基于聚合rlc电路模型的电力系统次同步谐振分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统技术领域，特别设及一种基于聚合化C电路模型的电力系统 次同步谐振分析方法。
【背景技术】
[0002] 固定串联电容补偿能有效的提高线路的输电能力和电力系统的暂态稳定性，在 现代电力系统中的应用越来越广泛。然而，固定串补与周围的汽轮发电机组或者风力发 电机组相互作用容易引发一种特殊的电力系统稳定性问题，也就是SSR(Subsync虹onous Resonance,次同步谐振）。SSR对机网稳定性和设备安全带来不良影响，例如SSR对汽轮机 组大轴机械系统造成疲劳损伤，降低机组寿命甚至引起大轴断裂，造成严重的设备损坏乃 至人身安全事故；SSR能导致周边风电场中大量风机的脱网和擦椿电路的损坏。
[0003] 相关技术中，针对电力系统SSR问题的分析方法主要有特征值分析法、频率扫描 法、复数力矩系数法和时域仿真法等。近年来，广泛应用于电力电子设备和电力系统相互作 用研究的阻抗模型分析法提供了新思路。在实际应用中，阻抗模型具有W下几个优点；1) 经推导可W得到各子系统的阻抗模型和整体系统阻抗模型，且物理意义相对明确；2)改变 系统参数时，仅影响某个或几个子系统的阻抗模型，对整体阻抗模型影响小；3)可采用基 于阻抗模型的Nyquist稳定判据判断系统稳定性，形象直观。
[0004] 然而，在W往的阻抗建模过程中，为了推导方便，大多采用电机的准稳态模型，不 考虑其动态特性。并且，对系统中控制器的控制策略也做了相应的简化，忽略了部分控制器 的动态特性。虽然该些简化操作有利于系统阻抗模型的建立，却带来了不容忽视的分析误 差，原阻抗模型仅能采用Nyquist稳定判据判断系统的稳定性，不适用于SSR风险的精确评 估和量化分析。本发明中提出了一种基于聚合化C电路模型的次同步谐振问题量化分析 方法，即建立电厂及其串补输电系统详细的阻抗模型，并在谐振频率处将其聚合为二阶RLC 电路模型，基于聚合电路参数实现了SSR的精确量化分析。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0006] 为此，本发明的目的在于提出一种基于聚合化C电路模型的电力系统次同步谐振 分析方法，该分析方法可W减小分析误差，实现SSR精确量化分析。
[0007] 为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于聚合化C电路模型的电力系统次 同步谐振分析方法，包括W下步骤：获取电厂参数和电力系统参数，并分别根据所述电厂参 数和电力系统参数建立电厂模型和串补输电系统模型，W分别获取所述电厂模型和所述串 补输电系统模型中各子系统的非线性微分方程模型；获取特殊工况下的电厂参数和电力系 统参数，并根据所述特殊工况下的电厂参数和电力系统参数和所述各子系统的非线性微分 方程模型生成所述各子系统的状态方程模型；根据拉普拉斯变换和所述各子系统的状态方 程模型生成所述各子系统的代数方程模型；分别结合所述电厂模型中各子系统的代数方程 模型和所述串补输电系统模型中各子系统的代数方程模型获取电厂的阻抗模型和串补输 电系统的等效阻抗模型，W根据所述电厂的阻抗模型和所述串补输电系统的等效阻抗模型 生成最终等效阻抗模型；获取所述最终等效阻抗模型的串联谐振点；根据所述串联谐振点 将所述最终等效阻抗模型聚合为等效二阶化C电路模型；W及量化SSR分析。
[000引根据本发明实施例提出的基于聚合化C电路模型的电力系统次同步谐振分析方 法，通过建立电厂和串补输电系统的阻抗模型，并在谐振频率处将等效阻抗模型聚合为等 效二阶化C电路模型，从而进行量化SSR分析，实现SSR的精确量化评估，减小分析误差，提 高分析精确度。
[0009] 另外，根据本发明上述实施例的基于聚合化C电路模型的电力系统次同步谐振分 析方法还可W具有如下附加的技术特征：
[0010] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电厂参数包括电厂内每个发电机和变 压器组的参数、厂内连接线的拓扑结构和厂用电情况信息中的一个或多个参数，所述电力 系统参数包括系统的拓扑结构和线路参数、串联补偿装置的参数中的一个或多个参数。
[0011] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述各子系统的状态方程模型为：
[0012]
[001引其中，AXi为状态变量增量列向量，AUi为输出变量增量列向量，Ayi为控制变量 增量列向量，Ai，Bi，Ci，Di分别为相应维度的系数矩阵，A表示增量计算，下标i表示第i个 子系统。
[0014] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述各子系统的代数方程模型为：
[0018] 其中，Ii，12表示相应维度的单位系数矩阵。
[0019] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述最终等效阻抗模型为：
[0020] Z(s) =Zd(s)-Zl(s)，
[0021] 其中，Zd(s)为所述电厂的等效阻抗模型，奇(s)为所述串补输电系统的等效阻抗 模型。
[0022] 进一步地，在本发明的一个实施例中，量化SSR分析的计算公式如下：
[0025] 其中，R为等效电阻、L为等效电感、C为等效电容、《为SSR频率、0为SSR阻巧。
[0026] 进一步地，在本发明的一个实施例中，如果R〉0,则提供正阻巧，SSR稳定，否则提 供负阻巧，SSR不稳定。
[0027] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[002引本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0029] 图1为根据本发明实施例的基于聚合化C电路模型的电力系统次同步谐振分析方 法的流程图；
[0030] 图2为根据本发明一个实施例的基于聚合化C电路模型的电力系统次同步谐振分 析方法的流程图；
[0031] 图3为根据本发明一个实施例的电厂模型和串补输电系统模型的结构示意图；W 及
[0032] 图4为根据本发明一个实施例的二阶化C电路模型示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0034] 此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可W明示或 者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个W 上，除非另有明确具体的限定。
[0035] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"、"固定"等 术语应做广义理解，例如，可W是固定连接，也可W是可拆卸连接，或一体地连接；可W是机 械连接，也可W是电连接；可W是直接相连，也可W通过中间媒介间接相连，可W是两个元 件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可W根据具体情况理解上述术语在本发 明中的具体含义。
[0036] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下" 可W包括第一和第二特征直接接触，也可W包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它 们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一 特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征 在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表 示第一特征水平高度小于第二特征。
[0037] 下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于聚合化C电路模型的电力系统 次同步谐振分析方法。参照图1所示，该分析方法包括W下步骤：
[003引S101，获取电厂参数和电力系统参数，并分别根据电厂参数和电力系统参数建立 电厂模型和串补输电系统模型，W分别获取电厂模型和串补输电系统模型中各子系统的非 线性微分方程模型。
[0039] 其中，在本发明的一个实施例中，电厂参数包括电厂内每个发电机和变压器组的 参数、厂内连接线的拓扑结构和厂用电情况信息中的一个或多个参数，电力系统参数包括 系统的拓扑结构和线路参数、串联补偿装置的参数中的一个或多个参数。
[0040] 在本发明的一个具体实施例中，参照图2所示，本发明实施例包括W下步骤：
[0041] S201，建立电厂及其串补输电系