基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法和系统，包括基于预先建立的发电机组模型、风电场模型和HVDC线路模型搭建电力系统模型；基于电力系统模型，计算电力系统次同步振荡风险。本发明专利技术增加了风电场对HVDC系统发生次同步振荡的评估，扩大了原有标准的应用范围，更符合当前电网的实际情况，实现了在考虑HVDC输送大规模风能情况下，对该复杂电力系统是否发生次同步振荡的初步评估，可有效分析大型风电基地和HVDC对电力系统造成的影响，可以更加准确地评估系统发生次同步振荡的可能性，对实际的电力系统安全稳定运行有着重要的意义。

Subsynchronous Oscillation Evaluation Method and System Based on Wind Energy HVDC Output System

The invention provides a sub-synchronous oscillation evaluation method and system based on wind energy HVDC delivery system, including building power system model based on pre-established generator set model, wind farm model and HVDC line model, and calculating sub-synchronous oscillation risk of power system based on power system model. The invention adds the evaluation of sub-synchronous oscillation of HVDC system by wind farm, enlarges the application scope of the original standard, more in line with the actual situation of the current power grid, realizes the preliminary evaluation of sub-synchronous oscillation of the complex power system considering the transmission of large-scale wind energy by HVDC, and can effectively analyze the impact of large-scale wind power base and HVDC on the power system. The possibility of sub-synchronous oscillation can be evaluated more accurately, which is of great significance to the safe and stable operation of the actual power system.

【技术实现步骤摘要】
基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法和系统
本专利技术属于电力系统规划和运行
，具体讲涉及基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法和系统。
技术介绍
风电随着近十年的快速发展，逐步呈现基地化，规模化的特点，与负荷逆向分布的问题比较严重。由于风电资源集中分布在经济欠发达地区，生产的风能本地区无法全部消纳，只能外送至经济发达地区，风电输送矛盾比较突出。高压直流输电HVDC技术因其可以远距离、损耗小的传输大容量电能的特点而备受青睐，但是大容量、远距离的能量传输给电网稳定运行带来一些列的问题，次同步振荡就是其中一个较为突出的问题。此外，由于大规模风电和HVDC等大容量电力电子设备的接入，极大地改变了电网的性能，使得次同步振荡问题呈现出新的特点。为了保障电网的稳定运行，需要从系统接纳风电容量的角度对系统发生次同步振荡的风险进行评估。目前，国标GB/Z20996.3和IEC/TR60919-3标准针对HVDC接入电网给出了定量评估指标，通过评估发电机组与HVDC系统之间相互作用强弱程度，筛选出与HVDC关联度最强的发电机组，来判断发电机组与HVDC之间发生次同步振荡风险的大小，该标准因为需要的容量参数容易获得，比较适合在工程建设初期的评估规划中使用。但当前，针对大规模风电通过HVDC输送电能的次同步振荡风险目前还没有相应的评估依据。
技术实现思路
为克服上述现有技术没有考虑大型风电基地对含HVDC的电力系统的次同步振荡的影响不足，本专利技术提出一种基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法和系统。实现上述目的所采用的解决方案为：一种基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法，其改进之处在于：基于预先建立的发电机组模型、风电场模型和HVDC线路模型搭建电力系统模型；基于所述电力系统模型，计算电力系统次同步振荡风险。本专利技术提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述搭建电力系统模型和所述计算电力系统次同步振荡风险之间，还包括：基于所述电力系统模型，选择风电场短路情况下具有次同步振荡风险的发电机组。本专利技术提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述基于预先建立的发电机组模型、风电场模型和HVDC线路模型搭建电力系统模型包括：将所述风电场模型和所述HVDC线路模型根据输电线路的实际工况进行组合后增添发电机组模型；所述风电场模型采用双闭环PI控制模式，包括：外环功率控制和内环电流控制；所述HVDC线路模型根据HVDC的控制策略和保护模块的参数搭建。本专利技术提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述选择风电场短路情况下具有次同步振荡风险的发电机组，包括：应用机组作用系数法计算风电场短路情况下发电机组的UIF值；选择所述UIF值大于0.1的发电机组为具有次同步振荡风险的发电机组。本专利技术提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述应用机组作用系数法计算风电场短路情况下发电机组的UIF值如下式：UIFi＝SHVDC/Si[1-SCi/SCTOT]2(1)其中，UIFi为第i台发电机的UIF值，SHVDC为高压直流输电的额定容量，Si为第i台发电机的额定容量，SCi是指HVDC逆变站交流母线处的三相短路容量，计算该短路容量时不包括第i台发电机组的贡献，同时也不包括交流滤波器的作用，SCTOT是指HVDC整流站交流母线处包括第i台发电机组贡献的三相短路容量，计算该短路容量时不考虑交流滤波器的作用。本专利技术提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述SCi和SCTOT的计算方法为：利用所述电力系统模型，采用时域仿真，通过计算风电机组短路情况下系统短路容量的方法，计算所述电力系统模型在5～45Hz范围内，SCi和SCTOT的值。本专利技术提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述电力系统次同步振荡风险如下式：W＝SHVDC/Swind[1-SCwind/SCTOT-wind]2(2)其中，W为电力系统次同步振荡风险评估指标，SHVDC为高压直流输电的额定容量，Swind为风电场的额定容量，SCwind为HVDC整流站交流母线处的三相短路容量，计算该短路容量时不包括发电机组的容量，同时也不包括交流滤波器的作用，SCTOT-wind为HVDC整流站交流母线处包括发电机组贡献的三相短路容量，计算该短路容量时包括风电场的作用。本专利技术提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述SCwind和SCTOT-wind的计算方法为：利用所述高压直流输电HVDC外送系统模型，采用时域仿真，通过计算系统短路容量的方法，计算所述电力外送系统模型在5～45Hz范围内，SCwind和SCTOT-wind的值。一种基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估系统，其改进之处在于，包括电力系统建模模块和电力系统风险评估模块；所述电力系统建模模块用于基于预先建立的发电机组模型、风电场模型和HVDC线路模型搭建电力系统模型；所述电力系统风险评估模块用于计算后电力系统次同步振荡风险。本专利技术提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，还包括发电机组风险评估模块；所述发电机组风险评估模块用于基于所述电力系统模型，选择风电场短路情况下具有次同步振荡风险的发电机组。本专利技术提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，所述电力系统建模模块包括风电场模型子单元、HVDC线路模型子单元和电力系统模型子单元；所述HVDC线路模型子单元用于根据HVDC的控制策略和保护模块的参数搭建HVDC线路模型；所述风电场模型子单元采用双闭环PI控制模式，包括：外环功率控制和内环电流控制；所述电力系统模型子单元用于将所述风电场模型和所述HVDC线路模型根据输电线路的实际工况进行组合后增添发电机组模型。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有的优异效果如下：本专利技术是在原有评估发电机组与HVDC系统相互作用强弱程度的基础上，增加了风电场接人后对该系统发生次同步振荡的评估，扩大了原有标准的应用范围，更符合当前电网的实际情况，实现了在考虑HVDC输送大规模风能情况下，对该复杂电力系统是否发生次同步振荡的初步评估，可有效分析大型风电基地和HVDC对电力系统造成的影响，可以更加准确地评估系统发生次同步振荡的可能性，对实际的电力系统安全稳定运行有着重要的意义。本专利技术结合次同步振荡发生的频率范围，增加了不同频率范围下对指标的考核，使指标数值更加的全面和准确。本专利技术比较了双馈风电机组与直驱风电机组在发生次同步振荡频率下的等效电路，规避二者发生次同步振荡机理的不同，从引发的现象出发，提出该指标，使其具有广泛适用性。附图说明图1为本专利技术提供的一种基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法的流程示意图；图2为转子侧变频器RSC典型控制框图；图3为本专利技术提供的一种基于风能HVDC外送系统简化模型示意图；图4为本专利技术提供的一种基于风能HVDC外送系统的次同步振荡风险评估方法中风电场短路情况下电力系统次同步振荡计算模型示意图；图5为双馈风电机组工频等值电路示意图；图6为双馈风电机组次同步频率fssr下的等值电路；图7为HVDC外送系统系统仿真模型拓扑结构图。具体实施方式按照风电机组引发次同步振荡现象来分主要有三种：IGE(inductiongeneratoreffect，IGE)，SSCI(subsynchronouscontroli本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法，其特征在于：基于预先建立的发电机组模型、风电场模型和HVDC线路模型搭建电力系统模型；基于所述电力系统模型，计算电力系统次同步振荡风险。

【技术特征摘要】
1.一种基于风能HVDC外送系统的次同步振荡评估方法，其特征在于：基于预先建立的发电机组模型、风电场模型和HVDC线路模型搭建电力系统模型；基于所述电力系统模型，计算电力系统次同步振荡风险。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搭建电力系统模型和所述计算电力系统次同步振荡风险之间，还包括：基于所述电力系统模型，选择风电场短路情况下具有次同步振荡风险的发电机组。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先建立的发电机组模型、风电场模型和HVDC线路模型搭建电力系统模型包括：将所述风电场模型和所述HVDC线路模型根据输电线路的实际工况进行组合后增添发电机组模型；所述风电场模型采用双闭环PI控制模式，包括：外环功率控制和内环电流控制；所述HVDC线路模型根据HVDC的控制策略和保护模块的参数搭建。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选择风电场短路情况下具有次同步振荡风险的发电机组，包括：应用机组作用系数法计算风电场短路情况下发电机组的UIF值；选择所述UIF值大于0.1的发电机组为具有次同步振荡风险的发电机组。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述应用机组作用系数法计算风电场短路情况下发电机组的UIF值如下式：UIFi＝SHVDC/Si[1-SCi/SCTOT]2(1)其中，UIFi为第i台发电机的UIF值，SHVDC为高压直流输电的额定容量，Si为第i台发电机的额定容量，SCi是指HVDC逆变站交流母线处的三相短路容量，计算该短路容量时不包括第i台发电机组的贡献，同时也不包括交流滤波器的作用，SCTOT是指HVDC整流站交流母线处包括第i台发电机组贡献的三相短路容量，计算该短路容量时不考虑交流滤波器的作用。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述SCi和SCTOT的计算方法为：利用所述电力系统模型，采用时域仿真，通过计算风电机组短路情况下系统短路容量的方法，计算所述电力系统模型在5～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小瑜，迟永宁，李琰，蒋维勇，汤海雁，魏春霞，王志冰，刘超，张占奎，田新首，魏林君，王真，王峤，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网新疆电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11