CN107317354A - 一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，包括：揭示双馈风电场通过向电网输送有功、无功功率与同步机进行电气交互从而影响同步机功角的互同步性的原理，并将双馈风机的对外输出的功率特性用并联接地导纳反映；对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，将双馈风机包含的有功和无功信息糅入到同步机节点的导纳矩阵中，即将双馈风机对同步机电磁功率的影响转化为对同步机之间电气联系强弱的改变；根据收缩处理后的结果，结合节点注入电流公式与扩展等面积定则，分析风电场接入的多机系统同步机功角的互同步性与多机系统的暂态稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统暂态稳定性分析领域，尤其涉及一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法。
背景技术
风力发电是目前解决能源危机和环境问题的主要手段之一。我国风力发电产业发展极为迅速，总装机容量不断提高。风电场的大规模接入对电力系统原有的暂态稳定造成极大影响，有必要对含风电场的电力系统暂态稳定性进行理论分析研究。
目前已有不少关于风电场对电力系统暂态稳定性影响的分析研究，并取得了一定的成果。基于时域仿真分析法主要涉及的研究包括：通过仿真对比双馈风机(DFIG)分别采用恒功率因数控制和恒电压控制下同步机的功角稳定性[1]；通过分析风电场不同出力水平下系统的极限切除时间来体现风电场接入对系统稳定性能的影响[2]；通过用DFIG代替同步机，并仿真计算暂态稳定指数来分析DFIG对系统暂态稳定是否有利[3]。这些研究通常是基于时域仿真分析得出对系统暂态稳定性影响的规律，但是缺乏对所得结论的理论支撑。
也有采用直接法对含风电场电力系统的暂态稳定进行分析的。有的研究采用直流潮流模型对含有DFIG的双机系统进行简化，将DFIG视为有功功率注入源，分析DFIG不同接入位置对两台同步机各自机械功率的影响[4,5]。有的研究将DFIG故障前后有功无功特性等效为恒阻抗，通过等面积定则分析接入该恒阻抗后单机无穷大系统功角特性的变化[6,7]。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有研究中至少存在以下缺点和不足：
(1)现有研究多以对比风电场接入前后同步机的功角稳定性为目标，其本质上是将风电场看作是具有固定输出特性的设备，来分析其接入对系统稳定裕度产生的影响，而没有全面考虑风电机组在故障期间的暂态响应变化特性对同步机功角的影响；
(2)目前主要是针对单机无穷大或等值双机系统展开研究的，而实际电力系统多是由多台同步机组成，稳定性的分析主要看各同步机之间的功角互同步性，而以单机或双机系统作为研究对象将无法真实反映实际多机系统同步机之间的稳定性，因此研究含风电场的多机系统稳定性分析方法更具有现实意义；
(3)风电机组要求具备低电压穿越(LVRT)能力，采用不同的LVRT措施的风电机组在故障期间暂态响应不同，对同步机的电磁功率和功角造成的影响也会相应变化，而现有研究未考虑DFIG在故障期间暂态响应变化。
参考文献
[1]Vittal E，O'Malley M，Keane A.Rotor angle stability with highpenetrations of wind generation[J].IEEE Trans.on Power Systems，2012，27(1)：353-362.
[2]张明理，徐建源，李佳珏.含高渗透率风电的送端系统电网暂态稳定研究[J].电网技术，2013，37(3)：740-745.
[3]Libao S，Shiqiang.D，Yixin N，etc.Transient stability of powersystems with high penetration of DFIG based wind farms[C].2009IEEE Power&Energy Society General Meeting，Canada，2009.
[4]汤蕾，沈沉，张雪敏.大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响(一)：理论基础[J].中国电机工程学报，2015，35(15)：3832-3842.
[5]汤蕾，沈沉，张雪敏.大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响(二)：影响因素分析[J].中国电机工程学报，2015，35(16)：4043-4051.
[6]王清，薛安成，郑元杰，等.双馈型风电集中接入对暂态功角稳定的影响分析[J].电网技术，2016(3)：875-881.
[7]田新首，王伟胜，迟永宁，等.双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响[J].电力系统自动化，2015，39(10)：16-21.
发明内容
本发明提供了一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，本发明将风电场接入对多机系统暂态功角稳定性的影响问题转化为风机暂态功率输出特性对各同步机之间电气联系的影响问题，依据风电场接入后各同步机输出功率的变化分析同步机的功角互同步性，依据系统等值机械功率的变化分析整个系统暂态功角稳定性，使得风电场接入多机系统的暂态功角稳定的量化分析得以实现，为含风电场的多机系统暂态稳定性的深入研究奠定了理论基础，详见下文描述：
一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，所述方法包括以下步骤：
揭示双馈风电场通过向电网输送有功、无功功率与同步机进行电气交互从而影响同步机功角的互同步性的原理，并将双馈风机的对外输出的功率特性用并联接地导纳反映；；
对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，将双馈风机包含的有功和无功信息糅入到同步机节点的导纳矩阵中，即将双馈风机对同步机电磁功率的影响转化为对同步机之间电气联系强弱的改变；
根据收缩处理后的结果，结合节点注入电流公式与扩展等面积定则，分析风电场接入的多机系统同步机功角的互同步性与多机系统的暂态稳定性。
所述影响同步机功角的互同步性的原理具体为：
所述双馈风机的接入引起多机系统的潮流发生变化，各同步机相连节点的节点电压幅值和相位随之改变，影响各同步机的电磁功率，改变了整个多机系统内同步机功角之间的互同步性。
所述对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，具体为：
先将电力系统的节点电压方程进行第一次收缩处理消去网络中普通功率交换节点，得到含双馈风机出口节点与同步机内节点的网络；
将作为功率注入源的双馈风机处理成接地导纳，连接在出口节点上的功率源不复存在，该节点的注入电流为零；
原风机系统导纳矩阵中所有互导纳元素和其他节点的自导纳元素不受影响；
进行第二次收缩处理并消去出口节点，得到仅包含同步机暂态内电势节点的节点电压方程。
所述分析风电场接入的多机系统同步机功角的互同步性与多机系统的暂态稳定性具体为：
由节点注入电流公式计算出各同步机的电磁功率，以S机群中第i台同步机为例：
其中，Pe.i为第i台同步机的电磁功率，Ei为第i台同步机的暂态电势，Gii为第i台同步机的自电导，ΔGii为第i台同步机自电导的改变量，Ek为第k台同步机的暂态电势，Gik为第i台与第k台同步机间的互电导，ΔGik为第i台与第k台同步机间互电导的改变量，El为第l台同步机的暂态电势，Bil为第i台与第k台同步机间的互电纳，ΔBil为第i台与第k台同步机间互电纳的改变量，δSA为S机群与A机群同步机功角差；
DFIG的功率注入改变各同步机的电磁功率，使各同步机转子角发生相对位置变化，从而影响机组间的互同步性；
根据扩展等面积定则，含双馈风机的等值系统转子运动方程为：
其中，P′m.SA为系统等效机械功率，P′e.SA为系统等效电磁功率；Pm.SA表示系统等值机械功率；γ、Pmax与Pc为中间变量；ΔPc为改变量；δSA为S机群与A机群同步机功角差；
通过将DFIG在暂态过程中的输出特性对同步机之间电气联系的影响折算到等值系统的机械功率上，实现含DFIG系统暂态稳定性的分析。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、与现有的理论技术相比，本发明分析了DFIG的功率外特性与其机械运动无关，指出DFIG是通过向电网输送有功、无功功率与同步机进行电气交互，来影响同步机之间的互同步稳定性，而并非直接参与同步机的转子运动；
2、借助DFIG对同步机功角稳定的影响途径分析，将DFIG对外功率特性用并联接地导纳表示，通过将接地导纳所包含的有功无功信息糅入同步机节点导纳矩阵，使得DFIG对多同步机功角互同步性的影响转化为对同步机之间电气联系的影响；
3、为含DFIG的多机系统机组间的互同步性和整个系统暂态稳定性的研究提供了量化分析途径；
4、本方法可用于分析不同的LVRT方案对暂态稳定性的影响，对有利于系统稳定性的LVRT方案的研究具有指导意义。
附图说明
图1为DFIG对同步机功角互同步的影响方式的示意图；
图2为含DFIG的网络示意图；
图3为含DFIG的三机系统的示意图；
图4为两种方案下故障期间DFIG等效电纳对比图；
图5为两种方案下故障期间DFIG等效电导对比本系统的光路示意图；
其中，图4和图5中，方案A为定子串联电抗；方案B为撬棒。
图6为三机系统的等效功率特性曲线的示意图；
图7为同步机2与同步机1之间首摆最大功角差的示意图；
图8为同步机3与同步机1之间首摆最大功角差的示意图；
图9为三机系统等效功角示意图。
其中，(a)为多摆功角；(b)为首摆功角。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法。从风电场接入对多机系统同步机的影响途径出发，用等效的接地导纳来反映风电场的对外功率特性，并提出将接地导纳包含的风电场有功无功功率信息糅入同步机节点导纳矩阵中的思路，将风电场对同步机之间功角互同步性的影响转成同步机之间互导纳和自导纳、以及输出功率的改变量，从而能够从理论上量化分析同步机之间相对功角的变化情况，以及风电场对系统暂态功角稳定性的影响。另外，本发明实施例还给出了不同低电压穿越方案下多机系统暂态稳定性的对比分析。
一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，该方法包括以下步骤：
101：揭示双馈风电场通过向电网输送有功、无功功率与同步机进行电气交互从而影响同步机功角的互同步性的原理，并将双馈风机的对外输出的功率特性用并联接地导纳反映；
102：对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，将双馈风机包含的有功和无功信息糅入到同步机节点的导纳矩阵中，即将双馈风机对同步机电磁功率的影响转化为对同步机之间电气联系强弱的改变；
103：根据收缩处理后的结果，结合节点注入电流公式与扩展等面积定则，分析风电场接入的多机系统同步机功角的互同步性与多机系统的暂态稳定性。
其中，步骤101中的影响同步机功角的互同步性的原理具体为：
所述双馈风机的接入引起多机系统的潮流发生变化，各同步机相连节点的节点电压幅值和相位随之改变，影响各同步机的电磁功率，改变了整个多机系统内同步机功角之间的互同步性。
其中，步骤102中的对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，具体为：
先将电力系统的节点电压方程进行第一次收缩处理消去网络中普通功率交换节点，得到含双馈风机出口节点与同步机内节点的网络；
将作为功率注入源的双馈风机处理成接地导纳，连接在出口节点上的功率源不复存在，该节点的注入电流为零；
原风机系统导纳矩阵中所有互导纳元素和其他节点的自导纳元素不受影响；
进行第二次收缩处理并消去出口节点，得到仅包含同步机暂态内电势节点的节点电压方程。
综上所述，本发明实施例通过上述步骤101-步骤103实现了将风电场对同步机之间功角互同步性的影响转成同步机之间互导纳和自导纳、以及输出功率的改变量，从而能够从理论上量化分析同步机之间相对功角的变化情况，以及风电场对系统暂态功角稳定性的影响。
实施例2
下面结合具体的计算公式、实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：
201：理论分析DFIG的接入对同步机功角互同步稳定的影响原理，并将双馈风机的对外输出的功率特性用并联接地导纳反映；将由DFIG组成的风电场等效为一台DFIG进行分析。与同步机不同，DFIG依靠双变流器结构与矢量控制，使机械部分与电气部分的联系近似于解耦，其本身不存在功角特性，不具备传统意义上的机电暂态过程。因此不能直接通过研究DFIG的转子运动来分析风电场接入对多机系统暂态功角稳定性的影响。
对于同步机的互同步稳定而言，DFIG的接入可视为向多机系统中引入一个非自治因素，即DFIG对外输出的有功、无功功率。该因素引起系统的潮流发生变化，各同步机相连节点的节点电压幅值和相位随之改变，影响各同步机的电磁功率，从而改变了整个系统内同步机功角之间的互同步性。DFIG对同步机功角互同步稳定的影响关系如图1所示。
基于DFIG对同步机间功角互同步性的影响模式分析，为反映DFIG对电网注入的功率，将DFIG暂态过程中变化的对外功率特性用可变的接地导纳表示，这样DFIG接入系统相当于在DFIG出口节点处并联接地导纳：
其中，gdfig表示DFIG输出的有功功率Pdfig对应的等值电导，bdfig表示DFIG输出的无功功率Qdfig对应的等值电纳，Udfig表示DFIG出口节点电压。
202：对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，将双馈风机包含的有功和无功信息糅入到同步机节点的导纳矩阵中，将DFIG对同步机电磁功率的影响转化为对同步机之间电气联系强弱的改变，实现从理论上量化分析风电场对多机系统同步机之间电气联系影响；
根据扩展等面积定则理论，电力系统内所有同步机可划分为两个机群，领先群S和余下群A(上述两个机群为本领域技术人员所公知的技术术语，本发明实施例对此不做赘述)。考虑同步机的内电势节点，将电力系统内所有节点分成四类，分别是S群同步机内电势节点、A群同步机内电势节点、DFIG出口节点W、以及网络中普通功率交换节点R。含DFIG的网络示意图如图2所示。
按照节点的分类，电力系统的节点电压方程列写为：
式中，表示注入同步机的电流，表示同步机内电势，表示DFIG出口节点电压，表示其余网络节点电压，YSS为S机群子矩阵，包含S机群同步机节点自导纳和互导纳，YSA与YAS为S机群与A机群中同步机节点互导纳组成的子矩阵，YSW与YWS为S机群中同步机节点与W节点间的互导纳组成的子矩阵，YAW与YWA为A机群中同步机节点与W节点间的互导纳组成的子矩阵，YWW_0为W节点的自导纳，其余符号含义以此类推，本发明实施例对此不做赘述。
先将电力系统的节点电压方程进行第一次收缩处理消去R节点，得到含DFIG出口节点与同步机内节点的网络：
其中，Y′SS为第一次收缩后S机群子矩阵，包含S机群同步机节点自导纳和互导纳，Y′SA与Y′AS为第一次收缩后S机群与A机群中同步机节点互导纳组成的子矩阵，Y′SW与Y′WS为第一次收缩后S机群中同步机节点与W节点间的互导纳组成的子矩阵，Y′AW与Y′WA为第一次收缩后A机群中同步机节点与W节点间的互导纳组成的子矩阵，Y′WW_0为第一次收缩后W节点的自导纳，其余符号含义以此类推，本发明实施例对此不做赘述。
进一步求取DFIG的输出特性对于S群和A群内各同步机电磁功率的改变，但电磁功率与电压、电流相互耦合，直接求取较为困难。而反映DFIG对外功率特性的并联接地导纳的引入为间接求取DFIG随故障情况变化的输出特性对同步机电磁功率的改变量提供了可能性。在引入公式(1)中的DFIG出口节点处并联接地导纳后，需对式(3)进行两点修正：
1)对节点注入电流列向量的影响：将作为功率注入源的DFIG处理成接地导纳后，原本连接在W节点上的“功率源”不复存在，因此该节点的注入电流
2)对节点导纳矩阵的影响：根据节点导纳矩阵自导纳和互导纳的定义，此时应将W节点的自导纳由Y′WW_0修改为Y′WW＝Y′WW_0+ydfig，Y′WW为修改后的W节点自导纳。由于该等效导纳是接地的，原系统导纳矩阵中所有互导纳元素和其他节点的自导纳元素不受影响。
修正后的方程为：
进一步，对式(4)代表的网络进行第二次收缩处理并消去W节点，得到仅包含同步机暂态内电势节点的节点电压方程：
其中，Y″SS为第二次收缩后S机群子矩阵，包含S机群同步机节点自导纳和互导纳，Y″AS与Y″SA为第二次收缩后S机群与A机群中同步机节点互导纳组成的子矩阵，Y″AA为第二次收缩后A机群子矩阵，包含A机群同步机节点自导纳和互导纳，Y″S_A为收缩后的系统节点导纳矩阵。
通过两次收缩处理，将W节点包含的DFIG有功和无功信息糅入到同步机节点的导纳矩阵中，即将DFIG对同步机电磁功率的影响转化为对同步机之间电气联系强弱的改变。
203：根据步骤202所得的结果，结合了节点注入电流公式与扩展等面积定则，分析风电场接入的多机系统同步机功角的互同步性与系统的暂态稳定性。
根据以上理论分析，由节点注入电流公式可计算出各同步机的电磁功率，以S机群中第i台同步机为例：
其中，Pe.i为第i台同步机的电磁功率，Ei为第i台同步机的暂态电势，Gii为第i台同步机的自电导，ΔGii为第i台同步机自电导的改变量，Ek为第k台同步机的暂态电势，Gik为第i台与第k台同步机间的互电导，ΔGik为第i台与第k台同步机间互电导的改变量，El为第l台同步机的暂态电势，Bil为第i台与第k台同步机间的互电纳，ΔBil为第i台与第k台同步机间互电纳的改变量，δSA为S机群与A机群同步机功角差。
可见通过对DFIG输出功率向同步机节点导纳矩阵的糅入处理，使得DFIG功率特性对系统内各同步机的电磁功率的影响得以量化。DFIG的功率注入改变各同步机的电磁功率，使各同步机转子角发生相对位置变化，从而影响机组间的互同步性。
进一步地，借助拓展等面积定则分析DFIG功率特性对整个系统暂态稳定性的影响。考虑DFIG影响最大的情况，假设DFIG出口节点与S群同步机节点之间的电气距离远小于与A群同步机节点之间的电气距离，即近似为
则糅入DFIG并经过收缩后的系统导纳矩阵可简化为：
式中，Yn表示系统同步机之间原有的电气联系属性，而ΔYp表示DFIG向系统注入有功和无功后对同步机之间电气联系的等效改变量，ΔGij和ΔBij分别是DFIG有功和无功功率的函数，Y″S_A为糅入DFIG并经过收缩后的系统导纳矩阵，p为S机群中同步机数量，n为系统中同步机总数。
根据扩展等面积定则理论，不含DFIG的系统的转子运动方程为：
其中，MSA表示系统惯性时间常数，δSA表示系统功角，为δSA的二阶导数，Pm.SA表示系统等值机械功率，γ、Pmax与Pc为中间变量。式中变量及参数计算公式如下：
δSA＝δS-δA (9)
当系统内并入DFIG时，同步机的节点导纳矩阵有ΔYp的改变量，代入系统转子运动方程，得到方程中的Pc应有如下的改变量ΔPc：
则含DFIG系统的转子运动方程为：
其中，P′m.SA为系统等效机械功率，P′e.SA为系统等效电磁功率。
通过将DFIG在暂态过程中随系统运行情况变化的输出特性，对同步机之间电气联系的影响折算到等值系统的机械功率上，实现含DFIG系统暂态稳定性的分析。
另外，当LVRT方案不同时，故障期间DFIG的功率特性变化情况亦不同，系统的等效机械功率与ΔPc随之发生改变，反映到扩展等面积原理上即为系统等效加速面积大小的变化。
综上所述，本发明实施例通过上述步骤201-步骤203实现了将风电场对同步机之间功角互同步性的影响转成同步机之间互导纳和自导纳、以及输出功率的改变量，从而能够从理论上量化分析同步机之间相对功角的变化情况，以及风电场对系统暂态功角稳定性的影响。
实施例3
下面结合具体的计算公式、图3-图9对实施例1和2中的方案进行可行性验证，详见下文描述：
图3为含DFIG的三机系统。同步机SG1、SG2与SG3的额定容量分别为247.5MW、192MW与128MW，DFIG额定功率为75MW；三相对称故障设置在节点8，从0.2s持续到0.5s；负荷皆采用恒阻抗模型。该算例中SG2和SG3属于超前群S，SG1属于余下群A，DFIG并网位置靠近S机群。对比DFIG分别采用定子串联电抗穿越方案(记为方案A)和转子撬棒穿越方案(记为方案B)下同步机的互同步性与系统暂态稳定性。
对图3所示算例，计算经过收缩处理后，得到的新的节点电压方程：
其中：
矩阵ΔY2中元素代表了DFIG对同步机2和同步机3电气联系的影响程度，由于元素ΔY2[1,1]远大于矩阵内其他元素，代表DFIG功率特性对同步机2等效自导纳产生的影响远大于对同步机3等效自导纳产生的影响。
图4和图5分别表示DFIG采用两种不同LVRT方案时的等效导纳。给出故障期间电导与电纳的平均值来反映DFIG接地导纳的参数：
计算出采用两种LVRT方案下DFIG对系统等效机械功率的改变量分别为：
ΔPc.A＝0.370E2E2+0.369E2E3+0.054E3E3
ΔPc.B＝0.321E2E2+0.328E2E3+0.049E3E3
显然，ΔPc.A＞ΔPc.B＞0。该大小关系可在图6的等效功率特性曲线中反映出来。等效系统的机械功率为Pm.SA-Pc-ΔPc，方案A下系统的ΔPc.A大于方案B系统的下ΔPc.B。方案A的加速面积是D1；方案B的加速面积是D1+D2；而无DFIG接入情况下ΔPc等于0，加速面积是D1+D2+D3。
图7和图8分别表示同步机2(属于S群)、同步机3(属于S群)与同步机1(属于A群)的功角之间首摆的摆开角度。分别采用方案A和方案B时，同步机2与1之间的最大摆开角均大于同步机3与1之间的最大摆开角，说明同步机2比同步机3的功角运动受DFIG对外输出特性的变化影响更大。
图9表示系统中不含DFIG与含有DFIG并采用方案A或方案B这三种情况下的系统等效功角。当DFIG采用方案A时，系统等效功角的首摆最大值小于采用方案B时的最大值，反映出前者使加速面积更小。并且采用两种穿越方案时的首摆最大值均小于不含有DFIG的三机系统的功角首摆最大值。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
揭示双馈风电场通过向电网输送有功、无功功率与同步机进行电气交互从而影响同步机功角的互同步性的原理，并将双馈风机的对外输出的功率特性用并联接地导纳反映；
对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，将双馈风机包含的有功和无功信息糅入到同步机节点的导纳矩阵中，即将双馈风机对同步机电磁功率的影响转化为对同步机之间电气联系强弱的改变；
根据收缩处理后的结果，结合节点注入电流公式与扩展等面积定则，分析风电场接入的多机系统同步机功角的互同步性与多机系统的暂态稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，其特征在于，所述影响同步机功角的互同步性的原理具体为：
所述双馈风机的接入引起多机系统的潮流发生变化，各同步机相连节点的节点电压幅值和相位随之改变，影响各同步机的电磁功率，改变了整个多机系统内同步机功角之间的互同步性。
3.根据权利要求1所述的一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，其特征在于，所述对含有双馈风机的多机系统的节点电压方程进行2次收缩处理，具体为：
先将电力系统的节点电压方程进行第一次收缩处理消去网络中普通功率交换节点，得到含双馈风机出口节点与同步机内节点的网络；
将作为功率注入源的双馈风机处理成接地导纳，连接在出口节点上的功率源不复存在，该节点的注入电流为零；
原风机系统导纳矩阵中所有互导纳元素和其他节点的自导纳元素不受影响；
进行第二次收缩处理并消去出口节点，得到仅包含同步机暂态内电势节点的节点电压方程。
4.根据权利要求1所述的一种含风电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法，其特征在于，所述分析风电场接入的多机系统同步机功角的互同步性与多机系统的暂态稳定性具体为：
由节点注入电流公式计算出各同步机的电磁功率，以S机群中第i台同步机为例：
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其中，Pe.i为第i台同步机的电磁功率，Ei为第i台同步机的暂态电势，Gii为第i台同步机的自电导，ΔGii为第i台同步机自电导的改变量，Ek为第k台同步机的暂态电势，Gik为第i台与第k台同步机间的互电导，ΔGik为第i台与第k台同步机间互电导的改变量，El为第l台同步机的暂态电势，Bil为第i台与第k台同步机间的互电纳，ΔBil为第i台与第k台同步机间互电纳的改变量，δSA为S机群与A机群同步机功角差；
DFIG的功率注入改变各同步机的电磁功率，使各同步机转子角发生相对位置变化，从而影响机组间的互同步性；
根据扩展等面积定则，含双馈风机的等值系统转子运动方程为：
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1
其中，P′m.SA为系统等效机械功率，P′e.SA为系统等效电磁功率；Pm.SA表示系统等值机械功率；γ、Pmax与Pc为中间变量；ΔPc为改变量；δSA为S机群与A机群同步机功角差；
通过将DFIG在暂态过程中的输出特性对同步机之间电气联系的影响折算到等值系统的机械功率上，实现含DFIG系统暂态稳定性的分析。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108599229A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-09-28 | 天津大学 | 一种有利于多机电力系统暂态稳定性的风电场配置方法 |
| CN108767898A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-06 | 四川大学 | 一种考虑风电与直流综合作用的电力系统暂态稳定分析方法 |
| CN109149645A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-04 | 吉林大学 | 一种含有双馈感应式风电机组电网的暂态稳定计算方法 |
| CN109861214A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-07 | 中国电力科学研究院有限公司 | 判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法、系统 |
| CN110086206A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-08-02 | 昆明理工大学 | 一种含风机的扩展单机无穷大系统暂态功角稳定性分析方法 |
| CN110138018A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-16 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种提高系统暂态稳定性的新能源机组暂态优化控制方法 |
| CN111293709A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-06-16 | 天津大学 | 一种提高含风机系统暂态功角稳定性的超导储能控制方法 |
| CN112271756A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-01-26 | 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种新能源场站并网稳定性评估方法 |
| CN113162121A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-07-23 | 重庆大学 | 一种含多风电场的电力系统暂态失稳风险评估方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080203978A1 (en) * | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Frequency converter for a double-fed asynchronous generator with variable power output and method for its operation |
| CN105375475A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-03-02 | 浙江大学 | 一种基于实时动态等值的电力系统快速暂态稳定仿真方法 |
| CN105406460A (zh) * | 2015-09-21 | 2016-03-16 | 国家电网公司 | 基于广域测量信息的机组强励与直流紧急功率支援协调控制方法 |
| CN106356885A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-25 | 国家电网公司 | 一种风电并网系统暂态功角前二摆稳定性判断方法 |
-
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- 2017-06-30 CN CN201710526713.5A patent/CN107317354B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080203978A1 (en) * | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Frequency converter for a double-fed asynchronous generator with variable power output and method for its operation |
| CN105406460A (zh) * | 2015-09-21 | 2016-03-16 | 国家电网公司 | 基于广域测量信息的机组强励与直流紧急功率支援协调控制方法 |
| CN105375475A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-03-02 | 浙江大学 | 一种基于实时动态等值的电力系统快速暂态稳定仿真方法 |
| CN106356885A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-25 | 国家电网公司 | 一种风电并网系统暂态功角前二摆稳定性判断方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 姜惠兰 等: "风机转子撬棒投切对电力系统暂态稳定性的影响", 《电网技术》 * |
| 汤蕾 等: "大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响(二)：影响因素分析", 《中国电机工程学报》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108599229A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-09-28 | 天津大学 | 一种有利于多机电力系统暂态稳定性的风电场配置方法 |
| CN108767898A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-06 | 四川大学 | 一种考虑风电与直流综合作用的电力系统暂态稳定分析方法 |
| CN108767898B (zh) * | 2018-06-13 | 2021-07-06 | 四川大学 | 一种考虑风电与直流综合作用的电力系统暂态稳定分析方法 |
| CN109149645A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-04 | 吉林大学 | 一种含有双馈感应式风电机组电网的暂态稳定计算方法 |
| CN109861214A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-07 | 中国电力科学研究院有限公司 | 判断区域电网暂态功角稳定薄弱线路的方法、系统 |
| CN110086206A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-08-02 | 昆明理工大学 | 一种含风机的扩展单机无穷大系统暂态功角稳定性分析方法 |
| CN110138018A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-16 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种提高系统暂态稳定性的新能源机组暂态优化控制方法 |
| CN111293709A (zh) * | 2020-02-18 | 2020-06-16 | 天津大学 | 一种提高含风机系统暂态功角稳定性的超导储能控制方法 |
| CN111293709B (zh) * | 2020-02-18 | 2023-01-31 | 天津大学 | 一种提高含风机系统暂态功角稳定性的超导储能控制方法 |
| CN112271756A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-01-26 | 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种新能源场站并网稳定性评估方法 |
| CN113162121A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-07-23 | 重庆大学 | 一种含多风电场的电力系统暂态失稳风险评估方法 |
| CN113162121B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-09-13 | 重庆大学 | 一种含多风电场的电力系统暂态失稳风险评估方法 |
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