CN105281324B - 一种电力系统的次同步振荡评估方法 - Google Patents
一种电力系统的次同步振荡评估方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种包含统一潮流控制器（Unified Plow Flow Controller,简称UPFC）的电力系统的次同步振荡评估方法，属于电力系统规划和运行技术领域。本发明首先建立统一潮流控制器的次同步振荡等效研究模型；再根据网架结构及发电机、UPFC的实际安装情况对电力系统做适当的等效化简，得到发电机到UPFC的等效模型；最后利用所建立的发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡行为进行评估预测。本发明实现了对含有UPFC的电力系统的次同步振荡评估，可用于指导电网的规划和安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统评估方法，尤其涉及一种包含统一潮流控制器(UnifiedPlow Flow Controller,简称UPFC)的电力系统的次同步振荡评估方法，属于电力系统规划和运行技术领域。
背景技术
现代电力系统对电力的安全性、可靠性、经济性提出了越来越高的要求，串联电容补偿技术和柔性交流输电(FACTS)技术是解决上述问题的有效措施之一，但在产生巨大经济效益的同时，也给电力系统安全稳定运行带来一些问题，电力系统次同步振荡SSO就是其问题之一。次同步振荡属于系统的振荡失稳，它是由电力系统中一种特殊的机电耦合作用引起的，其最大的危害是，严重的机电耦合作用可能直接导致大型汽轮发电机组转子轴系的严重破坏，造成重大事故，危及电力系统的安全运行。
1991年美国西屋科技中心的博士Gyugyi.L首先提出了统一潮流控制器的概念，UPFC是FACTS家族中最复杂也是最有吸引力的一种补偿器，它综合了许多器件的灵活控制手段，被认为是最有创造性，且功能最强大的元件，它的成功运行被称作FACTS技术发展的重要里程碑，因而受到了产业界和学术界的普遍重视。传统的元件功能都是单一的，就需要在该处设置几种装置，增大了安装、调试工作量，同时设备的投资也相当可观。UPFC的基本思想正是用一种统一的晶闸管控制装置，仅仅通过控制规律的变化就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿、移相等几种不同功能。UPFC是第三代元件，也是最有力、最全面的晶闸管控制装置，它是由并联补偿的静止同步补偿器(STATCOM)和串联补偿的静止同步串联补偿器(SSSC)相结合组成的新型潮流控制装置，其功能是将一个由换流器产生的幅值和相角均可以连续变化的交流电压串联加在输电线相电压上，从而实现线路有功、无功功率的准确调节,并可以提高输送能力以及阻尼系统振荡。
鉴于UPFC具有较强的改变线路潮流能力，投入后将对电力系统运行状态带来较大影响，有必要在规划和运行时评估其对电力系统的影响程度。然而目前并未有关于UPFC如何影响电力系统次同步振荡的研究成果被公开，因此亟需对包含统一潮流控制器的电力系统的次同步振荡行为进行研究，从UPFC元件模型、分析电力系统次同步谐振频率和评估UPFC参数变化对次同步振荡影响等方面进行模型建立及评估，以对电力系统的规划运行提供指导。
发明内容
本发明所要解决技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电力系统的次同步振荡评估方法，能够对包含UPFC的电力系统的次同步振荡行为进行准确的评估预测。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种电力系统的次同步振荡评估方法，所述电力系统包含统一潮流控制器UPFC；利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行评估；所述发电机到UPFC的等效模型具体按照以下方法构建：
步骤1、建立UPFC次同步振荡研究等效模型；
步骤2、根据网架结构及发电机、UPFC安装情况，对电力系统进行化简，建立发电机到UPFC的等效模型，具体如下：
(1)以UPFC为中心，寻找与UPFC之间的主干网架电压等级的变电站的数量不多于两个的发电机组；
(2)以UPFC和(1)中得到的发电机组为中心，向外保留距离一个主干网架电压等级的变电站区域，确定电力系统的等值边界；
(3)基于(2)得到的电力系统等值范围，计算系统各支路的等效阻抗；
(4)基于等效前系统的稳定运行状态和潮流，结合边界点的等效阻抗，确定外网等值成电源或者负荷，并确定该电源或负荷的参数。
优选地，所述建立UPFC次同步振荡研究等效模型，具体如下：设UPFC并联点电压为电流为从并联点流入并联换流器，串联侧电压为电流为从串联换流器流向串联侧，直流电容电压为vdc；将矢量分解到系统xy坐标系下，得到以下UPFC次同步振荡研究等效模型：
式中，ω为发电机转速,rE、lE分别为UPFC并联侧的等效电阻和电抗，rB、lB分别为UPFC串联侧的等效电阻和电抗，mE、δE分别为UPFC并联侧换流器的幅值调制比率和相位角，mB、δB分别为UPFC串联侧换流器的幅值调制比率和相位角,p为微分算子。
进一步地，所述利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行评估，包括根据所述发电机到UPFC的等效模型，计算系统在次同步频率下的等效阻抗，并分析系统的电气谐振频率，具体如下：
(1)将UPFC并联侧用一大小为mEvdc cosδE的可控电流源表示，并经阻抗为rE+jωlE的线路接入并联点；将UPFC串联侧等效为串入一大小为mBvdc sinδB的可控电压源和一条阻抗为rB+jωlB的线路；
(2)确定待研发电机组，将其它非待研机组表示为电压源和次暂态电抗串联的形式；对于待研发电机组，计算其内电路阻抗ZG，公式如下：
式中，rα为发电机组定子电阻,lr为发电机组次暂态电抗，rrd、rrq分别为发电机组的d轴和q轴的有效转子电阻；
(3)计算电力系统在次同步频率ω下的等值阻抗Req(ω)+jXeq(ω)，令等值电抗Xeq(ω)＝0，计算系统的谐振频率ωer，此ωer即为次同步振荡频率。
更进一步地，所述利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行评估，还包括：设定不同的UPFC并联节点电压幅值、UPFC串联侧传输有功功率和无功功率，运用测试信号法计算电力系统电气阻尼的变化，根据电气阻尼值大小评估电力系统是否会发生次同步振荡及其强弱。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明针对包含UPFC的电力系统，利用UPFC次同步振荡研究等效模型以及系统其余部分的等效简化，构建了发电机到UPFC的等效模型，可对系统的次同步振荡行为进行准确的模拟预测；本发明可在考虑UPFC并联侧电压控制和串联侧潮流控制情况下，评估电力系统是否会发生次同步振荡以及次同步振荡强弱，可有效分析统一潮流控制器对于次同步振荡的影响程度，对实际电网的规划和运行有着重要的实际意义。
附图说明
图1为UPFC的结构示意图；
图2为本发明所使用的UPFC的等效注入模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
为了便于公众理解，下面以一个优选实施例来对本发明技术方案进行详细说明。
本发明实施例中的次同步振荡评估方法，包括以下步骤：
步骤1、建立UPFC次同步振荡研究等效模型。
要对包含UPFC的电力系统的次同步振荡进行研究分析，首先要构建合理的UPFC次同步振荡研究等效模型。UPFC的基本结构如图1所示。设UPFC并联点电压为电流为从并联点流入并联换流器,一般用阻抗ZE＝rE+jωlE等值并联变压器的阻抗及对应的换流器功率损耗。根据电路原理，可得并联侧模型为：
由于次同步振荡需要计及电磁暂态过程，将上式中的电流写成微分形式，并分解到系统xy坐标系下：
式中，ω为发电机转速，mE、δE分别为UPFC并联侧换流器的幅值调制比率和相位角，直流电容电压为vdc，p为微分算子。
设定UPFC串联侧电压为电流为从串联换流器流向串联侧，用阻抗ZB＝rB+jωlB等值串联变压器的阻抗及对应的换流器功率损耗，计及串联侧的电磁暂态过程，将矢量分解到系统xy坐标系下，模型如下：
式中，mB、δB分别为UPFC串联侧换流器的幅值调制比率和相位角。
根据直流电容贮存的电场能量变化率等于两个换流器的有功功率之差，设直流电容值为Cdc，其方程表述为：
这样，即得到以式(2)、(3)、(4)这三个方程所构成的UPFC次同步振荡研究等效模型。
步骤2、根据网架结构及发电机、UPFC安装情况，对电力系统进行化简，建立发电机到UPFC的等效模型。
除了步骤1所建立的UPFC次同步振荡研究等效模型之外，还要考虑电力系统中的其它部分。为了降低模型复杂度，减少后续评估的计算量，有必要对电力系统进行化简，具体如下：
(1)以UPFC为中心，寻找与UPFC电气距离较短的发电机组：如果发电机组与UPFC距离两个主干网架电压等级的变电站，则认为该发电机组和UPFC之间不会发生次同步振荡；即找出与UPFC之间的主干网架电压等级的变电站的数量不多于两个的发电机组；
(2)以UPFC和(1)中得到的发电机组为中心，向外保留距离一个主干网架电压等级的变电站区域，确定电力系统的等值边界；
(3)基于(2)得到的电力系统等值范围，计算系统各支路的等效阻抗；
(4)基于等效前系统的稳定运行状态和潮流，结合边界点的等效阻抗，确定外网等值成电源或者负荷，并确定该电源或负荷的参数。
步骤3、根据所述发电机到UPFC的等效模型，计算系统在次同步频率下的等效阻抗，并分析系统的电气谐振频率，具体如下：
(1)根据次同步振荡研究等效模型，利用等效功率注入法，如图2所示，将UPFC并联侧用一大小为mEvdc cosδE的可控电流源表示，并经阻抗为rE+jωlE的线路接入并联点；将UPFC串联侧等效为串入一大小为mBvdc sinδB的可控电压源和一条阻抗为rB+jωlB的线路；
(2)确定待研发电机组，将其它非待研机组表示为电压源和次暂态电抗串联的形式；对于待研发电机组，计算其内电路阻抗ZG，公式如下：
式中，rα为发电机组定子电阻,lr为发电机组次暂态电抗，rrd、rrq分别为发电机组的d轴和q轴的有效转子电阻；
(3)计算电力系统在次同步频率ω下的等值阻抗Req(ω)+jXeq(ω)，令等值电抗Xeq(ω)＝0，计算系统的谐振频率ωer，此ωer即为次同步振荡频率。
步骤4、设定不同的UPFC并联节点电压幅值、UPFC串联侧传输有功功率和无功功率，运用测试信号法计算电力系统电气阻尼的变化，根据电气阻尼值大小评估电力系统是否会发生次同步振荡及其强弱。
本发明所构建的发电机到UPFC的等效模型可以在MATLAB或SIMULINK等平台中实现，从而便于模拟仿真的实施。
Claims (5)
1.一种电力系统的次同步振荡评估方法，所述电力系统包含统一潮流控制器UPFC；其特征在于，利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行评估；所述发电机到UPFC的等效模型具体按照以下方法构建：
步骤1、建立UPFC次同步振荡研究等效模型；
步骤2、根据网架结构及发电机、UPFC安装情况，对电力系统进行化简，建立发电机到UPFC的等效模型，具体如下：
(1)以UPFC为中心，寻找与UPFC之间的主干网架电压等级的变电站的数量不多于两个的发电机组；
(2)以UPFC和(1)中得到的发电机组为中心，向外保留距离一个主干网架电压等级的变电站区域，确定电力系统的等值边界；
(3)基于(2)得到的电力系统等值范围，计算系统各支路的等效阻抗；
(4)基于等效前系统的稳定运行状态和潮流，结合边界点的等效阻抗，确定外网等值成电源或者负荷，并确定该电源或负荷的参数。
2.如权利要求1所述次同步振荡评估方法，其特征在于，所述建立UPFC次同步振荡研究等效模型，具体如下：设UPFC并联点电压为从并联点流入并联换流器的电流为串联侧电压为从串联换流器流向串联侧的电流为直流电容电压为vdc；将矢量分解到系统xy坐标系下，得到以下UPFC次同步振荡研究等效模型：
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式中，Cdc为直流电容值，ω为次同步频率,rE、lE分别为UPFC并联侧的等效电阻和电抗，rB、lB分别为UPFC串联侧的等效电阻和电抗，mE、δE分别为UPFC并联侧换流器的幅值调制比率和相位角，mB、δB分别为UPFC串联侧换流器的幅值调制比率和相位角,p为微分算子。
3.如权利要求2所述次同步振荡评估方法，其特征在于，所述利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行评估，包括根据所述发电机到UPFC的等效模型，计算系统在次同步频率下的等效阻抗，并分析系统的电气谐振频率，具体如下：
(1)将UPFC并联侧用一大小为mEvdccosδE的可控电流源表示，并经阻抗为rE+jωlE的线路接入并联点；将UPFC串联侧等效为串入一大小为mBvdcsinδB的可控电压源和一条阻抗为rB+jωlB的线路；
(2)确定待研发电机组，将其它非待研机组表示为电压源和次暂态电抗串联的形式；对于待研发电机组，计算其内电路阻抗ZG，公式如下：
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式中，rα为发电机组定子电阻,lr为发电机组次暂态电抗，rrd、rrq分别为发电机组的d轴和q轴的有效转子电阻；
(3)计算电力系统在次同步频率ω下的等值阻抗Req(ω)+jXeq(ω)，令等值电抗Xeq(ω)＝0，计算系统的谐振频率ωer，此ωer即为次同步振荡频率。
4.如权利要求3所述次同步振荡评估方法，其特征在于，所述利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行评估，还包括：设定不同的UPFC并联节点电压幅值、UPFC串联侧传输有功功率和无功功率，运用测试信号法计算电力系统电气阻尼的变化，根据电气阻尼值大小评估电力系统是否会发生次同步振荡及其强弱。
5.如权利要求1～4任一项所述次同步振荡评估方法，其特征在于，所述发电机到UPFC的等效模型在MATLAB或SIMULINK平台中实现。
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| US7813884B2 (en) * | 2008-01-14 | 2010-10-12 | Chang Gung University | Method of calculating power flow solution of a power grid that includes generalized power flow controllers |
| CN203368029U (zh) * | 2013-07-01 | 2013-12-25 | 国家电网公司 | 基于facts的广义统一潮流控制器 |
| CN104779609A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-07-15 | 国家电网公司 | 一种用于互联电网的潮流协同控制方法 |
-
2015
- 2015-10-10 CN CN201510651414.5A patent/CN105281324B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7813884B2 (en) * | 2008-01-14 | 2010-10-12 | Chang Gung University | Method of calculating power flow solution of a power grid that includes generalized power flow controllers |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 含SVC串补系统的次同步谐振实用阻尼算式;赵欣等;《电力系统保护与控制》;20121016;第40卷(第20期);第94-100页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105281324A (zh) | 2016-01-27 |
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