據權利要求1所述的基于能量函數分析的風電場次同步振蕩的擾動源判定方法，其特征在于，所述基于雙饋風機無窮大系統分析相關電氣量的時域變化特征，獲得IGE、SSCI以及SSTI現象的關鍵影響因素，包括：

針對IGE，確定串補度和風速為關鍵影響因素；

針對SSCI，確定RSC控制模塊中的k_p2和k_i2為關鍵影響因素；

針對SSTI，確定SSTI不作為雙饋風電機組的主要次同步振蕩。

4.根據權利要求1所述的基于能量函數分析的風電場次同步振蕩的擾動源判定方法，其特征在于，所述基于IGE、SSCI以及SSTI振蕩的關鍵影響因素，構建適用于風電并網次同步振蕩的能量函數，包括：

步驟3.1、構建如下式的適用于風電并網次同步振蕩的能量函數：

式(1)中，U_d、U_q分別為風機出口側電壓的d軸、q軸分量；I_d、I_q分別為風機出口側電流的d軸、q軸分量；P_e為輸出有功功率；θ為風機鎖相環的鎖相角；

由上述公式(2)，發電機的輸出能量分成兩部分單獨獲取，即：

W₁＝∫P_edθ??(3)

W₂＝∫I_ddU_q-∫I_qdU_d??(4)

其中，等效計算振蕩能量W₁：

已知：

將式(4)代入式(2)中，即得：

式(6)中，第一部分∫P_mdδ為風機的位置勢能，第二部分為風力機和發電機間軸系動能變化量，第三部分為風機和發電機各質量塊的動能變化量，第四部分D∫ω_i²dt為阻尼消耗能量，該部分為耗散項；

其中，等效計算振蕩能量W₂：

根據定、轉子電壓方程和磁鏈方程，可得：

振蕩能量W₂由建立旋轉磁場后發電機內部所存勢能、轉子繞組耗散能量以及勵磁相關勢能組成，在雙饋風機正常運行時，u_qs和u_ds均為常數，上式W₂為零。

步驟3.2、構建線路的能量函數，即對靜止元件構建能量函數；

串聯補償元件即串補電容的數學模型如下：

式中，u_c為電容并網側電壓幅值；u_cd、u_cq為其電壓的d軸、q軸分量；i_c為電容電流。

該補償元件的能量函數W₃構建：

式中，i_cd、i_cq為電容電流的d軸、q軸分量；u_cd、u_cq為電容側電壓的d軸、q軸分量；ω_s為電機同步速。