CN109980658B - 一种同步调相机暂态无功输出能力的评估方法 - Google Patents

一种同步调相机暂态无功输出能力的评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种同步调相机暂态无功输出能力的评估方法，属于同步电机运行技术领域。该方法包括：S1建立调相机的数学模型，推导调相机稳态运行的定子输出电流；S2根据叠加原理，忽略励磁电压在暂态阶段的调节作用，推导调相机暂态工况下调相机输出的超瞬变电流和瞬变电流；S3综合调相机在稳态运行和暂态工况下的定子输出电流，得到调相机在机端电压突然变化后暂态无功输出及增量表达式；S4建立调相机时域有限元仿真模型，计算出调相机内部磁场饱和时的电抗参数；S5将调相机饱和时的电抗参数代入暂态无功增量表达式。本发明能够快速、准确地评估电网运行中同步调相机暂态无功输出能力。

Description

一种同步调相机暂态无功输出能力的评估方法
技术领域
本发明属于同步电机运行技术领域，涉及一种同步调相机暂态无功输出能力评估方法。
背景技术
随直流输电的大规模建设，直流换相失败、电压支撑不足问题愈显突出。大容量同步调相机由于具有容量大、可靠性高、动态维持电压能力强的优点，同时也可以为系统提供转动惯量和短路容量，调相机正成为我国特高压直流系统安全运行保障重要应用领域。当特高压系统电压出现大扰动时，同步调相机可以发挥其暂态特性，为系统提供瞬时的无功支撑，以改善直流换相失败、抑制系统暂态过电压。
现有大容量同步调相机主要按照额定稳定运行工况进行设计，暂态无功能力未能充分考虑。而基于纯有限元的分析方法，虽然暂态无功计算结果更加精确，但计算时间过长，不能适应系统复杂暂态工况的调相机无功能力评估。
由于同步调相机暂态无功输出能力直接关系到输电系统暂态稳定性，因此亟需发明一种同步调相机暂态无功输出能力的评估方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于数学模型和有限元提取饱和参数的调相机暂态无功输出能力评估方法，能够快速、准确地评估调相机在系统电压突变下的暂态无功输出能力，为提升调相机对特高压直流系统安全运行提供支撑。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种同步调相机暂态无功输出能力的评估方法，具体包括以下步骤：
S1：建立调相机的数学模型，推导调相机稳态运行的定子输出电流；
S2：根据叠加原理，忽略励磁电压在暂态阶段的调节作用，推导调相机暂态工况下调相机输出的超瞬变电流和瞬变电流；
S3：综合调相机在稳态运行和暂态工况下的定子输出电流，根据叠加原理，得到调相机在机端电压突然变化后暂态无功输出及增量表达式；
S4：建立调相机时域有限元仿真模型，根据调相机的运行工况设置其仿真边界条件，计算出调相机内部磁场饱和时的电抗参数；
S5：将调相机饱和时的电抗参数代入步骤S3所得到的暂态无功增量表达式，实现对调相机暂态无功输出能力的评估。
进一步，所述步骤S1中，调相机的数学模型为：
Figure BDA0002045853200000021
Figure BDA0002045853200000022
其中，ud、uq分别为d、q轴定子电压，uf为励磁绕组电压；id、iq分别为d、q轴定子电流，if为励磁绕组电流，iD、iQ为d、q轴阻尼绕组电流；ψd、ψq分别为d、q轴定子绕组磁链，ψf为励磁绕组磁链，ψD、ψQ分别为d、q轴阻尼绕组磁链；r为定子绕组电阻，Rf为励磁绕组电阻，RD、RQ分别为d、q轴阻尼绕组电阻；Xad、Xaq分别为d、q轴电枢反应电抗，Xd、Xq分别为d、q轴同步电抗，Xf为励磁绕组电抗，XD、XQ分别为阻尼绕组电抗；p为微分算子。
进一步，所述步骤S1中，调相机稳态运行的定子输出电流表达式为：
Figure BDA0002045853200000023
其中，E为励磁电动势。
进一步，所述步骤S2中，暂态工况下调相机输出的超瞬变电流表达式为：
Figure BDA0002045853200000024
其中，X″d为直轴次暂态电抗，X″q为交轴次暂态电抗，K为电网电压变化程度，U0为稳态运行时调相机机端电压，ω为角频率。
进一步，所述步骤S2中，暂态工况下调相机输出瞬变电流表达式为：
Figure BDA0002045853200000031
其中，X'd为直轴暂态电抗，X'q为交轴暂态电抗。
进一步，所述步骤S3中，调相机在机端电压突然变化后电定子实际电流表达式为：
Figure BDA0002045853200000032
其中，idk为调相机在机端电压突然变化后电定子实际电流，id0为稳态运行时调相机定子输出电流，Td″为直轴超瞬态时间常数，Td'为直轴瞬态时间常数，Ta为电枢时间常数，Q0为调相机稳态运行时无功输出。
进一步，所述步骤S3中，调相机在机端电压突然变化后暂态无功输出表达式为：
Figure BDA0002045853200000033
其中，Qk为调相机在机端电压突然变化后暂态无功输出。
进一步，所述步骤S3中，调相机在机端电压突然变化后暂态无功增量表达式为：
Figure BDA0002045853200000034
进一步，所述步骤S4中，采用冻结磁导率或类似方法，提取调相机磁场饱和时的暂稳态电抗参数，具体包括：直轴同步电抗Xd、直轴暂态电抗X'q、直轴次暂态电抗X″d、交轴同步电抗Xq、交轴暂态电抗X'q和交轴次暂态电抗X″q。
进一步，所述步骤S5中，调相机暂态无功输出能力关于电网电压变化程度的评估表达式为：
ΔQmax＝(B-A)K2+(A-B+Q0)K-Q0
其中，
Figure BDA0002045853200000041
本发明的有益效果在于：本发明能够快速、准确地评估电网运行中同步调相机暂态无功输出能力，从而指导调相机在系统暂态故障下的运行行为，为调相机在特高压直流系统安全运行中的应用提供技术支持。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述评估方法流程图；
图2为本发明提取的饱和暂态参数示例图；
图3为应用本发明提出的饱和参数与常规参数的暂态无功对比示例图；
图4为应用本发明提出的方法，分析不同电网电压变化程度下调相机输出暂态无功最大值示例图；
图5为应用本发明提出的方法，分析不同初始无功对调相机暂态无功特性影响示例图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1为本发明所述的一种同步调相机暂态无功输出能力的评估方法流程图，如图1所示，该方法具体包括以下步骤：
S1：建立调相机的数学模型，推导调相机稳态运行的定子输出电流；
S2：根据叠加原理，忽略励磁电压在暂态阶段的调节作用，推导调相机暂态工况下调相机输出的超瞬变电流和瞬变电流；
S3：综合调相机在稳态运行和暂态工况下的定子输出电流，根据叠加原理，得到调相机在机端电压突然变化后暂态无功输出及增量表达式；
S4：建立调相机时域有限元仿真模型，根据调相机的运行工况设置其仿真边界条件，计算出调相机内部磁场饱和时的电抗参数；
S5：将调相机饱和时的电抗参数代入步骤S3所得到的暂态无功增量表达式，实现对调相机暂态无功输出能力的评估。
下面以某300MVar同步调相机为例，结合附图2～4对本发明的具体实施进行说明。
图2为提取300MVAR同步调相机饱和暂态参数的有限元结果。图3为应用本发明提出的饱和参数与常规参数的暂态无功对比示例图，根据仿真结果可知，计及饱和参数时，调相机暂态进相能力增大，符合理论趋势。
图4为应用本发明提出的评估方法，分析不同电网电压变化程度下调相机输出暂态无功最大值评估结果示例。根据推导出的无功表达式可知，当调相机的电磁参数及初始无功恒定时，调相机的暂态无功增量最大值与电网电压变化程度呈二次函数关系。设定调相机初始无功Q0为1p.u.，以计算得到的不同电网电压变化程度下调相机暂态无功增量最大值评估结果和仿真结果即如图4示。图中所示的评估结果与仿真结果一致。当电网电压突然骤升，即K>1时，调相机输出的暂态无功进相增量最大值随电网电压变化程度的增大而增大(此处增大是指绝对值的增大，无功增量的大小用绝对值衡量)。当电网电压突然跌落时，即K<1时，调相机输出的暂态无功增量最大值随电网电压变化程度的增大而先增大后减小。
图5为应用本发明提出的评估方法，分析不同初始无功对调相机暂态无功特性影响结果示例。当电网跌落程度及调相机电磁参数一定时，调相机的暂态无功增量最大值与调相机初始无功呈线性关系。设定电网电压骤升程度K为1.2，不同初始无功下，调相机暂态无功进相增量最大值的评估结果和仿真结果如图5所示。调相机不同初始无功下暂态无功进相增量最大值的评估结果和仿真结果基本吻合，验证评估方法的正确性。随着调相机初始无功的增大，调相机暂态无功进相增量逐渐减小，即调相机抑制电网过电压能力越弱。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种同步调相机暂态无功输出能力的评估方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1：建立调相机的数学模型，推导调相机稳态运行的定子输出电流；
S2：根据叠加原理，忽略励磁电压在暂态阶段的调节作用，推导调相机暂态工况下调相机输出的超瞬变电流和瞬变电流；
S3：综合调相机在稳态运行和暂态工况下的定子输出电流，根据叠加原理，得到调相机在机端电压突然变化后暂态无功输出及增量表达式；
S4：建立调相机时域有限元仿真模型，根据调相机的运行工况设置其仿真边界条件，计算出调相机内部磁场饱和时的电抗参数；
S5：将调相机饱和时的电抗参数代入步骤S3所得到的暂态无功增量表达式，实现对调相机暂态无功输出能力的评估；
所述步骤S1中，调相机的数学模型为：
Figure FDA0003609926120000011
Figure FDA0003609926120000012
其中，ud、uq分别为d、q轴定子电压，uf为励磁绕组电压；id、iq分别为d、q轴定子电流，if为励磁绕组电流，iD、iQ为d、q轴阻尼绕组电流；ψd、ψq分别为d、q轴定子绕组磁链，ψf为励磁绕组磁链，ψD、ψQ分别为d、q轴阻尼绕组磁链；r为定子绕组电阻，Rf为励磁绕组电阻，RD、RQ分别为d、q轴阻尼绕组电阻；Xad、Xaq分别为d、q轴电枢反应电抗，Xd、Xq分别为d、q轴同步电抗，Xf为励磁绕组电抗，XD、XQ分别为阻尼绕组电抗；p为微分算子；
调相机稳态运行的定子输出电流表达式为：
Figure FDA0003609926120000021
其中，E为励磁电动势；
所述步骤S2中，暂态工况下调相机输出的超瞬变电流表达式为：
Figure FDA0003609926120000022
其中，X”d为直轴次暂态电抗，X”q为交轴次暂态电抗，K为电网电压变化程度，U0为稳态运行时调相机机端电压，ω为角频率；
暂态工况下调相机输出瞬变电流表达式为：
Figure FDA0003609926120000023
其中，X'd为直轴暂态电抗，X'q为交轴暂态电抗；
所述步骤S3中，调相机在机端电压突然变化后电定子实际电流表达式为：
Figure FDA0003609926120000024
其中，idk为调相机在机端电压突然变化后电定子实际电流，id0为稳态运行时调相机定子输出电流，T”d为直轴超瞬态时间常数，T’d为直轴瞬态时间常数，Ta为电枢时间常数，Q0为调相机稳态运行时无功输出；
调相机在机端电压突然变化后暂态无功输出表达式为：
Figure FDA0003609926120000031
其中，Qk为调相机在机端电压突然变化后暂态无功输出；
调相机在机端电压突然变化后暂态无功增量表达式为：
Figure FDA0003609926120000032
所述步骤S4中，采用冻结磁导率或类似方法，提取调相机磁场饱和时的暂稳态电抗参数，具体包括：直轴同步电抗Xd、直轴暂态电抗X'q、直轴次暂态电抗X”d、交轴同步电抗Xq、交轴暂态电抗X'q和交轴次暂态电抗X”q；
所述步骤S5中，调相机暂态无功输出能力关于电网电压变化程度的评估表达式为：
ΔQmax＝(B-A)K2+(A-B+Q0)K-Q0
其中，
Figure FDA0003609926120000033
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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