基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法技术

本发明专利技术属于一种自适应优化调控网络惯量水平方法技术领域，尤其涉及一种基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法。包括以下步骤：推导两区系统惯量中心点及频率分布特性；基于主动支撑型VSC的控制策略原理；利用主动支撑型VSC自适应优化调控系统的惯量水平。本发明专利技术能够降低系统扰动对频率与电压的影响，促进了网络的抗扰动能力，提高系统运行的稳定性。还可以促进新能源的消纳能力，在系统功率发生波动时，可实现主动支撑的效果，由于电网中新能源比例不断提高，降低了电网的鲁棒性。

A method of adaptive optimal control of network inertia level based on active support VSC

【技术实现步骤摘要】
基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法
本专利技术属于一种自适应优化调控网络惯量水平方法
，尤其涉及一种基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法。
技术介绍
近年来，电力系统中新能源机组占比越来越高，大量的双馈、永磁风机、光伏和储能装置通过电力电子设备并入电网，其中除了双馈风机具有小部分惯量外，其余新能源发电设备均通过逆变器与电网耦合，导致系统的整体惯量减少。同时伴随着传统同步发电机组的退出，进一步恶化了网络的惯量支撑能力，而新能源机组采用主动支撑控制策略，将具有同步发电机的有功频率支撑能力，能大大改善系统的频率响应。同时利用主动支撑型VSC的惯量柔性调控方法，结合网络惯量分布特性，将进一步提升系统的频率稳定。在钟庆昌教授提出Synchronverter概念后,主动支撑控制策略取得长足的发展。在虚拟惯量的定性定量分析、惯量调控和惯量分摊等方面，开展了大量的研究工作并取得一定的成果。在惯量定量分析方面如：[1]黄林彬，辛焕海，黄伟，等.含虚拟惯量的电力系统频率响应特性定量分析力法[J/OL].电力系统自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法，其特征是：包括以下步骤：推导两区系统惯量中心点及频率分布特性；基于主动支撑型VSC的控制策略原理；利用主动支撑型VSC自适应优化调控系统的惯量水平。/n

【技术特征摘要】
1.基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法，其特征是：包括以下步骤：推导两区系统惯量中心点及频率分布特性；基于主动支撑型VSC的控制策略原理；利用主动支撑型VSC自适应优化调控系统的惯量水平。


2.根据权利要求1的所述的基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法，其特征是：所述推导两区系统惯量中心点及频率分布特性，包括：推导两区系统惯量中心点位置、分析边界功率变化对内部频率的影响以及分析线路频率分布特性。


3.根据权利要求1的所述的基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法，其特征是：所述推导两区系统惯量中心点位置，包括：对于两机系统，利用发电机的端电压和等效惯量，推出系统惯量中心点的位置为：



式中，α*为惯量中心点的位置，E′1为两机系统中1号同步发电机的的端电压，E′2为两机系统中2号同步发电机的端电压，H1为两机系统中1号同步发电机的惯性时间常数，H2为两机系统中2号同步发电机的惯性时间常数；
系统惯量中心点的频率为：



式中，ω*为惯量中心点角频率，ω1为两机系统中1号同步发电机的的角频率，ω2为两机系统中2号同步发电机的角频率；
对于一个多机两区系统，一侧为S区，一侧为A区各区包含n台同步发电机和(p-q)个负载，两区由一条传输线路传输，假设传输线路阻抗均匀分布，各区发电机的惯性时间常数为同一功率等级下；其中，E'iejδ为发电机i的内电势，Upejδ为节点p的端口电压，Hi为发电机i的惯量，Pi为节点i的输入(出)功率；则系统中各区惯量中心转子运动方程为：



其中PmS、PmA分别为S、A区的机械功率，PeS，PeA分别为S、A区的电磁功率，分别为S、A区的功角变化率，ω0表示额定角频率，ωS、ωA为S、A区的角频率，HS、HA别为S、A区的等效惯性时间常数，分别为S、A区的角频率变化率；
其中：






式中：ω0为额定角频率，P为联络线传输功率；HSi，HAi分别为S、A区域第i台发电机的惯性时间常数，PSi，PAi为S、A区域第i台发电机的电磁功率，PmSi，PmAi分别为S、A区域第i台发电机的机械功率，ωSi、ωAi为S、A区域第i台发电机的角频率,Uk、Uj分别为S、A区域的出口端电压，δk、δj分别为S、A区域的出口等效功角，X为S与A区域联络线的电抗；
假设：1、S和A区负荷为恒功率负荷，且负荷不波动，只考虑联络线功率波动，2、S和A区各台发电机的功角与各区惯量中心功角相同，即S区各发电机功角均为δS，A区各发电机功角均为δA，3、S和A区各台发电机的功角变化率与各区惯量中心功角变化率相同，即：



其中δSi，δAi分别表示S、A区域第i台发电机的功角，δSi0，δAi0分别表示S、A区域第i台发电机的功角的额定值，δS，δA分别表示S、A区域各发电机的功角，δS0，δA0分别表示S、A区域各发电机功角的额定值；
若S区总的功率波动为ΔP时，则各台发电机的分摊波动功率为同理A区各台发电机的分摊波动功率为
当联络线发生功率波动ΔP时，由基尔霍夫电流方程，可得：



式中，ΔP为联络线上功率波动，E′Si，E′Ai分别表示S、A区域第i台发电机的电动势；
假设惯量中心点在线路α点处，则有：



式中：V和θ为α点的电压幅值和相角；



两次求导得：



式中：为角频率的变化率；式中，为α点角频率的变化率，分别为S，A区域等效角频率的变化率；
其中：



将式(3)代入式(10)中可得：



惯量中心COI点的频率变化率为：



式中，分别为S、A区的角频率变化率，表示惯量中心点的角频率变化率；
令两区系统线路上任意一点频率变化率等于惯量中心COI点频率变化率，找到两区系统惯量中心位置的表达式，即令式(12)等于(13)即可得：



式(14)即为惯量中心点位置的表达式，两区系统惯量中心点的位置与各台发电机的端电压Ei与惯性时间常数Hi有关。


4.根据权利要求2的所述的基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法，其特征是：所述分析边界功率变化对内部频率的影响，包括：
若两区系统α点处出现有功功率的缺失或新增，则该有功功率变化将冲击系统的频率分布，根据α点处有功功率平衡得：



式中，Pin/out表示α点注入和流出的功率；
将式(7)代入可得：



系统的状态方程为：



若考虑规定输入/输出特性，即有功功率变化对系统频率的冲击响应，则可得传递函数：



式中，φ、ψ分别为左右特征向量，λi为特征值，Ri为留数，ψi、φi为第i个特征向量，Aα、Bα、Cα为状态方程参数矩阵的分块矩阵，Λ为Aα矩阵特征值组成的对角阵，I为单位矩阵，ΔP为输入功率变化量，Δω角频率的变化量；
留数Ri表征的是在特征值λi下有功功率对系统频率的影响程度，留数Ri越大，则有功功率对系统频率的影响越大；留数Ri越小，则有功功率对系统频率的影响越小。


5.根据权利要求1-4的所述的基于主动支撑型VSC自适应优化调控网络惯量水平方法，其特征是：所述分析线路频率分布特性，包括：
由式(3)(8)可得：



同理，若δk，δj和θ之间的夹角足够小，则有：



式中，ωk、ωj为S、A区域端口角频率；
根据式(20)可得，线路中任意一点的频率主要与线路两端节点的角频率和端电压相关，当节点的角频率和端电压确定，便能够确定线路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳军，姜枫，陈晓东，刘淼，魏俊红，冯占稳，张建，李斌，杨滢璇，杨璐羽，刘闯，闫玉恒，蔡国伟，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，东北电力大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21