CN116436042B - 计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，方法包括：依据水轮机调速器‑原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数；依据火电机调速器‑原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数；依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数；依据不同类型死区的输入‑输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数；依据风水火系统频率响应模型，获取非线性风水火系统典型结构模型；对非线性风水火系统典型结构模型进行稳定性分析。本发明基于复杂的风水火系统的频率响应模型，考虑计及非线性死区环节对系统稳定性的影响；在频率响应特性上主要分析非线性死区环节和调频关键参数对调频效果的影响。

Description

计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法
技术领域
本发明涉及一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，属于新能源发电领域。
背景技术
随着风电新能源电站并网运行，电力系统的一次调频能力逐渐降低。究其原因是双馈风机主要通过电力电子设备并网，其无法像传统火电机组一样感知并响应系统频率的变化。高比例双馈风机接入受端电网后对调频关键参数产生影响，从而导致系统频率响应特性发生变化，系统频率稳定性下降，因此在研究频率响应特性的同时，往往考虑调频关键参数的选择和大小是否合理，与调频相关的参数包括：惯性时间常数，调频死区大小、调差系数和一些调频控制参数；惯性时间常数代表系统能否快速响应系统频率变化，双馈风机的加入使整个系统的惯性响应发生了明显的变化，因此惯性也是研究中重要的一环，对于调频死区和调差系数，其数值大小能够避免机组频繁动作，进一步提高系统各机组的稳定性。现有研究中较多关注双馈风机机组或场站自身的调频控制问题，忽略了新能源调频中非线性死区环节对系统频率安全的影响；新能源调频性能主要受死区非线性环节的影响，而死区环节对调频效果的影响无法避免；现有非线性环节中，大多以仿真软件分析非线性死区环节对调频特性的影响，均未从理论上分析死区的非线性影响。
因此有必要深入研究计及非线性死区环节的新能源双馈风机调频控制特性，基于复杂的风水火系统的频率响应模型，考虑计及非线性死区环节对系统稳定性的影响，在频率响应特性上主要分析非线性死区环节和调频参数对调频效果的影响，为进一步研究非线性系统的频率响应效果提供基础。
发明内容
本发明提供了一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法及系统，一方面基于复杂的风水火系统的频率响应模型，考虑计及非线性死区环节对系统稳定性的影响；另一方面，在频率响应特性上主要分析非线性死区环节和调频关键参数对调频效果的影响。
本发明的技术方案是：
根据本发明的一方面，提供了一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，包括：依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数；依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数；依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数；依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数；依据风水火系统频率响应模型，获取非线性风水火系统典型结构模型；对非线性风水火系统典型结构模型进行稳定性分析。
还包括依据风水火系统频率响应模型，推导出最大频率偏差、稳态频率偏差，用于调频效果分析。
所述最大频率偏差表达式如下：
；其中，/>表示复频域下的负荷频率变化；/>为惯性常数。
所述稳态频率偏差表达式如下：
；其中，/>表示复频域下的负荷频率变化；D为阻尼常数，R R 为火电机组调差系数，k m 为机械功率因数，N(A)为非线性死区环节描述函数，k pf 为下垂控制系数，k β 为变桨系数。
所述依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数如下：
；其中，/>；/>；；/>；s为拉氏因子，/>为水轮机调速器响应时间，为引导阀门时间常数，/>为水锤效应时间常数，R H 为水轮机调差系数，/>为软反馈环节系数，/>为软反馈时间常数，K H (s)、G H (s)、G(s)、H H (s)为助记符。
所述依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数如下：
其中，RR为火电机组调差系数，/>是原动机高压缸做功系数，/>是再热时间常数，/>是机械功率因数，s为拉氏因子。
所述依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数如下：
；其中，，/>；/>为惯性控制系数，/>为下垂控制响应时间常数，/>为桨距角控制响应时间常数，/>为下垂控制系数，为惯性控制响应时间常数，/>为变桨系数，s为拉氏因子，W A1、W A2、W A3、W A4、W B1、W B2、W B3为助记符。
所述依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数如下：
；其中，/>为死区的大小；为普通型死区的描述函数；/>为增强型死区的描述函数；K为线性部分的斜率；A为输入正弦信号的幅值；H为增强型死区的幅值增益。
所述依据风水火系统频率响应模型，确定非线性风水火系统典型结构模型，包括：依据风水火系统频率响应模型图，转化为单回路非线性风水火系统频率响应模型，接着简化为非线性风水火系统典型结构模型；其中，非线性风水火系统典型结构模型如下：
；其中，/>；/>表示复频域下的频率偏差，/>表示复频域下的负荷频率变化；/>为计及非线性死区环节的非线性风水火系统；/>为非线性死区环节的描述函数，当非线性死区环节类型为普通型死区时，/>采用普通型死区描述函数/>，当非线性死区环节类型为增强型死区时，/>采用增强型死区描述函数/>；/>表示未计及非线性死区环节的线性风水火系统，表示发电机等值模型传递函数；/>为复频域下双馈风机简化传递函数；/>为复频域下水轮机简化传递函数；/>为复频域下火电机组简化传递函数；/>为惯性常数；D为阻尼常数，s为拉氏因子；
由，得到闭环系统的特征方程为：/>。
根据本发明的另一方面，提供了一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析系统，包括：用于依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数的模块；用于依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数的模块；用于依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数的模块；用于依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数的模块；用于依据风水火系统频率响应模型，获取非线性风水火系统典型结构模型的模块；用于对非线性风水火系统典型结构模型进行稳定性分析的模块。
本发明的有益效果是：
1、本发明只需建立计及死区非线性环节的双馈风机频率控制模型，火电机组原动机-调速器和水轮机原动机-调速器模型等多调速器系统频率模型，并将多调速系统频率模型化简为非线性风水火系统典型结构模型，即可用于分析计及死区的多调速器系统稳定性；
2、本发明能根据系统频率响应模型计算频率响应指标，依此评价指标分析非线性环节与调频关键参数对调频效果的影响；该方法计及死区非线性环节的影响，准确描述了系统频率响应模型，可以精确快速计算扰动发生后最大频率偏差、稳态频率偏差等信息；对非线性系统的研究具有良好的应用意义。
附图说明
图1为本发明风水火系统频率响应图；
图2为本发明水轮机调速器-原动机控制模型框图；
图3为本发明火电机调速器-原动机控制模型框图；
图4为本发明双馈风机频率控制模型框图；
图5为本发明非线性环节死区输入-输出关系框图；
图6为本发明风水火系统频率响应模型简化过程图；
图7为本发明奈奎斯特曲线和负倒描述函数曲线稳定判据图；
图8为本发明不同类型死区对振荡信号幅值的抑制作用图；
图9为本发明风水火系统稳态频率偏差与双馈风机普通型死区大小和调差系数之间的变化趋势图；
图10为本发明风水火系统稳态频率偏差与双馈风机增强型死区大小和调差系数之间的变化趋势图；
图11为本发明风水火系统稳态频率偏差与双馈风机调频关健参数之间的变化趋势图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对发明作进一步的说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-11所示，根据本发明实施例的一方面，提供了一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，包括：依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数；依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数；依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数；依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数；依据风水火系统频率响应模型，获取非线性风水火系统典型结构模型；对非线性风水火系统典型结构模型进行稳定性分析。
进一步地，还包括依据风水火系统频率响应模型，推导出最大频率偏差、稳态频率偏差，用于调频效果分析。
进一步地，所述最大频率偏差表达式如下：
其中，表示复频域下的负荷频率变化；为惯性常数。
进一步地，所述稳态频率偏差表达式如下：
其中，表示复频域下的负荷频率变化；D为阻尼常数，R R 为火电机组调差系 数，k m 为机械功率因数，N(A)为非线性死区环节描述函数，k pf 为下垂控制系数，k β 为变桨系 数。
进一步地，所述依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传 递函数如下：
其中，；/>；/>；/>；s为拉氏因子，/>为水轮机调速器响应时间，/>为引导阀门时间常数，/>为水锤效应时间常数，R H 为水轮机调差系数，/>为软反馈环节系数，/>为软反馈时间常数，K H (s)、G H (s)、G(s)、H H (s)为助记符。
进一步地，所述依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传 递函数如下：
其中，R R 为火电机组调差系数，是原动机高压缸做功系数，是再热时间常数，是机械功率因数，s为拉氏因子。
进一步地，所述依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函 数如下：
其中，，；为惯性控制系数，为下垂控制响应时间常数，为 桨距角控制响应时间常数，为下垂控制系数，为惯性控制响应时间常数，为变桨系 数，s为拉氏因子，W A1、W A2、W A3、W A4、W B1、W B2、W B3为助记符。
进一步地，所述依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数如下：
其中，为死区的大小；为普通型死区的描述函数；为增强型死区的 描述函数；K为线性部分的斜率；A为输入正弦信号的幅值；H为增强型死区的幅值增益。
进一步地，所述依据风水火系统频率响应模型，确定非线性风水火系统典型结构模型，包括：依据风水火系统频率响应模型图，转化为单回路非线性风水火系统频率响应模型，接着简化为非线性风水火系统典型结构模型；其中，非线性风水火系统典型结构模型如下：
其中，；表示复频域下的频率偏差，表示复频域下的负荷频率变化；为计及非线性死区环节的非线性风水火系 统；为非线性死区环节的描述函数，当非线性死区环节类型为普通型死区时，采 用普通型死区描述函数，当非线性死区环节类型为增强型死区时，采用增强型 死区描述函数；表示未计及非线性死区环节的线性风水火系统，表示 发电机等值模型传递函数；为复频域下双馈风机简化传递函数；为复频域下 水轮机简化传递函数；为复频域下火电机组简化传递函数；为惯性常数；D为阻尼 常数，s为拉氏因子；
由，得到闭环系统的特征方程为：。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析系统，包括：用于依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数的模块；用于依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数的模块；用于依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数的模块；用于依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数的模块；用于依据风水火系统频率响应模型，获取非线性风水火系统典型结构模型的模块；用于对非线性风水火系统典型结构模型进行稳定性分析的模块。
实施例2：再进一步，结合实验数据，下面对本发明一种可选的实施方式进行详细说明：
以双馈风机、水轮机、火电机的系统频率响应模型为例（见附图1），参数如表1、表2和表3所示：
表1 水轮机调速器-原动机参数
表2 双馈风机调频控制参数
表3 火电机调速器-原动机参数
1、根据表1中水轮机调速器-原动机参数，计算复频域下水轮机简化传递函数：
（1）
其中：；；；；K H (s)、G H (s)、G(s)、H H (s)为助记符。
根据表2中双馈风机调频控制参数，计算出复频域下双馈风机简化传递函数：
（2）
根据表3中火电机调速器-原动机参数，计算出复频域下火电机组简化传递函数：
（3）
考虑非线性死区环节的双馈风机频率控制模型，根据不同死区环节的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数：
普通型死区的输入和输出关系如下：
（4）
增强型死区的输入和输出关系如下：
（5）
描述函数分别表示如下：
（6）
式中：K为线性部分的斜率；为死区的大小；A为输入正弦信号的幅值；为 普通型死区的描述函数；为增强型死区的描述函数；H为增强型死区的幅值增益； 为时域下非线性死区环节输出；为时域下非线性死区环节输入频率偏差；根据式（6） 绘制不同类型死区对振荡信号幅值的抑制作用如图8。
2、根据分析非线性系统的描述函数法条件，将多回路的非线性系统转换为非线性和线性环节串联的非线性风水火系统典型结构形式；具体为根据风水火系统频率响应模型图6（a）转化为单回路非线性风水火系统频率响应模型图6（b），最后简化为非线性风水火系统典型结构模型图6（c）如下式：
（7）
其中：；为非线性风水火系统典型结构 的传递函数；为非线性风水火系统典型结构图6（c）中的线性环节；为非线性 风水火系统典型结构图6（c）中的非线性环节死区的描述函数；当非线性环节死区不同时， 选择不同的描述函数，即上述普通型死区的描述函数和增强型死区的描述函 数；为发电机等值模型传递函数；为复频域下双馈风机简化传递函数； 为复频域下水轮机简化传递函数；为复频域下火电机组简化传递函数；为惯性常 数；D为阻尼常数，s为拉氏因子。本实例中M和D分别取16和2；用于稳定性判断的输入正弦信 号的幅值A取1，死区的大小取0.05。
由上述可得非线性闭环风水火系统的特征方程为：
（8）
代入式（1）、式（2）和式（3）值，获得非线性风水火系统典型结构模型的传递函数：
3、根据如图1所示风水火系统频率响应模型，写出计及死区风电的风水火系统频率响应关系式：
（9）
将上述表1、表2和表3参数代入式（9）可得：
根据上述式（8）绘制奈奎斯特曲线和负倒描述函数曲线，由奈奎斯特稳 定判据可知，当奈奎斯特曲线不包围点时，即Z=P-V=0，风水火系统闭环稳定， 反之，风水火系统不稳定；其中，j0为复平面中虚轴为0，Z为闭环极点个数，P为开环极点个 数，V为包围圈数。
根据奈奎斯特稳定判据，通过在复平面上绘制-1/N(A)负倒描述函数曲线和奈奎 斯特曲线相对应关系如图7，确定风水火系统稳定性，如下：
结论：根据图7可知，奈奎斯特曲线不包围负倒描述函数曲线，对于非线 性死区环节的正弦信号输入有确定的幅值A，此时风水火系统稳定，并随着输入正弦信号的 幅值A的减小，使非线性环节死区的输入稳定在某一值范围。
进一步依据图1写出风水火系统频率响应模型如下所示：
（10）
依据风水火系统频率响应模型，推导出风电机组一次调频评价指标表达式如下：
（a）最大频率偏差：
（11）
根据上述式（11）计算最大频率偏差：。
（b）稳态频率偏差：
（12）
根据上述式（12）计算稳态频率偏差：将k pf 取4、将k β 取10，以不同死区类型及不同死区大小所对应的N(A)及火电机组调差系数R R 作为变量获得稳态频率偏差与变量N(A)、R R 的关系式（13）；将N(A)取0.05，火电机组调差系数R R 取0.05，以双馈风机调频控制策略参数中的k pf 、k β 作为变量获得稳态频率偏差与变量k pf 、k β 的关系式（14）：
（13）
（14）
依据式（13），分析不同死区类型及不同死区大小所对应的N(A)值对风水火系统频率的影响。本发明主要针对普通型死区及增强型死区两种类型，死区大小分别设置为0.01、0.025、0.05。将输入正弦信号的幅值A设为0.05，△P L (s)=0.05pu为例，分别代入式（13），各N(A)下风水火系统稳态频率偏差结果具体见如下表4和表5：
表4 不同死区大小对应描述函数值
表5 不同死区类型下系统稳态频率偏差
根据表5可知，不同类型死区和火电机组调差系数对风水火系统稳态频率偏差存在影响，根据式（13）绘制双馈风机系统稳态频率偏差下双馈风机普通型死区大小与火电机组调差系数影响趋势图9和双馈风机系统稳态频率偏差下双馈风机增强型死区大小与火电机组调差系数影响趋势图10，可得：在死区类型为普通型死区时，随着双馈风机死区大小a的减小，稳态频率偏差随之减小，风水火系统稳定性能变好；随着火电机组调差系数RR减小，风水火系统稳态频率偏差随之减小，系统稳定性能变好；在死区类型为增强型死区时，随着增强型死区大小和火电机调差系数的减小，稳态频率偏差减小，系统稳定性变好。
根据式（14）绘制风水火系统稳态频率偏差下双馈风机调频控制策略参数影响趋 势图11，可得：随着双馈风机变桨系数的增大，风水火系统稳态频率偏差随之减小，风水 火系统稳定性能变好；而双馈风机下垂控制系数k pf 绝对值越大，风水火系统稳态频率偏差 越小。
本发明原理：
双馈风机等新能源接入给系统稳定性带来了一些不利影响。因此在研究过程中除了调频的控制策略之外，还需深入研究系统调频关键参数带来的影响。本发明在频率响应模型的基础上，计及非线性死区环节，转换为非线性风水火系统典型结构模型进一步理论分析了不同死区类型及不同死区大小所对应的N(A)及火电机组调差系数R R 和双馈风机频率控制策略参数这些调频关键参数对系统频率特性的影响。
1）、根据水轮机调速器-原动机控制模型图2，写出复频域下水轮机简化传递函数的表达式：
（15）
其中，；；；；s为拉氏因子，为水轮机调速器响应时间，为引导阀门时间常 数，为水锤效应时间常数，R H 为水轮机调差系数，为软反馈环节系数，为软反馈时间 常数，K H (s)、G H (s)、G(s)、H H (s)为助记符。本发明中主要计及新能源双馈风机死区对调频响 应的影响，忽略水轮机调速器-原动机模型中的死区环节。
2）、根据火电机调速器-原动机控制模型图3，写出复频域下火电机简化传递函数的表达式：
（16）
其中，R R 为火电机组调差系数，是原动机高压缸做功系数，是再热时间常数，是机械功率因数，s为拉氏因子；本发明中主要计及新能源双馈风机死区对调频响应的影 响，忽略火电机调速器-原动机模型中的死区限幅环节。
3）、双馈风机频率控制模型分别为下垂控制、惯性控制和变桨控制：
下垂控制：
（17）
惯性控制：
（18）
变桨控制：
（19）
根据双馈风机频率控制模型图4，写出复频域下双馈风机简化传递函数的表 达式（20）：
（20）
其中：，；为 桨距角控制响应时间常数，为惯性控制响应时间常数，为下垂控制响应时间常数。 变桨系数，为惯性控制系数，为下垂控制系数，s为拉氏因子，W A1、W A2、W A3、W A4、W B1、W B2、W B3为助记符。
4）对于线性系统，本发明主要选用描述函数法来分析，一般对分析系统进行以下假设：
非线性环节特性不是时间的函数，而是斜对称的。
系统的线性部分具有较好的低通滤波性能。
设非线性环节输入输出关系为：
（21）
描述函数法假设非线性环节的输入信号为正弦信号：
（22）
式中：A为输入正弦信号的幅值，为非线性环节输入信号的角频率。
实际系统中一般有2种不同类型的死区，如图5所示，其中图5（a）为普通型死区；图5（b）为增强型死区；具体数学表达如下：
普通型死区的输入和输出关系表示如下式所示：
（23）
增强型死区的输入和输出关系表示如下式所示：
（24）
根据上述假设和非线性环节输入信号式（22），其式（21）非线性环节输出一般 都是非正弦周期信号，将非线性环节输出关系展开为傅里叶级数，即：
（25）
式中：；、为傅里叶系数，A 0为直流分量；由 于非线性是中心对称的，具有奇次对称性，A 0=0，将A 0代入式（25）得式（26）：
（26）
其中：A 1、B 1为傅里叶系数展开第一项，由于n>1时，Y n 很小，所以在描述函数法中近似认为非线性环节的正弦响应仅有一次谐波分量。
描述函数为非线性环节稳态正弦响应中的基波分量与输入正弦信号的复数比（幅值比，相角差比）：
（27）
式中：为非线性环节输出信号中基波分量的振幅；A为输入正弦信号的幅值； 为非线性环节输出信号中基波分量与输入正弦信号的相位差。
描述函数分别表示如下：
（28）
式中：K为线性部分的斜率；为死区大小；A为输入正弦信号的幅值；为普 通型死区描述函数；为增强型死区描述函数；H为增强型死区的幅值增益；为时域 下非线性死区环节输出；为时域下非线性死区环节输入频率偏差。
根据图6（a），写出风水火系统频率响应关系式（29）：
（29）
根据式（29）进行简化，如式：
（30）
根据描述函数法分析非线性系统，要求简化为一个非线性环节N(A)和一个线性部分G(s)串联的典型形式；由定义可知，非线性系统的闭环特征方程为式（31）：
（31）
其中N(A)为非线性环节，G(s)为线性环节。
同理，根据上述定义式（30）相应的闭环特征方程为式（32）：
（32）
根据上述定义，式（32）需转化为类式（31）的形式，将式（32）两边同时除以，则化简出等效线性环节为式（33）：
（33）
则非线性风水火系统等效经典模型为式（34）：
（34）
其中：；为非线性风水火系统典型结构 的传递函数；为非线性风水火系统典型结构图6（c）中的线性环节；为非线性 风水火系统典型结构图6（c）中的非线性环节死区的描述函数；当非线性环节死区不同时， 选择不同的描述函数，即上述普通型死区的描述函数和增强型死区的描述函 数；为发电机等值模型传递函数；为复频域下双馈风机简化传递函数； 为复频域下水轮机简化传递函数；为复频域下火电机组简化传递函数；为惯性常 数；D为阻尼常数，s为拉氏因子。
由上述式（34）可得闭环系统的特征方程为式（35）：
（35）
根据上式可得奈奎斯特曲线和负倒描述函数曲线，由奈奎斯特稳定 判据可知，当奈奎斯特曲线不包围点时，即Z=P-V=0，风水火系统闭环稳 定，反之，风水火系统不稳定；其中，j0为复平面中虚轴为0，Z为闭环极点个数，P为开环极点 个数，V为包围圈数。
依据上述定义，根据非线性风水火系统典型结构图6（c），在复平面上绘制-1/N(A) 负倒描述函数曲线和奈奎斯特曲线相对应关系，确定 系统稳定性，如下：
（1）-1/N(A)曲线被曲线包围时且不相交，系统不稳定。
（2）-1/N(A)曲线不被曲线包围时且不相交，系统稳定。
（3）-1/N(A)曲线与曲线相交时，系统产生等幅振荡（交点处对应系统稳定 极限），不同的交点可能会产生不同振幅的频率周期运动，这样的周期运动是否能够维持， 需具体分析；一般从不稳定区域变化到稳定区域，该点为自振点，反之该点不是自振点。
根据系统频率响应模型如图1写出系统评价指标，风电机组一次调频评价指标计算方法如下：
进一步依据图1写出根据终值定理，写出风水火系统频率响应模型如图1，风电机组一次调频评价指标计算方法如下所示：
（36）
（a）最大频率偏差；系统最大变化率出现在初始时刻，即，此时频率偏差未 进入死区，认为N(A)=0，风水火系统变化率为：
（37）
（38）
（b）稳态频率偏差；根据终值定理可得传统风水火系统调频下电网稳态频率偏差：
（39）
（40）
式中：D为阻尼常数，R R 为火电机组调差系数，k m 为机械功率因数，N(A)为非线性死区环节描述函数，k pf 为下垂控制系数，k β 为变桨系数。
本发明考虑在风水火系统频率响应模型的基础上，计及非线性死区环节，转换为非线性典型模型进一步理论分析了调频死区、调差系数和双馈风机频率控制策略参数这些调频关键参数对系统频率特性的影响。以供未来大规模推广新能源调频工作提供技术支持与指导。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，其特征在于，包括：
依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数；
依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数；
依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数；
依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数；
依据风水火系统频率响应模型，获取非线性风水火系统典型结构模型；
对非线性风水火系统典型结构模型进行稳定性分析；
所述依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数如下：
；
其中，为死区的大小；/>为普通型死区的描述函数；/>为增强型死区的描述函数；K为线性部分的斜率；A为输入正弦信号的幅值；H为增强型死区的幅值增益；
依据风水火系统频率响应模型图，转化为单回路非线性风水火系统频率响应模型，接着简化为非线性风水火系统典型结构模型；其中，非线性风水火系统典型结构模型如下：
；其中，/>；/>表示复频域下的频率偏差，/>表示复频域下的负荷频率变化；/>为计及非线性死区环节的非线性风水火系统；/>为非线性死区环节的描述函数，当非线性死区环节类型为普通型死区时，/>采用普通型死区描述函数/>，当非线性死区环节类型为增强型死区时，采用增强型死区描述函数/>；/>表示未计及非线性死区环节的线性风水火系统，/>表示发电机等值模型传递函数；/>为复频域下双馈风机简化传递函数；为复频域下水轮机简化传递函数；/>为复频域下火电机组简化传递函数；/>为惯性常数；D为阻尼常数，s为拉氏因子；
由，得到闭环系统的特征方程为：/>。
2.根据权利要求1所述的计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，其特征在于，还包括依据风水火系统频率响应模型，推导出最大频率偏差、稳态频率偏差，用于调频效果分析。
3.根据权利要求2所述的计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，其特征在于，所述最大频率偏差表达式如下：
；其中，/>表示复频域下的负荷频率变化；/>为惯性常数。
4.根据权利要求2所述的计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，其特征在于，所述稳态频率偏差表达式如下：
；其中，/>表示复频域下的负荷频率变化；D为阻尼常数，R R 为火电机组调差系数，k m 为机械功率因数，N(A)为非线性死区环节描述函数，k pf 为下垂控制系数，k β 为变桨系数。
5.根据权利要求1所述的计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，其特征在于，所述依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数如下：
；其中，/>；/>；；/>；s为拉氏因子，/>为水轮机调速器响应时间，/>为引导阀门时间常数，/>为水锤效应时间常数，R H 为水轮机调差系数，/>为软反馈环节系数，/>为软反馈时间常数，K H (s)，G H (s)，G(s)，H H (s)为助记符。
6.根据权利要求1所述的计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，其特征在于，所述依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数如下：
其中，R R 为火电机组调差系数，/>是原动机高压缸做功系数，/>是再热时间常数，/>是机械功率因数，s为拉氏因子。
7.根据权利要求1所述的计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析方法，其特征在于，所述依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数如下：
；其中，，/>；/>为惯性控制系数，/>为下垂控制响应时间常数，/>为桨距角控制响应时间常数，/>为下垂控制系数，/>为惯性控制响应时间常数，/>为变桨系数，s为拉氏因子，W A1、W A2、W A3、W A4、W B1、W B2、W B3为助记符。
8.一种计及风电机组调频死区的风水火系统稳定性分析系统，其特征在于，包括：
用于依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数的模块；
用于依据火电机调速器-原动机控制模型，写出复频域下火电机简化传递函数的模块；
用于依据双馈风机频率控制模型，写出复频域下双馈风机简化传递函数的模块；
用于依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数的模块；
用于依据风水火系统频率响应模型，获取非线性风水火系统典型结构模型的模块；
用于对非线性风水火系统典型结构模型进行稳定性分析的模块；
所述依据不同类型死区的输入-输出关系，分别写出不同类型死区的描述函数如下：
；
其中，为死区的大小；/>为普通型死区的描述函数；/>为增强型死区的描述函数；K为线性部分的斜率；A为输入正弦信号的幅值；H为增强型死区的幅值增益；
依据风水火系统频率响应模型图，转化为单回路非线性风水火系统频率响应模型，接着简化为非线性风水火系统典型结构模型；其中，非线性风水火系统典型结构模型如下：
；其中，/>；/>表示复频域下的频率偏差，/>表示复频域下的负荷频率变化；/>为计及非线性死区环节的非线性风水火系统；/>为非线性死区环节的描述函数，当非线性死区环节类型为普通型死区时，/>采用普通型死区描述函数/>，当非线性死区环节类型为增强型死区时，采用增强型死区描述函数/>；/>表示未计及非线性死区环节的线性风水火系统，/>表示发电机等值模型传递函数；/>为复频域下双馈风机简化传递函数；为复频域下水轮机简化传递函数；/>为复频域下火电机组简化传递函数；/>为惯性常数；D为阻尼常数，s为拉氏因子；
由，得到闭环系统的特征方程为：/>。
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