CN110011357A - 一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，本发明构建了双馈风机的能量函数，能够判断扰动源是否在双馈风机上，当扰动源位于双馈风机时，还能进一步判断扰动源在发电机内部所处的位置。本发明仅需要给出感应发电机的结构和参数信息即可实现双馈风机内部的扰动源定位，而无需控制方式和风力机结构等信息，在当前风机控制方式多样，原动机结构复杂的背景下，具有一定的通用性。本发明能够准确判断扰动源在风电机组内部的位置，同时反映风机内部各组件参与强迫振荡的情况，为风电场结构和控制方式优化提供了便利。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统分析领域，特别是涉及一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法。
背景技术
目前使用能量函数法对强迫振荡扰动源进行定位的思路主要分为两种，一种根据电力网络的能量函数对能量的流向进行识别，该方法不需要对发电机的结构进行具体建模，但是只能定位到网络中某一支路，无法将扰动源定位到发电机上的具体位置；另一种考虑了发电机内部的能量函数，能够将扰动源定位到发电机内部的部件，但是在应对不同结构的发电机时需要结合发电机模型进行具体分析。
现有的构建同步发电机能量函数的方法已经较为成熟，但是随着新能源的发展，电力系统中风电的渗透率逐渐提高，风电机组的动态特性与传统同步发电机组有着巨大的差异，此外风电随机性、波动性的固有特征和在风电机组中大量采用的电力电子设备为电力系统引入了大量新型扰动源，给系统的安全稳定带来威胁。然而现有技术还无法将这些扰动源进行准确定位。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，能够对扰动源进行准确定位。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，包括以下步骤：
S1：含双馈风电场的电力系统中发生了强迫振荡后，获取电网侧出口母线电压、电网侧出口母线电流以及双馈风机的内部测量信息，双馈风机内部测量信息包括定子电流、转子电流、有功功率、定子磁链、转子磁链和变流器输出的转子侧电压；
S2：计算双馈风电场的能量函数，根据双馈风电场能量函数的变化趋势判断扰动源是否位于双馈风电场内：如果是，继续进行步骤S3；否则，结束；
S3：扰动源位于双馈风电场内时，计算双馈风机内部机械系统的能量函数和电磁系统的能量函数，根据机械系统能量函数和电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于机械系统内还是电磁系统内：如果位于电磁系统内，则继续进行步骤S4；如果位于机械系统内，则结束；
S4：计算电磁系统能量函数的各组成成分，根据电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于感应电机内还是由转子侧变流器引入。
进一步，所述步骤S2中的能量函数如式(1)所示：
式(1)中，W表示能量函数；V表示电网侧出口母线电压，Vx表示V的x轴分量，Vy表示V的y轴分量；I表示电网侧出口母线电流，Ix表示I的x轴分量，Iy表示I的y轴分量，Im代表取虚部，表示注入双馈风电场的电流的共轭。
进一步，所述步骤S3中，电磁系统的能量函数如式(2)所示：
W1＝∫IqdEd'-IddEq' (2)
式(2)中，W1表示电磁系统的能量函数，Iq表示双馈风机定子交轴电流，Id表示双馈风机定子直轴电流，Eq'表示双馈风机交轴暂态电势，Ed'表示双馈风机直轴暂态电势；
机械系统的能量函数如式(3)所示：
W3＝∫-Pedδ (3)
式(3)中，W3表示机械系统的能量函数，Pe表示双馈风机电磁功率，δ表示转子磁链与定子磁链的夹角。
进一步，所述步骤S3中，根据机械系统能量函数和电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于机械系统内还是电磁系统内的过程为：如果W1随时间增加，则判定扰动源位于电磁系统内；如果W3随时间增加，则判定扰动源位于机械系统内。
进一步，所述步骤S4中，电磁系统能量函数的各组成成分如式(4)所示：
式(4)中，W11表示转子侧电感元件的能量变化，W12表示由于感应电机转差率作用导致的能量变化，W13表示电磁转矩耗散导致的能量变化，W14表示由转子侧变流器作用导致的能量变化，Eq'表示双馈风机交轴暂态电势，Ed'表示双馈风机直轴暂态电势，Xs表示定子电抗，X′表示同步电抗，T0'为时间常数，s为转差率，ωs为同步转速，Lm表示定子和转子的互感，Lrr表示转子的自感，vqr表示转子电压的交轴分量，vdr表示转子电压的直轴分量。
进一步，所述步骤S4中，根据电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于感应电机内还是由转子侧变流器引入的过程为：如果W14随时间增加，则判定扰动源由转子侧变流器引入；如果W12随时间增加，则判定扰动源位于感应电机内。
有益效果：本发明公开了一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)本发明构建了双馈风机的能量函数，能够判断扰动源是否在双馈风机上，当扰动源位于双馈风机时，还能进一步判断扰动源在发电机内部所处的位置；
2)本发明仅需要给出感应发电机的结构和参数信息即可实现双馈风机内部的扰动源定位，而无需控制方式和风力机结构等信息，在当前风机控制方式多样，原动机结构复杂的背景下，具有一定的通用性；
3)本发明能够准确判断扰动源在风电机组内部的位置，同时反映风机内部各组件参与强迫振荡的情况，为风电场结构和控制方式优化提供了便利。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式中加入双馈风电场的四机两区系统的结构图；
图3为本发明具体实施方式中在发电机G3扰动下的能量函数W1、W2、W3的波形图；
图4为本发明具体实施方式中在双馈风机机械系统扰动下的能量函数W1、W2、W3的波形图；
图5为本发明具体实施方式中在双馈风机机械系统扰动下的能量函数W11、W12、W13、W14的波形图；
图6为本发明具体实施方式中在双馈风机转子侧变流器扰动下的能量函数W1、W2、W3的波形图；
图7为本发明具体实施方式中在双馈风机转子侧变流器扰动下的能量函数W11、W12、W13、W14的波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：含双馈风电场的电力系统中发生了强迫振荡后，获取电网侧出口母线电压、电网侧出口母线电流以及双馈风机的内部测量信息，双馈风机内部测量信息包括定子电流、转子电流、有功功率、定子磁链、转子磁链和变流器输出的转子侧电压；
S2：计算双馈风电场的能量函数，根据双馈风电场能量函数的变化趋势判断扰动源是否位于双馈风电场内：如果是，继续进行步骤S3；否则，结束；
S3：扰动源位于双馈风电场内时，计算双馈风机内部机械系统的能量函数和电磁系统的能量函数，根据机械系统能量函数和电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于机械系统内还是电磁系统内：如果位于电磁系统内，则继续进行步骤S4；如果位于机械系统内，则结束；
S4：计算电磁系统能量函数的各组成成分，根据电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于感应电机内还是由转子侧变流器引入。
步骤S2中的能量函数如式(1)所示：
式(1)中，W表示能量函数；V表示电网侧出口母线电压，Vx表示V的x轴分量，Vy表示V的y轴分量；I表示电网侧出口母线电流，Ix表示I的x轴分量，Iy表示I的y轴分量，Im代表取虚部，表示注入双馈风电场的电流的共轭。
步骤S3中，电磁系统的能量函数如式(2)所示：
W1＝∫IqdEd'-IddEq' (2)
式(2)中，W1表示电磁系统的能量函数，Iq表示双馈风机定子交轴电流，Id表示双馈风机定子直轴电流，Eq'表示双馈风机交轴暂态电势，Ed'表示双馈风机直轴暂态电势；
机械系统的能量函数如式(3)所示：
W3＝∫-Pedδ (3)
式(3)中，W3表示机械系统的能量函数，Pe表示双馈风机电磁功率，δ表示转子磁链与定子磁链的夹角。
步骤S3中，根据机械系统能量函数和电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于机械系统内还是电磁系统内的过程为：如果W1随时间增加，则判定扰动源位于电磁系统内；如果W3随时间增加，则判定扰动源位于机械系统内。
步骤S4中，电磁系统能量函数的各组成成分如式(4)所示：
式(4)中，W11表示转子侧电感元件的能量变化，W12表示由于感应电机转差率作用导致的能量变化，W13表示电磁转矩耗散导致的能量变化，W14表示由转子侧变流器作用导致的能量变化，Eq'表示双馈风机交轴暂态电势，Ed'表示双馈风机直轴暂态电势，Xs表示定子电抗，X′表示同步电抗，T0'为时间常数，s为转差率，ωs为同步转速，Lm表示定子和转子的互感，Lrr表示转子的自感，vqr表示转子电压的交轴分量，vdr表示转子电压的直轴分量。
步骤S4中，根据电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于感应电机内还是由转子侧变流器引入的过程为：如果W14随时间增加，则判定扰动源由转子侧变流器引入；如果W12随时间增加，则判定扰动源位于感应电机内。
下面结合在接入了双馈风电场的四机两区系统中发生强迫振荡的实施例对本方法做进一步说明，根据实施例中的能量函数曲线判别扰动源所在的位置。
接入了双馈风电场的四机两区系统接线图如图2所示，小干扰分析表明系统包含以频率为0.57Hz的区域间振荡模式。分别在同步机G3、双馈风机机械系统、双馈风机转子侧变流器设置频率0.57Hz的强迫振荡扰动源，使得系统中发生区域间强迫振荡，并进行扰动源定位。当扰动源设置在同步机G3时，根据双馈风机内部测量计算得能量函数波形如图3所示，W1、W3均随时间下降，表明扰动源不在双馈风机上；当扰动源设置在双馈风机机械系统时，能量函数波形如图4所示，W1随时间下降，W3随时间上升，表明扰动源位于双馈风机机械系统；当扰动源设置在双馈风机转子侧变流器时，能量函数波形如图6所示，W1随时间上升，W3随时间下降，表明扰动源位于双馈风机电磁系统。
当扰动源设置在双馈风机机械系统时，电磁系统能量函数的各组成成分如图5所示，此时感应电机与转子侧变流器均不向系统注入能量，双馈风机电磁系统仅通过阻尼转矩消耗系统的振荡能量；当扰动源设置在双馈风机转子侧变流器时，电磁系统能量函数的各组成成分如图7所示，仅W14随时间上升，表明扰动源位于双馈风机转子侧变流器。
Claims (6)
1.一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：含双馈风电场的电力系统中发生了强迫振荡后，获取电网侧出口母线电压、电网侧出口母线电流以及双馈风机的内部测量信息，双馈风机内部测量信息包括定子电流、转子电流、有功功率、定子磁链、转子磁链和变流器输出的转子侧电压；
S2：计算双馈风电场的能量函数，根据双馈风电场能量函数的变化趋势判断扰动源是否位于双馈风电场内：如果是，继续进行步骤S3；否则，结束；
S3：扰动源位于双馈风电场内时，计算双馈风机内部机械系统的能量函数和电磁系统的能量函数，根据机械系统能量函数和电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于机械系统内还是电磁系统内：如果位于电磁系统内，则继续进行步骤S4；如果位于机械系统内，则结束；
S4：计算电磁系统能量函数的各组成成分，根据电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于感应电机内还是由转子侧变流器引入。
2.根据权利要求1所述的双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S2中的能量函数如式(1)所示：
式(1)中，W表示能量函数；V表示电网侧出口母线电压，Vx表示V的x轴分量，Vy表示V的y轴分量；I表示电网侧出口母线电流，Ix表示I的x轴分量，Iy表示I的y轴分量，Im代表取虚部，表示注入双馈风电场的电流的共轭。
3.根据权利要求1所述的双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S3中，电磁系统的能量函数如式(2)所示：
W1＝∫IqdEd'-IddEq' (2)
式(2)中，W1表示电磁系统的能量函数，Iq表示双馈风机定子交轴电流，Id表示双馈风机定子直轴电流，Eq'表示双馈风机交轴暂态电势，Ed'表示双馈风机直轴暂态电势；
机械系统的能量函数如式(3)所示：
W3＝∫-Pedδ (3)
式(3)中，W3表示机械系统的能量函数，Pe表示双馈风机电磁功率，δ表示转子磁链与定子磁链的夹角。
4.根据权利要求3所述的双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据机械系统能量函数和电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于机械系统内还是电磁系统内的过程为：如果W1随时间增加，则判定扰动源位于电磁系统内；如果W3随时间增加，则判定扰动源位于机械系统内。
5.根据权利要求1所述的双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S4中，电磁系统能量函数的各组成成分如式(4)所示：
式(4)中，W11表示转子侧电感元件的能量变化，W12表示由于感应电机转差率作用导致的能量变化，W13表示电磁转矩耗散导致的能量变化，W14表示由转子侧变流器作用导致的能量变化，Eq'表示双馈风机交轴暂态电势，Ed'表示双馈风机直轴暂态电势，Xs表示定子电抗，X′表示同步电抗，T0'为时间常数，s为转差率，ωs为同步转速，Lm表示定子和转子的互感，Lrr表示转子的自感，vqr表示转子电压的交轴分量，vdr表示转子电压的直轴分量。
6.根据权利要求5所述的双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法，其特征在于：所述步骤S4中，根据电磁系统能量函数的变化趋势判断扰动源位于感应电机内还是由转子侧变流器引入的过程为：如果W14随时间增加，则判定扰动源由转子侧变流器引入；如果W12随时间增加，则判定扰动源位于感应电机内。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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