预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的方法技术方案

本发明专利技术涉及多端直流系统与交流系统互联时全系统模型的建立方法，特别涉及多端直流系统接入交流系统后全系统机电振荡模式的估算方法，包括如下步骤：S1，建立多端直流系统的传递函数模型和交流系统传递函数模型，并确定所述多端直流系统的传递函数模型和所述交流系统传递函数模型之间的耦合关系；S2，根据所述耦合关系评估多端直流系统与交流系统动态交互作用对系统机电振荡模式的影响。本发明专利技术提出了一种能够预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的推导方法和一种能够预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的快速估算方法，以降低特征值分析中的模型阶数和计算复杂度，为工程实际提供一种简便有效率而不失准确度的实用方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多端直流系统与交流系统互联时全系统模型的建立方法，特别涉及多端直流系统接入交流系统后全系统机电振荡模式的快速估算方法。
技术介绍
我国大部分水力资源分布在西南地区，风能和太阳能资源则分布在西北地区，但西部地区的整体负荷需求却低于东部沿海地区，并且随着近年来国家大力发展新能源发电，对于远距离、大容量输电的研究成了当今十分热门的课题。直流输电技术因其损耗小、输送容量大的优点，在远距离输电领域的应用越来越普遍。随着风电场和光伏电站规模的不断扩大，新能源发电电源更多的通过直流系统接入交流系统。在这种发展趋势下，这些对通过直流系统接入的电源对电力系统的影响的研究也显得尤为重要。目前，对于直流输电系统的研究主要集中于两个方面，一是多端直流系统作为一个独立系统运行时的稳定性，二是直流输电系统接入交流输电系统时组合系统的稳定性。上述两种情况的小干扰稳定性分析也主要是借助于特征值分析法。对于多端直流系统作独立系统运行时，现有研究借助模态分析法详细分析了多端直流输电系统中多个电压源换流器之间的交互影响，很好的研究了直流系统独立运行时的小干扰稳定性问题。对于直流输电系统接入交流输电系统的情况，目前的研究也可分为两类。第一类与多端直流系统作为独立系统运行的情况类似，关注的仍然是直流系统自身的稳定性问题，现有文献提出了应用等效输入阻抗的方法研究本地电压源换流器与交流系统的交互影响，以及应用交流系统的简化模型以忽略交流系统动态过程。第二类关注的则为直流系统接入后交流系统的稳定性问题，即研究直流系统与交流系统的交互作用对交流系统动态的影响。目前主要通过建立直流系统接入交流系统后全系统的线性化状态空间模型，应用模态分析法研究系统的小干扰稳定性。用上述方法进行多端直流系统接入交流系统后稳定性的分析，需要推导出闭环系统的状态矩阵，矩阵的阶数较高，模态计算过程较为复杂，对于直流系统较多的情况计算负担过于繁重。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的估算方法，包括如下步骤：S1，建立多端直流系统的传递函数模型和交流系统传递函数模型，并确定所述多端直流系统的传递函数模型和所述交流系统传递函数模型之间的耦合关系；S2，根据所述耦合关系评估多端直流系统与交流系统动态交互作用对系统机电振荡模式的影响。优选的，所述步骤S1具体包括：S11，根据电压源换流器与交流系统相连的情况，得到多端直流系统输入与输出之间的线性化模型；根据所述线性化模型，得到多端直流系统的状态空间模型；S12，通过现场频率响应试验得到直流系统的传递函数模型；按照建立所述状态空间模型的方法建立交流系统的状态空间模型；S13，建立交流系统与多端直流系统互联时的线性化模型；并根据直流系统模型和交直流之间的耦合关系，建立交直流耦合模型。优选的，所述步骤S12还包括：在直流系统换流站的型号、参数或运行工况未知的情况下，通过现场频率响应试验得到直流系统的传递函数模型。优选的，所述通过现场频率响应试验得到直流系统的传递函数模型具体包括：通过在低压母线稳态电压幅值上叠加某频率的正弦信号作为输入，检测直流换流站的输出电流，得到该频率下的输出电流对输入电压的传递函数值，对各个频率下传递函数值的幅值图和相位图进行不同阶数的拟合，从而得到直流输电系统的传递函数模型。优选的，所述步骤S13还包括：通过相关振荡模式的变化量来衡量多端直流系统对交流系统小干扰功角稳定性的影响。优选的，所述步骤S2具体包括：S21，通过系统的状态矩阵求出机电振荡模式，从而确定多端直流系统带来的潮流变化对交流系统的影响；S22，根据所述耦合关系评估多端直流系统与交流系统动态交互作用对系统机电振荡模式的影响。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的目的是提出一种能够预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的推导方法，和一种能够预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的快速估算方法，以降低特征值分析中的模型阶数和计算复杂度，为工程实际提供一种简便有效率而不失准确度的实用方法。附图说明图1为多端直流系统接入交流系统结构示意图；图2为换流站1的控制原理图；图3为换流站2的控制原理图；图4为四终端直流系统接入的纽约-新英格兰系统；图5为振荡模式随有功功率变化的情况(节点31为平衡节点)；图6为振荡模式随有功功率变化的情况(节点39为平衡节点)。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。本专利技术的目的是提出一种能够预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的推导方法，和一种能够预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的快速估算方法，以降低特征值分析中的模型阶数和计算复杂度，为工程实际提供一种简便有效率而不失准确度的实用方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种能够预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的快速估算方法，多端直流系统传递函数和交流系统传递函数的建立以及两者之间的耦合关系确定。具体包括：(1)在多端直流系统运行参数已知的情况下，建立直流系统的传递函数模型：对于如图1所示多个电压源换流器(VoltageSourceConverter,VSC)与交流系统相连的情况，可以不失一般性的假定第一个VSC采用直流电压控制方式，其余VSC采用有功功率控制方式。根据附录A中推导过程，可得到多端直流系统输入与输出之间的线性化模型为其中，前缀Δ表示变量的微分，Vj,j＝1,2,…M是第j个VSC与交流系统之间的公共偶尔点的电压值，Pk+jQk,k＝1,2,…M是交流系统与多端直流系统之间通过VSC传输的功率，h1k(s)、hj(s)和hqk(s)都是常数。根据(1)式，多端直流系统的状态空间模型可表示为其中，ΔXDC是多端直流系统的状态变量向量，ΔV＝[ΔV1ΔV2…ΔVM]T为电压微分量矢量，ΔU＝[ΔP1ΔP2…ΔPMΔQ1ΔQ2…ΔQM]T为有功功率和无功功率微分量矢量，ADC、BDC、CDC、DDC均为常数矩阵。(2)在直流系统换流站的型号、参数或运行工况未知的情况下，可以通过现场频率响应试验来得到直流系统的传递函数模型。通过在低压母线稳态电压幅值上叠加某频率的正弦信号作为输入，检测直流换流站的输出电流，可以得到该频率下的输出电流对输入电压的传递函数值。对各个频率下传递函数值的幅值图和相位图，可以进行不同阶数的拟合，从而可以近似得到直流输电系统的传递函数模型。(3)依据(1)或(2)中的直流系统模型和交直流之间的耦合关系，建立交直流耦合模型。按照推导状态空间模型的标准步骤可得到交流系统的状态空间模型如下：其中，ΔXAC是交流系统状态变量向量，前缀表示对时间的导数，AAC和cj是常数矩阵，bpk、bqk、dpjk、dqjk都是常数。依据(2)和(3)可得到附图1所示交流系统与多端直流系统互联时的线性化模型为其中，ΔX＝[ΔXACTΔXDCT]T是全系统状态变量向量，A为全系统的状态空间矩阵。状态方程(3)可表示为其中，Δδ和Δω分别是同步发电机角位置和角速度的偏差矢量，Δz是电力系统中所有其他状态变量的矢量。根据(1)和(5)，可以得到有多端直流系统提供的电动转矩是其中，gpk(s)＝bP2k+A23(sI-A33)-1bP3kgqk(s)＝bQ2k+A23(sI-A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的估算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立多端直流系统的传递函数模型和交流系统传递函数模型，并确定所述多端直流系统的传递函数模型和所述交流系统传递函数模型之间的耦合关系；S2，根据所述耦合关系评估多端直流系统与交流系统动态交互作用对系统机电振荡模式的影响。

【技术特征摘要】
1.一种预测多端直流系统接入后电力系统机电振荡模式的估算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立多端直流系统的传递函数模型和交流系统传递函数模型，并确定所述多端直流系统的传递函数模型和所述交流系统传递函数模型之间的耦合关系；S2，根据所述耦合关系评估多端直流系统与交流系统动态交互作用对系统机电振荡模式的影响。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11，根据电压源换流器与交流系统相连的情况，得到多端直流系统输入与输出之间的线性化模型；根据所述线性化模型，得到多端直流系统的状态空间模型；S12，通过现场频率响应试验得到直流系统的传递函数模型；按照建立所述状态空间模型的方法建立交流系统的状态空间模型；S13，建立交流系统与多端直流系统互联时的线性化模型；并根据直流系统模型和交直流之间的耦合关系，建立交直流耦合模型。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤S12还包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文娟，付强，张琰，王海风，
申请(专利权)人：华北电力大学，国家电网公司，国网浙江省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11