CN112260264B - 陆上双馈风场经传统直流送出系统稳定性判别方法及装置 - Google Patents

陆上双馈风场经传统直流送出系统稳定性判别方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了陆上双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性判别方法，涉及可再生能源发电及传输技术领域，能够实现陆上双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性评估。根据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线；给定系统即为陆上双馈风场经传统直流送出系统。根据给定系统稳定性裕度，将复平面划分为稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域。若给定系统的Nyquist曲线全频段均在稳定运行可行区域，则判定给定系统能够稳定运行。若给定系统的Nyquist曲线进入稳定运行禁止区域，则判定给定系统中存在振荡风险，则给定系统在不稳定频率点无法稳定运行，不稳定频率点则为进入稳定运行禁止区域的Nyquist曲线对应的频率点。

Description

陆上双馈风场经传统直流送出系统稳定性判别方法及装置
技术领域
本发明涉及可再生能源发电及传输技术领域，具体涉及陆上双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性判别方法。
背景技术
以风电为主的新能源发电方式的兴起，改变了传统的能源结构，促进了电力产业的低碳化转型。随着风电产业的不断发展，提高风能送出与消纳能力成为我国能源战略的总体要求之一。由于我国风能资源和用电需求的空间分布不均，使得远距离传输成为风电发展的重要方式。传统直流输电技术凭借成熟的技术积累和经济优势，成为解决风电外送的重要途径之一，在陆上双馈风场送出系统中应用广泛，但随之带来的交直流交互问题也给系统的稳定性带来隐患。因此，对于特定并网系统的运行稳定性评估十分重要。目前针对双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性研究相对较少，仍未形成有理论体系的并网稳定性判别方案，相关成果亟待进一步研究分析。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了陆上双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性判别方法，能够实现陆上双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性评估，系统的运行方案提供一定的设计参考。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
S1、根据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线；给定系统即为陆上双馈风场经传统直流送出系统。
S2、根据给定系统稳定性裕度，将复平面划分为稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域。
若给定系统的Nyquist曲线全频段均在稳定运行可行区域，则判定给定系统能够稳定运行。
若给定系统的Nyquist曲线进入稳定运行禁止区域，则判定给定系统中存在振荡风险，则给定系统在不稳定频率点无法稳定运行，不稳定频率点则为进入稳定运行禁止区域的Nyquist曲线对应的频率点。
进一步地，根据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线，具体包括如下步骤：
S1)获取双馈风场子系统的结构参数。
根据双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0；
D0＝KdqI1sinφi1-2πf1LpI1sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1cosφi1+2πf1LpI1cosφi1
Figure BDA0002685489810000021
Figure BDA0002685489810000022
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量。
S2、根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure BDA0002685489810000031
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure BDA0002685489810000032
S3、获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q。
S4、计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(S)；
Figure BDA0002685489810000033
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号；
S5)将特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值Zwl；给定系统通过并网点PCC接入交流电网，获取交流电网阻抗为Zg。
进一步地，根据给定系统稳定性裕度，将复平面划分为稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域，具体为：设定给定系统稳定性裕度为GM；构建复平面，在复平面中，以实部小于1/GM的部分作为稳定运行禁止区域；其他部分为稳定运行可行区域。
有益效果：
本发明基于阻抗分析的思想，通过该装置对陆上双馈风场经传统直流送出系统的阻抗进行获取，得到准确的系统全频段阻抗模型，模型获取方法准确有效。进一步通过装置的OpposingArgument判据，对系统的运行稳定性进行准确判别，判据清晰明了，且更适用于多端口交互系统的稳定性研究。本发明的提出，解决了当前双馈风场经传统直流送出系统运行稳定性判定不足的问题，弥补了该类系统稳定性预测的理论基础和可行性方案，有利用有利于开展双馈风场经传统直流送出系统的设计分析。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种陆上双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性判别方法流程图；
图2为本发明实施例所针对的陆上双馈风场经传统直流送出系统组成框图；
图3为本发明实施例中划分的稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域示意图；
图4为本发明实施例提供的一种陆上双馈风场经传统直流送出系统稳定性判别装置流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种陆上双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性判别方法，其流程如图1所示。
其中所针对的陆上双馈风场经传统直流送出系统，其组成如图2所示，包括双馈风场子系统、传统直流送出子系统以及交流电网组成；其中双馈风场子系统通过传统直流送出子系统经逆变器并入交流电网。
本发明实施例提供的陆上双馈风场经传统直流送出系统的运行稳定性判别方法，包括如下步骤：
S1、根据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线；给定系统即为陆上双馈风场经传统直流送出系统。
S2、根据给定系统稳定性裕度，将复平面划分为稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域。
若给定系统的Nyquist曲线全频段均在稳定运行可行区域，则判定给定系统能够稳定运行。
若给定系统的Nyquist曲线进入稳定运行禁止区域，则判定给定系统中存在振荡风险，则给定系统在不稳定频率点无法稳定运行，不稳定频率点则为进入稳定运行禁止区域的Nyquist曲线对应的频率点。
本发明实施例中，S1中，根据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线，具体包括如下步骤：
S101、获取双馈风场子系统的结构参数；
根据双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0；
D0＝KdqI1sinφi1-2πf1LpI1sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1cosφi1+2πf1LpI1cosφi1
Figure BDA0002685489810000061
Figure BDA0002685489810000062
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量。
S102、根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure BDA0002685489810000063
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure BDA0002685489810000064
S103、获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q。
S104、计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；
Figure BDA0002685489810000065
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号；
S105、将特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值Zwl。
给定系统通过并网点PCC接入交流电网，获取交流电网阻抗为Zg。
如图3所示为本发明实施例中划分的稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域，具体为：设定给定系统稳定性裕度为GM；构建复平面，在复平面中，以实部小于1/GM的部分作为稳定运行禁止区域；其他部分为稳定运行可行区域。
图4示出了本发明实施例提供的陆上双馈风场经传统直流送出系统稳定性判别装置，其特征在于，包括I/O接口、存储器、处理器和通讯线路。
所述I/O接口用于获取给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，分别送入存储器以及处理器；所述给定系统即为陆上双馈风场经传统直流送出系统；其中I/O接口用于实现系统相关信息的输入，以及系统Nyquist曲线和稳定性判别结果的输出。
所述处理器用于依据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线；并根据给定系统稳定性裕度，将复平面划分为稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域；进行如下判断，并输出判断结果：
若所述给定系统的Nyquist曲线全频段均在稳定运行可行区域，则判定给定系统能够稳定运行；若所述给定系统的Nyquist曲线进入稳定运行禁止区域，则判定给定系统中存在振荡风险，则给定系统在不稳定频率点无法稳定运行，所述不稳定频率点则为进入稳定运行禁止区域的Nyquist曲线对应的频率点；
所述存储器对输入其中的数据进行存储；存储器可分为四个模块——信息采集模块、算法存储模块、堆栈模块和结果存储模块，信息采集模块用于获取系统相关信息；算法存储模块用于存储装置的阻抗获取和稳定性判别算法，供处理器进行调用；堆栈模块则用于装置运算过程中的临时数据暂存；结果存储模块则用于存储Nyquist曲线数据和稳定性判别相关数据集；
所述通讯线路则用于实现I/O接口、存储器和处理器之间的数据传输和及时通讯。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (3)

1.陆上双馈风场经传统直流送出系统稳定性判别方法，其特征在于，包括：
S1、根据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线；所述给定系统即为陆上双馈风场经传统直流送出系统；
S2、根据给定系统稳定性裕度，将复平面划分为稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域；
若所述给定系统的Nyquist曲线全频段均在稳定运行可行区域，则判定给定系统能够稳定运行；
若所述给定系统的Nyquist曲线进入稳定运行禁止区域，则判定给定系统中存在振荡风险，则给定系统在不稳定频率点无法稳定运行，所述不稳定频率点则为进入稳定运行禁止区域的Nyquist曲线对应的频率点；
所述根据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线，具体包括如下步骤：
S101、获取双馈风场子系统的结构参数；
根据双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0；
D0＝KdqI1sinφi1-2πf1LpI1sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1cosφi1+2πf1LpI1cosφi1
Figure FDA0003848806370000011
Figure FDA0003848806370000012
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量；
S102、根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure FDA0003848806370000021
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure FDA0003848806370000022
S103、获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q；
S104、计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；
Figure FDA0003848806370000023
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号；
S105、将所述特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个所述陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值Zwl；
所述给定系统通过并网点PCC接入交流电网，获取交流电网阻抗为Zg。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据给定系统稳定性裕度，将复平面划分为稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域，具体为：
设定给定系统稳定性裕度为GM；
构建复平面，在所述复平面中，以实部小于1/GM的部分作为稳定运行禁止区域；其他部分为稳定运行可行区域。
3.陆上双馈风场经传统直流送出系统稳定性判别装置，其特征在于，包括I/O接口、存储器、处理器和通讯线路；
所述I/O接口用于获取给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，分别送入存储器以及处理器；所述给定系统即为陆上双馈风场经传统直流送出系统；
所述处理器用于依据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线；并根据给定系统稳定性裕度，将复平面划分为稳定运行可行区域和稳定运行禁止区域；进行如下判别，并输出判别结果：
若所述给定系统的Nyquist曲线全频段均在稳定运行可行区域，则判定给定系统能够稳定运行；若所述给定系统的Nyquist曲线进入稳定运行禁止区域，则判定给定系统中存在振荡风险，则给定系统在不稳定频率点无法稳定运行，所述不稳定频率点则为进入稳定运行禁止区域的Nyquist曲线对应的频率点；
所述判别结果一方面送入所述存储器，另一方面经所述I/O接口输出；
所述存储器对输入其中的数据进行存储；
所述通讯线路则用于实现I/O接口、存储器和处理器之间的数据传输和及时通讯；
所述根据给定系统的阻抗Zwl和交流电网阻抗Zg，在复平面绘制系统的Nyquist曲线，具体包括如下步骤：
S101、获取双馈风场子系统的结构参数；
根据双馈风场子系统的结构参数，计算网侧变流器GSC控制器和机侧变流器RSC控制器的稳态输出值；其中网侧变流器GSC控制器的稳态输出值包括网侧变流器GSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量D0和q轴输出的直流分量和Q0；机侧变流器RSC控制器的稳态输出值包括机侧变流器RSC控制器在稳定运行时在d轴输出的直流分量Dr0和q轴输出的直流分量Qr0；
D0＝KdqI1sinφi1-2πf1LpI1sinφi1+V1
Q0＝-KdqI1cosφi1+2πf1LpI1cosφi1
Figure FDA0003848806370000041
Figure FDA0003848806370000042
式中：Kdq为网侧变流器GSC控制器的解耦系数；I1为并网点基频电流；φi1为初始相角；f1为基频频率；Lp为网侧变流器GSC逆变器侧滤波电感；V1为并网点基频电压；Rr为转子电阻；Rs为定子电阻；ωslip为转差角频率；ω1为基频角频率；Ls为定子电感；Lr为转子电感；Lm为互感；Ke为定转子匝数比；Ird和Irq则分别为机侧变流器RSC控制器的电流指令值d轴和q轴分量；
S102、根据给定双馈风场子系统的结构参数、控制参数及相关稳态值，计算得到特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)；
Figure FDA0003848806370000043
式中：s为频率f对应的虚数形式，s＝2πfj；j为虚数符号；Hi为GSC电流控制器的PI传递函数；TPLL为锁相环闭环传递函数；Hri为RSC控制器的PI传递函数；Krd为RSC控制器的解耦系数；Ir1为转子基频电流；ρ为定转子转差；Δp为指代参数，用于指代
Figure FDA0003848806370000052
S103、获取传统直流送出子系统的输出有功功率P、传统直流送出子系统的输出无功功率Q；
S104、计算特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)；
Figure FDA0003848806370000051
式中：kT为交流侧变压器变比；k为预设的整数；P为传统直流送出子系统的传输有功功率运行稳态值P；Q为传统直流送出子系统的传输无功功率运行稳态值；S为视在功率，S＝P+jQ；F为触发角控制部分传递函数；ω1为基频角频率；Zdc为直流线路阻抗；CL为交流侧无功补偿电容；||为并联阻抗计算符号；
S105、将所述特定频率f下的风场阻抗值Zwf(s)以及特定频率f下的传统直流送出子系统的阻抗值ZLCC(s)进行阻抗级联进行相应的阻抗级联，得到特定频率f下的整个所述陆上双馈风场经传统直流送出系统的总阻抗值Zwl；
所述给定系统通过并网点PCC接入交流电网，获取交流电网阻抗为Zg。
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