CN110867889A - 风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法和系统 - Google Patents
风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法和系统,属于电力系统分析与控制技术领域。本发明通过频率扫描获取电网阻抗模型,并通过信号注入测试获得风电机组或风电场的阻抗模型,并计算了风电机组或风电场并网后的聚合阻抗,根据聚合阻抗特性判断风电机组或风电场并网后整个系统的振荡稳定性。本发明用来判断振荡稳定性的判据十分简洁,易于操作,能够准确地判断风电机组和风电场接入交流电网后系统是否振荡稳定,弥补了当前研究对于风电机组和风电场接入交流电网的振荡稳定性评估的不足,提供了判断风电机组和风电场接入交流电网后系统是否振荡稳定的方法,为风电机组和风电场的设计和并网提供了重要的依据。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统分析与控制技术领域,尤其涉及风电机组和风电场接入交流电网的振荡稳定性判别方法和系统。
背景技术
近年来,风力发电机组的大量并网,正引发系统新的稳定性问题。为了能够让风电机组和风电场并网之后不会威胁电力系统的稳定运行,需要在其并网之前对风电机组和风电场在相应并网点处进行稳定性评估。然而,当前针对风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别问题还尚未提出有效的评估方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足,为电力系统的稳定性,提供一种风电机组和风电场接入交流电网的振荡稳定性判别方法和系统。该方法能够准确地判断风电机组和风电场接入交流电网后系统是否振荡稳定,弥补了当前研究对于风电机组和风电场接入交流电网的振荡稳定性评估的不足,为风电机组和风电场的设计和并网提供了重要的依据。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法,包括如下步骤:
通过频率扫描获取电网的阻抗模型;
通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型;
结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性。
进一步,优选的是,通过频率扫描获取电网的阻抗模型的具体方法:
通过频率扫描法获取电网等效电阻、电感和电容,分别表示为Rg(ω),Lg(ω),Cg(ω),ω为频率;
电网等效阻抗的计算方法为
其中,j为虚数单位;Zg(ω)为电网的等效阻抗模型,Xg(ω)为电网的等效电抗;
进一步,优选的是,通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型的具体方法:
通过扰动测试法获得风电机组或风电场的阻抗模型,表示为:
Zw(ω)=Rw(ω)+jXw(ω) (2)
其中,Zw(ω)为风电机组或风电场的阻抗模型,Rw(ω)为风电机组或风电场的等效电阻,Xw(ω)为风电机组或风电场的等效电抗,ω为频率。
进一步,优选的是,结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性的具体方法:
(1)计算并网系统的聚合阻抗模型,聚合阻抗模型的计算方式为
Z∑(ω)=Zw(ω)+Zg(ω) (3)
其中,ZΣ(ω)为并网系统的聚合阻抗模型,ω为频率,Zg(ω)为电网的等效阻抗模型,Zw(ω)为风电机组或风电场的阻抗模型;
(2)根据聚合阻抗模型进一步计算得到聚合电阻和聚合电抗,计算方法为
R∑(ω)=Re[Z∑(ω)],X∑(ω)=Im[Z∑(ω)] (4)
其中,RΣ(ω)为聚合电阻,XΣ(ω)为聚合电抗;函数Re[]和Im[]分别表示取实部和虚部;
(3)画出聚合电阻和聚合电抗关于频率ω的聚合电阻曲线和聚合电抗曲线;
(4)根据以下充分条件之一来判别系统的振荡稳定性:
稳定性判据A:
若聚合电阻曲线上任意一点均大于0,或对于任意ω,Rw(ω)>-Rg(ω),则系统振荡稳定;其中,Rw(ω)为风电机组或风电场的等效电阻,Rg(ω)为电网的等效电阻;
稳定性判据B:
若聚合电阻曲线或聚合电抗曲线不存在过零点,或者存在过零点且任一过零点均属于(a)-(d)四种情况之一,则系统稳定;
(a)聚合电阻曲线从正向负穿过0时,聚合电抗大于0;
(b)聚合电阻曲线从负向正穿过0时,聚合电抗小于0;
(c)聚合电抗曲线从正向负穿过0时,聚合电阻小于0;
(d)聚合电抗曲线从负向正穿过0时,聚合电阻大于0;
稳定性判据C:
不存在ω,同时满足RΣ(ω)<0且XΣ(ω)=0,则系统振荡稳定;
稳定性判据D:
若对于任意ω,均有Xg(ω)>0,那么只需风电机组或风电场阻抗呈感性,即Xw(ω)>0,则系统振荡稳定;
若四个稳定性判据都不符合,则系统振荡不稳定。
本发明同时提供一种风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别系统,包括:
频率扫描模块,用于通过频率扫描获取电网的阻抗模型;
信号注入测试模块,用于通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型;
稳定性判定模块,用于结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性。
本发明还提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法的步骤。
一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法的步骤。
本发明与现有技术相比,其有益效果为:
本发明提出了一种风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法和系统,该方法通过频率扫描获取电网阻抗模型,并通过信号注入测试获得风电机组或风电场的阻抗模型,并计算了风电机组或风电场并网后的聚合阻抗,根据聚合阻抗特性判断风电机组或风电场并网后整个系统的振荡稳定性。
本发明用来判断振荡稳定性的判据十分简洁,易于操作,能够准确地判断风电机组和风电场接入交流电网后系统是否振荡稳定,弥补了当前研究对于风电机组和风电场接入交流电网的振荡稳定性评估的不足,提供了判断风电机组和风电场接入交流电网后系统是否振荡稳定的方法,为风电机组和风电场的设计和并网提供了重要的依据。
附图说明
图1是本发明风电机组和风电场接入电网的稳定性判别系统的结构示意图;
图2是本发明稳定性判据A示意图;
图3是本发明稳定性判据B示意图;
图4是本发明稳定性判据C示意图;
图5是本发明稳定性判据D示意图;
图6为本发明电子设备结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者,均为可以通过购买获得的常规产品。
一种风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别系统,如图1所示,包括:
频率扫描模块101,用于通过频率扫描获取电网的阻抗模型;
信号注入测试模块102,用于通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型;
稳定性判定模块103,用于结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性。
在本发明实施例中,频率扫描模块101通过频率扫描获取电网的阻抗模型;信号注入测试模块102通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型;稳定性判定模块103结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性。
本发明实施例提供的一种风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别系统,能够准确地判断风电机组和风电场接入交流电网后系统是否振荡稳定,为风电机组和风电场的设计和并网提供了重要的依据。
本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的,具体流程和详细内容请参照下述内容,此处不再赘述。
一种风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法,包括三个步骤,
1)通过频率扫描法获取电网等效电阻、电感和电容,分别表示为Rg(ω),Lg(ω),Cg(ω),均为频率ω的函数;
进一步地,电网等效阻抗的计算方法为
其中,j为虚数单位;Zg(ω)为电网的等效阻抗模型,Xg(ω)为电网的等效电抗,其均为关于频率ω的函数。
2)通过扰动测试法获得风电机组或风电场的视在阻抗模型,表示为
Zw(ω)=Rw(ω)+jXw(ω) (6)
其中,Zw(ω)为风电机组或风电场的阻抗模型,Rw(ω)为风电机组或风电场的等效电阻,Xw(ω)为风电机组或风电场的等效电抗,其均为关于频率ω的函数。
3)结合风电机组或风电场、电网的阻抗模型判定系统振荡稳定性。
3、所述结合风电机组或风电场、电网的阻抗模型判定系统振荡稳定性,包括
1)计算并网系统的聚合阻抗模型,聚合阻抗模型的计算方式为
Z∑(ω)=Zw(ω)+Zg(ω) (7)
其中,ZΣ(ω)为并网系统的聚合阻抗模型,其为关于频率ω的函数。
2)根据聚合阻抗模型进一步计算得到聚合电阻和聚合电抗,计算方法为
R∑(ω)=Re[Z∑(ω)],X∑(ω)=Im[Z∑(ω)] (8)
其中,RΣ(ω)为聚合电阻,XΣ(ω)为聚合电抗,二者均为关于频率ω的函数;函数Re[]和Im[]分别表示取实部和虚部。
3)画出聚合电阻和聚合电抗关于频率ω的聚合电阻曲线和聚合电抗曲线。
4)根据以下充分条件之一来判别系统的振荡稳定性:
√稳定性判据A:
若聚合电阻曲线上任意一点均大于0,或对于任意ω,Rw(ω)>-Rg(ω),则系统振荡稳定,如图2所示;
√稳定性判据B:
若聚合电阻曲线或聚合电抗曲线不存在过零点,或者存在过零点且任一过零点均属于(a)-(d)四种情况之一,则系统稳定,如图3所示。
(a)聚合电阻曲线从正向负穿过0时,聚合电抗大于0;
(b)聚合电阻曲线从负向正穿过0时,聚合电抗小于0;
(c)聚合电抗曲线从正向负穿过0时,聚合电阻小于0;
(d)聚合电抗曲线从负向正穿过0时,聚合电阻大于0。
√稳定性判据C:
不存在ω,同时满足RΣ(ω)<0且XΣ(ω)=0,则系统振荡稳定,如图4所示。
√稳定性判据D:
若对于任意ω,均有Xg(ω)>0,那么只需风电机组或风电场阻抗呈感性,即Xw(ω)>0,则系统振荡稳定,如图5所示。
图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图,参照图6,该电子设备可以包括:处理器(processor)601、通信接口(Communicatio ns Interface)602、存储器(memory)603和通信总线604,其中,处理器601,通信接口602,存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令,以执行如下方法:通过频率扫描获取电网的阻抗模型;通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型;结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性;从而准确地判断风电机组和风电场接入交流电网后系统是否振荡稳定。
此外,上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面,本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法,例如包括:通过频率扫描获取电网的阻抗模型;通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型;结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法,其特征在于,包括如下步骤:
通过频率扫描获取电网的阻抗模型;
通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型;
结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性。
3.根据权利要求1所述的风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法,其特征在于,通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型的具体方法:
通过扰动测试法获得风电机组或风电场的阻抗模型,表示为:
Zw(ω)=Rw(ω)+jXw(ω) (2)
其中,Zw(ω)为风电机组或风电场的阻抗模型,Rw(ω)为风电机组或风电场的等效电阻,Xw(ω)为风电机组或风电场的等效电抗,ω为频率。
4.根据权利要求1所述的风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法,其特征在于,结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性的具体方法:
(1)计算并网系统的聚合阻抗模型,聚合阻抗模型的计算方式为
Z∑(ω)=Zw(ω)+Zg(ω) (3)
其中,ZΣ(ω)为并网系统的聚合阻抗模型,ω为频率,Zg(ω)为电网的等效阻抗模型,Zw(ω)为风电机组或风电场的阻抗模型;
(2)根据聚合阻抗模型进一步计算得到聚合电阻和聚合电抗,计算方法为
R∑(ω)=Re[Z∑(ω)],X∑(ω)=Im[Z∑(ω)] (4)
其中,RΣ(ω)为聚合电阻,XΣ(ω)为聚合电抗;函数Re[]和Im[]分别表示取实部和虚部;
(3)画出聚合电阻和聚合电抗关于频率ω的聚合电阻曲线和聚合电抗曲线;
(4)根据以下充分条件之一来判别系统的振荡稳定性:
稳定性判据A:
若聚合电阻曲线上任意一点均大于0,或对于任意ω,Rw(ω)>-R g(ω),则系统振荡稳定;其中,Rw(ω)为风电机组或风电场的等效电阻,Rg(ω)为电网的等效电阻;
稳定性判据B:
若聚合电阻曲线或聚合电抗曲线不存在过零点,或者存在过零点且任一过零点均属于(a)-(d)四种情况之一,则系统稳定;
(a)聚合电阻曲线从正向负穿过0时,聚合电抗大于0;
(b)聚合电阻曲线从负向正穿过0时,聚合电抗小于0;
(c)聚合电抗曲线从正向负穿过0时,聚合电阻小于0;
(d)聚合电抗曲线从负向正穿过0时,聚合电阻大于0;
稳定性判据C:
不存在ω,同时满足RΣ(ω)<0且XΣ(ω)=0,则系统振荡稳定;
稳定性判据D:
若对于任意ω,均有Xg(ω)>0,那么只需风电机组或风电场阻抗呈感性,即Xw(ω)>0,则系统振荡稳定;
若四个稳定性判据都不符合,则系统振荡不稳定。
5.风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别系统,其特征在于,包括:
频率扫描模块,用于通过频率扫描获取电网的阻抗模型;
信号注入测试模块,用于通过注入扰动信号获得风电机组或风电场的阻抗模型;
稳定性判定模块,用于结合电网的阻抗模型和风电机组或风电场的阻抗模型判断系统振荡稳定性。
6.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述风电场/机组接入交流电网的振荡稳定性判别方法的步骤。
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