CN117200350A - 一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法及装置，其方法包括获取目标风电场站中各风电机组的机端电压与机端电流，并进行abc/dq坐标变换生成d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量；根据各所述风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量，基于能量守恒定律，计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量；根据所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量，计算所述多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势；根据所述稳定性的变化趋势，确定各所述风电机组对应换流器对所述稳定性的阻尼贡献水平；本发明能够实现对多风机并网系统的稳定性分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法及装置，属于电力系统技术领域。
背景技术
随着高比例新能源新型电力系统的构建，新能源发电尤其是风力发电，使得电力系统的安全稳定运行受到来自源侧变化的直接挑战，大量风力发电机的投入，伴随着电力电子器件的激增，使得在扰动作用下，风力发电表现出与常规电源迥异的行为，导致电力系统动态特性发生质的变化，受扰后易引发宽频段振荡问题，威胁整个电网的稳定运行。现在对于单一风机并网系统的稳定性分析已较为成熟，如公开号CN110350588B，公开的一种双馈风机并网系统动态能量稳定性评估方法及系统，解决了现有风电机组并网系统稳定性评估准确性低的问题。但对于一个多风机并网系统，评估该系统的稳定水平以及量化各风电机组对系统的稳定性贡献还没有较为清晰的技术结论。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法及装置，解决现有技术缺乏对多风机并网系统的稳定性分析的技术问题。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，包括：
获取目标风电场站中各风电机组的机端电压与机端电流，并进行abc/dq坐标变换生成d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量；
根据各所述风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量，基于能量守恒定律，计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量；
根据所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量，计算所述多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势；
根据所述稳定性的变化趋势，确定各所述风电机组对应换流器对所述稳定性的阻尼贡献水平。
可选的，所述风电机组的机端电压为：
式中，ua、ub、uc分别为a、b、c相电压的瞬时值，U0、U-、U+分别为基频、次频和超频电压的幅值；分别为基频、次频和超频电压初相角；ω0、ω-、ω+分别为基频、次频和超频的相角角频率；t为瞬时时刻；
所述风电机组的机端电流为：
式中，ia、ib、ic分别为a、b、c相电流的瞬时值，I0、I-、I+分别为基频、次频和超频电流的幅值；分别为基频、次频和超频电流初相角。
可选的，所述d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量为：
式中，ud、uq为d轴、q轴的机端电压分量，id、iq为d轴、q轴的机端电流分量，P(θ)为变换矩阵，θ取值为电网中基频电压相角，P(θ)的表达式为：
可选的，所述计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量包括：
获取所述目标风电场站的系统结构，确定所述系统结构中的S型节点、N型节点、L型支路、G型支路；所述S型节点为目标风电场站中与换流器相连的节点，各换流器一一对应连接各风电机组；所述N型节点为目标风电场站中未与换流器相连的节点；L型支路为目标风电场站中未与外部网络相连的支路；G型支路为目标风电场站中未与外部网络相连的支路；
根据各所述风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和极端电流分量，确定各S型节点、各N型节点、各L型支路、各G型支路的d轴、q轴的电压分量和电流分量；
根据各S型节点、各N型节点、各L型支路、各G型支路的d轴、q轴的电压分量和电流分量计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量。
可选的，所述目标风电场站的存储能量ws为：
式中，CS,s为第s个S型节点的连接电容，n1为S型节点的数量；CN,n为第n个个N型节点的连接电容，n2为N型节点的数量；LL,l为第l个L型支路的串联电感，n3为L型支路的数量；LG,g为第g个G型支路的串联电感，n4为G型支路的数量；为第s个S型节点的d轴、q轴的电压分量；/>为第n个N型节点的d轴、q轴的电压分量；/>第l个L型支路的d轴、q轴的电流分量；/>第g个G型支路的d轴、q轴的电流分量；
可选的，所述风电机组对应换流器的动态能量wE,s为：
式中，wE,s为第s个风电机组对应换流器的动态能量，为第s个S型节点的d轴、q轴的电流分量，/>为第s个S型节点的d轴、q轴的电压分量的锁相角；为第s个S型节点的d轴、q轴的电流分量的锁相角。
可选的，所述多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势η为：
所述确定各所述风电机组对应换流器对所述稳定性的阻尼贡献水平包括：
当η>0时，所述多风机并网发电系统的稳定性存在下降趋势，将动态能量wE,s作为第s个风电机组对应换流器对所述多风机并网发电系统稳定性的阻尼贡献水平；
当η<0时，所述多风机并网发电系统的稳定性存在上升趋势，将动态能量wE,s作为第s个风电机组对应换流器对所述多风机并网发电系统稳定性的阻尼贡献水平。
第二方面，本发明提供了一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估装置，所述装置包括：
数据采集模块，用于获取目标风电场站中各风电机组的机端电压与机端电流，并进行abc/dq坐标变换生成d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量；
能量计算模块，用于根据各所述风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量，基于能量守恒定律，计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量；
趋势计算模块，用于根据所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量，计算所述多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势；
贡献评估模块，用于根据所述稳定性的变化趋势，确定各所述风电机组对应换流器对所述稳定性的阻尼贡献水平。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供的一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法及装置，通过采集目标风电场站中各风电机组的机端电压与机端电流，基于能量守恒定律，获取各换流器注入的动态能量以及目标风电站的存储能量，基于动态能力和储存能量，确定多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势和各风电机组对应换流器对稳定性的阻尼贡献水平；本发明不受风电机组的运行方式和控制方式所影响，利于分析大规模风电并网系统的稳定性并且能够量化各机组对系统稳定的阻尼贡献，实现多风机并网系统的稳定性分析。
附图说明
图1是本发明实施例提供的多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种风电场站的系统结构示意图；
图3是本发明实施例提供的各换流器的动态能力变化轨迹以及总能量变化轨迹图；
图4是本发明实施例提供的各整流器的阻尼贡献水平示意图；
图5是本发明实施例提供的各换流器的阻尼贡献水平示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供了一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，包括以下步骤：
1、获取目标风电场站中各风电机组的机端电压与机端电流，并进行abc/dq坐标变换生成d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量。
风电机组的机端电压可以表示为：
式中，ua、ub、uc分别为a、b、c相电压的瞬时值，U0、U-、U+分别为基频、次频和超频电压的幅值；分别为基频、次频和超频电压初相角；ω0、ω-、ω+分别为基频、次频和超频的相角角频率；t为瞬时时刻。
风电机组的机端电流可以表示为：
式中，ia、ib、ic分别为a、b、c相电流的瞬时值，I0、I-、I+分别为基频、次频和超频电流的幅值；分别为基频、次频和超频电流初相角。
d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量为：
式中，ud、uq为d轴、q轴的机端电压分量，id、iq为d轴、q轴的机端电流分量，P(θ)为变换矩阵，θ取值为电网中基频电压相角，P(θ)的表达式为：
2、根据各风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量，基于能量守恒定律，计算目标风电场站的存储能量和各风电机组对应换流器的动态能量。
2.1、获取目标风电场站的系统结构，确定系统结构中的S型节点、N型节点、L型支路、G型支路；S型节点为目标风电场站中与换流器相连的节点，各换流器一一对应连接各风电机组；N型节点为目标风电场站中未与换流器相连的节点；L型支路为目标风电场站中未与外部网络相连的支路；G型支路为目标风电场站中未与外部网络相连的支路；
如图2所示，本实施例提供了一种风电场站的系统结构，其中，Inverter1、Inverter2、Inverter3为S型节点，Node1、Node2、Node3、Node4为N型节点，序号1-9为L型支路，序号10为G型支路。
根据各风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和极端电流分量，确定各S型节点、各N型节点、各L型支路、各G型支路的d轴、q轴的电压分量和电流分量；
计算目标风电场站的存储能量ws：
式中，CS,s为第s个S型节点的连接电容，n1为S型节点的数量；CN,n为第n个个N型节点的连接电容，n2为N型节点的数量；LL,l为第l个L型支路的串联电感，n3为L型支路的数量；LG,g为第g个G型支路的串联电感，n4为G型支路的数量；为第s个S型节点的d轴、q轴的电压分量；/>为第n个N型节点的d轴、q轴的电压分量；/>第l个L型支路的d轴、q轴的电流分量；/>第g个G型支路的d轴、q轴的电流分量；
计算风电机组对应换流器的动态能量wE,s：
式中，wE,s为第s个风电机组对应换流器的动态能量，为第s个S型节点的d轴、q轴的电流分量，/>为第s个S型节点的d轴、q轴的电压分量的锁相角；为第s个S型节点的d轴、q轴的电流分量的锁相角。
3、根据目标风电场站的存储能量和各风电机组对应换流器的动态能量，计算多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势；
多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势η为：
4、根据稳定性的变化趋势，确定各风电机组对应换流器对稳定性的阻尼贡献水平；
确定各风电机组对应换流器对稳定性的阻尼贡献水平包括：
当η>0时，动态能量随时间增加，多风机并网发电系统的稳定性存在下降趋势，将动态能量wE,s作为第s个风电机组对应换流器对多风机并网发电系统稳定性的阻尼贡献水平；
当η<0时，动态能量随时间减少，多风机并网发电系统的稳定性存在上升趋势，将动态能量wE,s作为第s个风电机组对应换流器对多风机并网发电系统稳定性的阻尼贡献水平；
|η|表示变化速率，取值越大，动态能量变化越快，多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势越明显。
以图2给出的风电场站的系统结构进行仿真：
各换流器参数(Inverter1、Inverter2、Inverter3)如表1所示：
表1：换流器基本参数
各线路参数，如表2所示：
表2：线路基本参数
根据上述测试风机结构框图，测试以下3种情况，各换流器对系统稳定性的阻尼贡献水平：
1)情况1：Inverter1、Inverter2、Inverter3的电流环PI控制器的比例增益在基本参数下降低0.7倍，触发参数变化后，系统处于不稳定状态，振荡迅速放大；
2)情况2：Inverter3电流环PI控制器的比例增益在基本参数下减小到0.45倍，触发参数变化后，系统呈弱负阻尼，振荡缓慢放大；
3)情况3：Inverter2电流环PI控制器的比例增益在基本参数下减小到0.45倍，触发参数变化后，系统处于不稳定状态，振荡迅速放大
从波形中提取电压和电流的振荡分量，应用到Econv,i、DRn、DRg的表达式中，可以计算出各换流器注入的动态能量随时间变化的轨迹以及总额能量随时间变化的轨迹，如图3所示。进一步，得到各换流器对该风机系统的阻尼贡献结果，如图4、图5所示。
可以看到，在情况1中，Inverter1的负阻尼贡献最大；在情况2中，Inverter1和Inverter2的负阻尼贡献水平下降，Inverter3的负阻尼贡献增强；在情况3中，Inverter2的负阻尼贡献最大，Inverter1的负阻尼贡献略大于Inverter3。对于rectifier1和rectifier2，从情况1到情况2再到情况3，其阻尼贡献水平是逐步增加的。
从上述实例结果表明，所提的多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估评估方法能够在振荡发生发展的整个过程中，连续准确地监测各换流器阻尼贡献的变化轨迹。
实施例二：
本发明实施例提供了一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估装置，装置包括：
数据采集模块，用于获取目标风电场站中各风电机组的机端电压与机端电流，并进行abc/dq坐标变换生成d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量；
能量计算模块，用于根据各风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量，基于能量守恒定律，计算目标风电场站的存储能量和各风电机组对应换流器的动态能量；
趋势计算模块，用于根据目标风电场站的存储能量和各风电机组对应换流器的动态能量，计算多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势，
贡献评估模块，用于根据稳定性的变化趋势，确定各风电机组对应换流器对稳定性的阻尼贡献水平。
实施例三：
基于实施例一，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器及存储介质；
存储介质用于存储指令；
处理器用于根据指令进行操作以执行根据上述方法的步骤。
实施例四：
基于实施例一，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，其特征在于，包括：
获取目标风电场站中各风电机组的机端电压与机端电流，并进行abc/dq坐标变换生成d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量；
根据各所述风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量，基于能量守恒定律，计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量；
根据所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量，计算所述多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势；
根据所述稳定性的变化趋势，确定各所述风电机组对应换流器对所述稳定性的阻尼贡献水平。
2.根据权利要求1所述的多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，其特征在于，所述风电机组的机端电压为：
式中，ua、ub、uc分别为a、b、c相电压的瞬时值，U0、U-、U+分别为基频、次频和超频电压的幅值；分别为基频、次频和超频电压初相角；ω0、ω-、ω+分别为基频、次频和超频的相角角频率；t为瞬时时刻；
所述风电机组的机端电流为：
式中，ia、ib、ic分别为a、b、c相电流的瞬时值，I0、I-、I+分别为基频、次频和超频电流的幅值；分别为基频、次频和超频电流初相角。
3.根据权利要求2所述的多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，其特征在于，所述d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量为：
式中，ud、uq为d轴、q轴的机端电压分量，id、iq为d轴、q轴的机端电流分量，P(θ)为变换矩阵，θ取值为电网中基频电压相角，P(θ)的表达式为：
4.根据权利要求1所述的多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，其特征在于，所述计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量包括：
获取所述目标风电场站的系统结构，确定所述系统结构中的S型节点、N型节点、L型支路、G型支路；所述S型节点为目标风电场站中与换流器相连的节点，各换流器一一对应连接各风电机组；所述N型节点为目标风电场站中未与换流器相连的节点；L型支路为目标风电场站中未与外部网络相连的支路；G型支路为目标风电场站中未与外部网络相连的支路；
根据各所述风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和极端电流分量，确定各S型节点、各N型节点、各L型支路、各G型支路的d轴、q轴的电压分量和电流分量；
根据各S型节点、各N型节点、各L型支路、各G型支路的d轴、q轴的电压分量和电流分量计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量。
5.根据权利要求4所述的多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，其特征在于，所述目标风电场站的存储能量ws为：
式中，CS，s为第s个S型节点的连接电容，n1为S型节点的数量；CN，n为第n个个N型节点的连接电容，n2为N型节点的数量；LL，l为第l个L型支路的串联电感，n3为L型支路的数量；LG，g为第g个G型支路的串联电感，n4为G型支路的数量；为第s个S型节点的d轴、q轴的电压分量；/>为第n个N型节点的d轴、q轴的电压分量；/>第l个L型支路的d轴、q轴的电流分量；/>第g个G型支路的d轴、q轴的电流分量。
6.根据权利要求5所述的多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，其特征在于，所述风电机组对应换流器的动态能量wE，s为：
式中，wE，s为第s个风电机组对应换流器的动态能量，为第s个S型节点的d轴、q轴的电流分量，/>为第s个S型节点的d轴、q轴的电压分量的锁相角；为第s个S型节点的d轴、q轴的电流分量的锁相角。
7.根据权利要求6所述的多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估方法，其特征在于，所述多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势η为：
所述确定各所述风电机组对应换流器对所述稳定性的阻尼贡献水平包括：
当η＞0时，所述多风机并网发电系统的稳定性存在下降趋势，将动态能量wE，s作为第s个风电机组对应换流器对所述多风机并网发电系统稳定性的阻尼贡献水平；
当η<0时，所述多风机并网发电系统的稳定性存在上升趋势，将动态能量wE,s作为第s个风电机组对应换流器对所述多风机并网发电系统稳定性的阻尼贡献水平。
8.一种多风机并网发电系统的阻尼贡献稳定评估装置，其特征在于，所述装置包括：
数据采集模块，用于获取目标风电场站中各风电机组的机端电压与机端电流，并进行abc/dq坐标变换生成d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量；
能量计算模块，用于根据各所述风电机组的d轴、q轴的机端电压分量和机端电流分量，基于能量守恒定律，计算所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量；
趋势计算模块，用于根据所述目标风电场站的存储能量和各所述风电机组对应换流器的动态能量，计算所述多风机并网发电系统的稳定性的变化趋势；
贡献评估模块，用于根据所述稳定性的变化趋势，确定各所述风电机组对应换流器对所述稳定性的阻尼贡献水平。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
Priority Applications (1)
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