双馈风机接入电力系统的送端暂态稳定的分析方法及装置与流程

本发明涉及一种电网控制，更具体地说，它涉及双馈风机接入电力系统的送端暂态稳定的分析方法及装置。

背景技术：

1、近年来，风电装机容量持续增长。其中，基于永磁同步发电机(pmsg)的永磁直驱风电机组(pmwt)由于其安全可靠性和运行效率高、无功调节能力强及维护成本低等优点，在风电场中所占的比重越来越高，已成为目前的主流机型。风力发电在电力系统中的占比日益增大，分析风电接入电网后的暂态稳定性日益重要。

2、目前，对双馈风机接入电力系统后对接入容量、接入方式和接入位置的研究颇多，也已取得很多成果，但多数都将双馈风机模型简化为阻抗模型，简化后的阻抗模型对暂态稳定性的分析不够精确，且现有技术并未考虑双馈风机的接入点电压问题和故障期间无功补偿问题对暂态稳定性的影响，例如当双馈风机的风电接入容量过高时，导致双馈风机的接入点电压过低使电力系统无法正常运行，以及在发生故障时部分机组触发其自身的高压穿越保护机制从而切机，造成停电事故。

技术实现思路

1、本发明为了解决由现有技术所简化的阻抗模型对暂态稳定性的分析不够精确，以及未考虑双馈风机的接入点电压问题和故障期间无功补偿问题对暂态稳定性的影响，提供双馈风机接入电力系统的送端暂态稳定的分析方法及装置，本发明根据不同工况将双馈风机等效为不同模型，根据双馈风机不同接入方式、不同接入位置进行等效，并根据实际要求并联一定容量的静止无功补偿器，计算电力系统的自阻抗和互阻抗，并代入同步发电机的的功率特性方程得出不同工况下的同步发电机的功角特性曲线，进而，利用等面积定则法分析双馈风机的不同接入方式或接入位置下对电力系统加、减速面积的影响，从而得出不同因素对电力系统暂态稳定性的影响，并以此影响情况来调整双馈风机接入电力系统的接入方式和接入位置，从而提升双馈风机接入电力系统送端的暂态稳定性。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、本发明的第一方面，提供了一种双馈风机接入电力系统的送端暂态稳定的分析方法，方法包括：

4、在双馈风机的接入点并联一个静止无功补偿器，构建双馈风机接入电力系统在正常运行状态下的等值阻抗模型和在故障运行状态下的等值阻抗模型；

5、根据双馈风机接入电力系统的接入方式、接入容量、接入位置以及静止无功补偿器的容量，确定等值阻抗模型的参数；

6、根据等值阻抗模型的参数计算电力系统在正常运行状态下的自阻抗和互阻抗和在故障运行状态下的自阻抗和互阻抗，并确定出在正常运行状态下的自阻抗和互阻抗对应的阻抗角的余角和在故障运行状态下的自阻抗和互阻抗对应的阻抗角的余角；

7、将自阻抗、互阻抗和余角代入同步发电机的功率特性方程，得出同步发电机在正常运行状态下的功角特性曲线和在故障运行状态下的功角特性曲线；

8、利用等面积定则法对在正常运行状态下的的功角特性曲线和在故障运行状态下的功角特性曲线进行分析，得出双馈风机接入电力系统对电力系统送端暂态稳定性的分析结果，其中分析结果表征在正常运行状态下电力系统的加/减速面积变化情况和在故障运行状态下电力系统的加/减速面积变化情况。

9、在一种实现方案中，构建双馈风机接入电力系统在正常运行状态下的等值阻抗模型和在故障运行状态下的等值阻抗模型，包括：

10、在电力系统的状态为正常运行状态，且双馈风机接入点的电压大于0.9倍标幺值时，将双馈风机等效为一个可变的负电阻的第一等值阻抗模型和一个可变的负电阻和一个静止无功补偿器并联的第二等值阻抗模型；

11、在电力系统的状态为故障运行状态时，将双馈风机等效为一个可变的负电阻、一个可变的负电抗和一个静止无功补偿器并联的第三等值阻抗模型。

12、在一种实现方案中，第一等值阻抗模型的表达式为其中，k为风电接入容量，upcc表示双馈风机接入点电压，pf表示双馈风机的有功出力，r表示可变的负电阻的阻值；

13、第二等值阻抗模型的表达式为其中，qc表示静止无功补偿器补偿的无功功率，xc表示静止无功补偿器的阻抗；

14、第三等值阻抗模型的表达式为其中，qf表示双馈风机的无功出力，x表示可变的负电抗。

15、在一种实现方案中，根据双馈风机接入电力系统的接入方式、接入容量、接入位置以及静止无功补偿器的容量，确定等值阻抗模型的参数，具体包括：

16、保持双馈风机的接入位置不变，改变双馈风机接入电力系统的接入方式及双馈风机接入容量，以此确定双馈风机在不同的接入方式下，电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下对应的等值阻抗模型的参数；

17、保持双馈风机的接入方式及接入容量不变，改变双馈风机接入电力系统的接入位置，以此确定双馈风机在不同的接入方式下，电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下对应的等值阻抗模型的参数。

18、在一种实现方案中，电力系统在正常运行状态下的自阻抗和互阻抗和在故障运行状态下的自阻抗和互阻抗的计算式为：

19、其中，z11和z12分别表示电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下的自阻抗和互阻抗，θ表示阻抗角，xd′表示发电机内电抗，xt1表示变压器1电抗，xl表示线路总电抗，λ表示双馈风机的接入位置与受端之间的距离，xl1表示送端至双馈风机接入点之间的线路电抗，xl2表示双馈风机接入点至受端负荷之间的线路电抗，x1表示送端同步机至双馈风机接入点的总电抗，x2表示双馈风机接入点至受端负荷的总电抗，x3表示双馈风机支路的总电抗，|z11|表示自阻抗的模值，|z12|表示互阻抗的模值，j表示虚部。

20、在一种实现方案中，在电力系统处于正常运行状态，且双馈风机接入点的电压大于0.9倍标幺值时，x2和x3的计算式为其中，xt2表示变压器2的阻抗，xt3表示变压器3的阻抗，r表示可变的负电阻的阻值；

21、在电力系统处于正常运行状态，且双馈风机接入点的电压小于0.9倍标幺值时，x2和x3的计算式为其中，xc表示静止无功补偿器的阻抗，r表示可变的负电阻的阻值；

22、在电力系统处于故障运行状态时，x2和x3的计算式为其中，x表示可变的负电抗。

23、在一种实现方案中，所述同步发电机的功率特性方程为其中，z11和z12分别表示电力系统的自阻抗和互阻抗；α11和α12别表示自阻抗和互阻抗对应的阻抗角的余角，δ为发电机功角，eq表示发电机的内电势，u为受端母线电压。

24、在一种实现方案中，所述接入方式包括双馈风机等容量替换同步发电机和风电直接接入，其中，所述双馈风机等容量替换表示在保持负荷不变的情况下，减少同步发电机出力，增加双馈风机出力改变风电的接入容量；所述风电直接接入表示保持同步发电机出力不变，通过增加双馈风机出力改变风电的接入容量；所述接入位置从送端同步发电机逐渐靠近负荷端。

25、在一种实现方案中，利用等面积定则法对在正常运行状态下的的功角特性曲线和在故障运行状态下的功角特性曲线进行分析，得出双馈风机接入电力系统对电力系统送端暂态稳定性的分析结果，包括：

26、保持接入方式及接入容量不变，改变接入位置，得出电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下同步发电机的功角特性曲线偏移情况；

27、根据功角特性曲线偏移情况得出电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下的加/减速面积的变化范围；

28、根据加/减速面积的变化范围得出接入位置对电力系统送端暂态稳定性的影响程度。

29、在一种实现方案中，利用等面积定则法对在正常运行状态下的的功角特性曲线和在故障运行状态下的功角特性曲线进行分析，得出双馈风机接入电力系统对电力系统送端暂态稳定性的分析结果，包括：

30、保持接入位置不变，改变接入方式和接入容量，得出电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下同步发电机的功角特性曲线偏移情况；

31、根据功角特性曲线偏移情况得出电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下的加/减速面积的变化范围；

32、根据加/减速面积的变化范围得出双馈风机接入对电力系统送端暂态稳定性的影响程度。

33、本发明的第二方面，提供了一种双馈风机接入电力系统的送端暂态稳定的分析装置，装置包括：

34、模型构建模块，用于在双馈风机的接入点并联一个静止无功补偿器，构建双馈风机接入电力系统在正常运行状态下的等值阻抗模型和在故障运行状态下的等值阻抗模型；

35、参数确定模块，用于根据双馈风机接入电力系统的接入方式、接入容量、接入位置以及静止无功补偿器的容量，确定等值阻抗模型的参数；

36、阻抗计算模块，用于根据等值阻抗模型的参数计算电力系统在正常运行状态下的自阻抗和互阻抗和在故障运行状态下的自阻抗和互阻抗，并确定出在正常运行状态下的自阻抗和互阻抗对应的阻抗角的余角和在故障运行状态下的自阻抗和互阻抗对应的阻抗角的余角；

37、功角特性曲线模块，用于将自阻抗、互阻抗和余角代入同步发电机的功率特性方程，得出同步发电机在正常运行状态下的功角特性曲线和在故障运行状态下的功角特性曲线；

38、分析模块，用于利用等面积定则法对在正常运行状态下的的功角特性曲线和在故障运行状态下的功角特性曲线进行分析，得出双馈风机接入电力系统对电力系统送端暂态稳定性的分析结果，其中分析结果表征在正常运行状态下电力系统的加/减速面积变化情况和在故障运行状态下电力系统的加/减速面积变化情况。

39、在一种实现方案中，模型构建模块，具体用于：

40、在电力系统的状态为正常运行状态，且双馈风机接入点的电压大于0.9倍标幺值时，将双馈风机等效为一个可变的负电阻的第一等值阻抗模型和一个可变的负电阻和一个静止无功补偿器并联的第二等值阻抗模型；

41、在电力系统的状态为故障运行状态时，将双馈风机等效为一个可变的负电阻、一个可变的负电抗和一个静止无功补偿器并联的第三等值阻抗模型。

42、在一种实现方案中，第一等值阻抗模型的表达式为其中，k为风电接入容量，upcc表示双馈风机接入点电压，pf表示双馈风机的有功出力，r表示可变的负电阻的阻值；

43、第二等值阻抗模型的表达式为其中，qc表示静止无功补偿器补偿的无功功率，xc表示静止无功补偿器的阻抗；

44、第三等值阻抗模型的表达式为其中，qf表示双馈风机的无功出力，x表示可变的负电抗。

45、在一种实现方案中，参数确定模块，具体用于：

46、保持双馈风机的接入位置不变，改变双馈风机接入电力系统的接入方式及双馈风机接入容量，以此确定双馈风机在不同的接入方式下，电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下对应的等值阻抗模型的参数；

47、保持双馈风机的接入方式及接入容量不变，改变双馈风机接入电力系统的接入位置，以此确定双馈风机在不同的接入方式下，电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下对应的等值阻抗模型的参数。

48、在一种实现方案中，电力系统在正常运行状态下的自阻抗和互阻抗和在故障运行状态下的自阻抗和互阻抗的计算式为：

49、其中，z11和z12分别表示电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下的自阻抗和互阻抗，θ表示阻抗角，xd′表示发电机内电抗，xt1表示变压器1电抗，xl表示线路总电抗，λ表示双馈风机的接入位置与受端之间的距离，xl1表示送端至双馈风机接入点之间的线路电抗，xl2表示双馈风机接入点至受端负荷之间的线路电抗，x1表示送端同步机至双馈风机接入点的总电抗，x2表示双馈风机接入点至受端负荷的总电抗，x3表示双馈风机支路的总电抗，|z11|表示自阻抗的模值，|z12|表示互阻抗的模值，j表示虚部。

50、在一种实现方案中，在电力系统处于正常运行状态，且双馈风机接入点的电压大于0.9倍标幺值时，x2和x3的计算式为其中，xt2表示变压器2的阻抗，xt3表示变压器3的阻抗，r表示可变的负电阻的阻值；

51、在电力系统处于正常运行状态，且双馈风机接入点的电压小于0.9倍标幺值时，x2和x3的计算式为其中，xc表示静止无功补偿器的阻抗，r表示可变的负电阻的阻值；

52、在电力系统处于故障运行状态时，x2和x3的计算式为其中，x表示可变的负电抗。

53、在一种实现方案中，所述同步发电机的功率特性方程为其中，z11和z12分别表示电力系统的自阻抗和互阻抗；α11和α12别表示自阻抗和互阻抗对应的阻抗角的余角，δ为发电机功角，eq表示发电机的内电势，u为受端母线电压。

54、在一种实现方案中，所述接入方式包括双馈风机等容量替换同步发电机和风电直接接入，其中，所述双馈风机等容量替换表示在保持负荷不变的情况下，减少同步发电机出力，增加双馈风机出力改变风电的接入容量；所述风电直接接入表示保持同步发电机出力不变，通过增加双馈风机出力改变风电的接入容量；所述接入位置从送端同步发电机逐渐靠近负荷端。

55、在一种实现方案中，分析模块，还用于：

56、保持接入方式及接入容量不变，改变接入位置，得出电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下同步发电机的功角特性曲线偏移情况；

57、根据功角特性曲线偏移情况得出电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下的加/减速面积的变化范围；

58、根据加/减速面积的变化范围得出接入位置对电力系统送端暂态稳定性的影响程度。

59、在一种实现方案中，分析模块，还用于：

60、保持接入位置不变，改变接入方式和接入容量，得出电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下同步发电机的功角特性曲线偏移情况；

61、根据功角特性曲线偏移情况得出电力系统在正常运行状态下和在故障运行状态下的加/减速面积的变化范围；

62、根据加/减速面积的变化范围得出双馈风机接入对电力系统送端暂态稳定性的影响程度。

63、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

64、本发明考虑了在双馈风机接入点并联静止无功补偿器的稳压措施的双馈风机等效外特性计算时误差更小，根据不同工况将双馈风机等效为不同模型，根据双馈风机不同接入方式、不同接入位置进行等效，并根据实际要求并联一定容量的静止无功补偿器，计算电力系统的自阻抗和互阻抗，并代入同步发电机的的功率特性方程得出不同工况下的同步发电机的功角特性曲线，进而，利用等面积定则法分析双馈风机的不同接入方式或接入位置下对电力系统加、减速面积的影响，从而得出不同因素对电力系统暂态稳定性的影响，并以此影响情况来调整双馈风机接入电力系统的接入方式和接入位置，从而提升双馈风机接入电力系统送端的暂态稳定性。