一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了属于电力系统稳定分析技术领域的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法。所述系统包括顺序相连的信息采集模块、振荡源定位模块、振荡源位置输出模块；所述方法包括采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据，构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量模型，通过求取振荡过程中元件或支路动态能量，判断其正负及变化趋势追溯引起低频振荡的扰动源。本发明专利技术能够准确定位低频振荡扰动源位置，同时将风机相关控制环节在低频振荡中的作用考虑在内，且分析了其可能对风机扰动源形成的影响。

A Low Frequency Oscillation Disturbance Source Location System and Method for Doubly-fed Fan Grid-connected System

The invention discloses a low-frequency oscillation disturbance source positioning system and method for a doubly-fed fan grid-connected system, belonging to the field of power system stability analysis technology. The system includes sequentially connected information acquisition module, oscillation source location module and oscillation source position output module. The method includes acquiring network structure parameters, bus voltage, generator node injection current and load node injection current data in the grid-connected system of doubly-fed wind turbine with virtual inertia control, and constructing dynamic energy of doubly-fed wind turbine with virtual inertia control. Quantitative model, by calculating the dynamic energy of components or branches in the process of oscillation, judges the positive and negative trend of oscillation and traces back to the source of low frequency oscillation. The invention can accurately locate the position of the low frequency oscillation disturbance source, and takes into account the role of the fan related control link in the low frequency oscillation, and analyzes its possible influence on the formation of the fan disturbance source.

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法
本专利技术属于电力系统稳定分析
，尤其涉及一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法。
技术介绍
大比例高渗透率的风电接入电网后，其自身惯性的缺失将导致系统调节能力弱化。尤其在扰动作用下，风电常表现出与常规发电迥异的行为，使电力系统动态特性发生质的变化，对系统安全稳定运行造成潜在威胁，制约风电渗透率的进一步提高。因此对含高风电渗透率的互联系统复杂动态行为及振荡机理的深入研究势在必行。现有电力系统低频振荡扰动源定位方法主要分为：混合动态仿真法、行波检测法和能量函数法。混合动态仿真法是近年来提出的一种基于PMU数据测量的方法，该方法将测量与动态仿真相结合，通过对比WAMS实测数据与仿真所得结果一致性来判断分析区域是否存在振荡源。但其有效性对模型和参数地准确度要求较高，而现代电力系统区域互联，涉及元件种类繁多，建模过程中模型与参数难以保证与实际电力系统的一致性，从而极大的影响该方法的准确度。行波检测法利用电力系统受扰动点电压、电流波形发生畸变从而产生特殊形状波形在电网中传播这一特征对低频振荡扰动源进行定位。然而该方法分析过程中需要对测量信号进行希尔伯特变换，但电力系统中普遍存在的噪声会大大影响变换结果的正确度，从而影响对扰动源定位的准确度。能量函数法是评估电力系统暂态稳定的基本方法之一，其基本思路是当系统发生强迫振荡时，外施扰动产生的能量只能通过其所在设备流入电网，因此可以通过计算网络各支路或割集的能量增减来辨识系统振荡源。该方法通过观察势能曲线即可直观定位扰动源位置，准确度高。除此之外，基于SCADA数据实时定位，自动定位等新低频振荡扰动源定位方法也在不断发展，但目前对低频振荡扰动源定位的研究仍集中在传统电力系统，对含风电机组的系统低频振荡源定位问题的研究甚少且并未分析风机相关控制环节在低频振荡中的作用，以及其可能对风机扰动源形成的影响。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法，其特征在于，一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统，包括顺序相连的信息采集模块、振荡源定位模块、振荡源位置输出模块；所述信息采集模块用于采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据，并将采集的数据发送至振荡源定位模块；所述振荡源定位模块用于定位系统的低频振荡扰动源，利用信息采集模块采集的数据构建动态能量函数模型，根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析，通过判断振荡过程中元件或支路动态能量的正负，定位引起低频振荡的扰动源；所述振荡源位置输出模块用于输出振荡源位置。一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法，包括：步骤1：数据采集采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据；步骤2：构建动态能量函数模型依据步骤1采集的数据，构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型，计算得到发电机和负荷支路的动态能量计算值，以表征风机原动系统和励磁系统动态能量变化及阻尼消耗能量；步骤3：定位系统低频振荡扰动源根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析，利用系统振荡源定位判据定位系统低频振荡扰动源，即通过判断振荡过程中元件或支路动态能量的正负，定位引起系统低频振荡的扰动源；步骤4：振荡源结果输出利用振荡源位置输出模块输出振荡源位置信息。采用动态能量法构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型，具体包括以下子步骤：步骤201：机电暂态时间尺度下，直流母线电压恒定，且将网侧变频器控制与转子解耦，在小干扰稳定性分析中忽略直流侧与网侧变频器的暂态过程，引入虚拟惯量控制，即在最大功率控制基础上引入电网频率的附加控制，使风机能够快速响应电网频率变化，瞬时增加有功出力参与系统一次调频；所述虚拟惯量控制在电网频率变化过程中虚拟的等效惯量表示为：其中，λ＝Δωr/Δωs式中，λ为转速调节系数，ωr和ωs分别为转子角速度和系统同步角速度，Δωr和Δωs分别为转子角速度增量和系统同步角速度增量，JDFIG为双馈风力发电机组的总转动惯量；步骤202：构造含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量模型，包括发电机动态能量模型和负荷支路动态能量模型；所述发电机动态能量模型为：W＝Wgen+Wexc式中，Wgen为原动系统注入的能量，Wexc为励磁系统注入的能量；分别为等效风力机和发电机质量块的动能变化量，分别为等效风力机和发电机两质量块阻尼消耗的能量，∫Pwdδw为风力机输入的能量；和为励磁系统注入到发电机的能量，和为能量流动过程中消耗的部分，和为发电机内部储存的势能，和为经发电机向电网中注入的能量；所述负荷支路动态能量模型为：其中，Pe′＝Pe+PvirPvir＝KP_vir(ωref-ωs)+KI_virdωs/dt式中，W为双馈发电机组流入电网中的能量，Pe、Pe′分别为增加虚拟惯量控制模块前后双馈发电机的电磁功率，Qe为双馈发电机的无功功率，U为母线电压，KP_vir、KD_vir分别为虚拟惯量控制的比例增益和微分增益，且KP_vir＞0，KD_vir＜0；ωref为转子角速度，ωs为系统同步角速度，Pvir为虚拟惯量控制输出的有功功率参考值。控制系统注入发电机的能量，一部分以势能的形式储存在发电机中，一部分被阻尼消耗掉，其余部分流入电网。所述系统振荡源定位判据为：1)若振荡过程中元件或支路动态能量为正，表明发出能量，对低频振荡呈现负阻尼，则初步判定为扰动源；2)若振荡过程中元件或支路动态能量为负，表明吸收能量，对低频振荡呈现正阻尼，则初步判定为非扰动源；3)当初步判定的扰动源为风机时，需进一步判断其能量变化趋势，若能量呈上升趋势，则判定为扰动源；若能量呈下降趋势，则判定为非扰动源。所述步骤3还包括：当系统强迫振荡时，施加扰动产生的能量只能通过其所在设备流入电网，通过计算发电机注入到系统中的能量定位系统强迫功率振荡源。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过构造基于双质量块模型的双馈风机励磁系统的动态能量函数，分析风机原动系统和励磁系统动态能量变化及阻尼消耗能量，能够准确定位低频振荡扰动源位置，同时将风机相关控制环节在低频振荡中的作用考虑在内，且分析了其可能对风机扰动源形成的影响。附图说明附图1为本专利技术提供的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统结构示意图；附图2为本专利技术实施方式中的虚拟惯量控制结构图；附图3为本专利技术实施方式中的新英格兰10机39节点系统图；附图4为本专利技术实施方式中的线路21-22的有功功率图；附图5为本专利技术实施方式中的各台发电机组的动态能量变化图；附图6为本专利技术实施方式中的各台发电机组注入系统的能量图；附图7为本专利技术实施方式中的DFIG有功功率振荡图；附图8为本专利技术实施方式中的同步发电机有功功率波动图；附图9为本专利技术实施方式中的同步发电机母线电压相角波动图；附图10为本专利技术实施方式中的各台发电机组注入系统的能量图；具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。附图1为本专利技术提出的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统结构示意图，如图1所示，所述系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统，其特征在于，包括顺序相连的信息采集模块、振荡源定位模块、振荡源位置输出模块；所述信息采集模块用于采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据，并将采集的数据发送至振荡源定位模块；所述振荡源定位模块用于定位系统的低频振荡扰动源，利用信息采集模块采集的数据构建动态能量函数模型，根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析，通过判断荡过程中元件或支路动态能量的正负，定位引起低频振荡的扰动源；所述振荡源位置输出模块用于输出振荡源位置。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统，其特征在于，包括顺序相连的信息采集模块、振荡源定位模块、振荡源位置输出模块；所述信息采集模块用于采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据，并将采集的数据发送至振荡源定位模块；所述振荡源定位模块用于定位系统的低频振荡扰动源，利用信息采集模块采集的数据构建动态能量函数模型，根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析，通过判断荡过程中元件或支路动态能量的正负，定位引起低频振荡的扰动源；所述振荡源位置输出模块用于输出振荡源位置。2.一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法，其特征在于，包括：步骤1：数据采集采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据；步骤2：构建动态能量函数模型依据步骤1采集的数据，构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型，计算得到发电机和负荷支路的动态能量计算值，以表征风机原动系统和励磁系统动态能量变化及阻尼消耗能量；步骤3：定位系统低频振荡扰动源根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析，利用系统振荡源定位判据定位系统低频振荡扰动源，即通过判断振荡过程中元件或支路动态能量的正负，定位引起系统低频振荡的扰动源；步骤4：振荡源结果输出利用振荡源位置输出模块输出振荡源位置信息。3.根据权利要求2所述的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法，其特征在于，采用动态能量法构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型，具体包括以下子步骤：步骤201：机电暂态时间尺度下，直流母线电压恒定，且将网侧变频器控制与转子解耦，在小干扰稳定性分析中忽略直流侧与网侧变频器的暂态过程，引入虚拟惯量控制，即在最大功率控制基础上引入电网频率的附加控制，使风机能够快速响应电网频率变化，瞬时增加有功出力参与系统一次调频；所述虚拟惯量控制在电网频率变化过程中虚拟的等效惯量表示为：其中，λ＝Δωr/Δωs式中，λ为转速调节系数，ωr和ωs分别为转子角速度和系统同步角速度，Δωr和Δωs分...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，赵冬，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11