一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法，涉及电网控制领域，其技术方案要点是：构建对电力系统的两机系统功角稳定进行分析的第一数学模型；将

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法


[0001]本专利技术涉及电网控制领域，更具体地说，它涉及一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法
。

技术介绍

[0002]以风电为代表的新能源机组在系统中的占有率逐步提高
。
伴随这一过程的新型电力系统“低惯量
、
弱阻尼”特性凸显，由负荷投切
、
系统故障等因素导致的功率波动愈加频繁和剧烈
。
在低占比新能源机组接入系统时，全部由传统同步发电机组承担系统调频任务，风电机组等电力电子设备处于最大功率点跟踪
(maximum power point tracking,MPPT)
控制，充分利用自然资源发电，随着新能源机组渗透率的不断增加，单独采用传统同步发电机组调节功率输出，已不满足系统频率稳定要求，需要风电机组等电力电子设备参与电网调频
。
风电机组参与调频的本质是降低在发生频率波动时系统中产生的不平衡能量，在进行频率支撑的同时，也影响了同步发电机组转子运动，使故障期间的系统功角稳定问题更为复杂，给电网的稳定运行带来极大的挑战
。
[0003]风机
(
即风电机组
)
不同于传统同步发电机的毫秒级控制动态特性，使得风电机组频率控制存在于多时间尺度，因此，在发生大扰动后，风电机组的调频策略将会影响系统暂态功角稳定，随着风电比例的增加，风电机组调频控制带来的影响将更加明显
。
现有技术中通过扩展等面积定则通过故障极限切除时间
、
极限切除角来分析风电机组附加调频控制影响系统暂态功角稳定，当风电机组接入系统送端区域，其调频控制将提高系统功角稳定，而接入系统受端区域时则不利于系统功角稳定
。
但是，目前现有技术对系统功角稳定的分析，忽略了风电机组附加调频控制时在故障期间和故障清除后前期两个阶段对系统功角稳定的研究
。
[0004]因此，需要一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法，用来分析在系统故障的各个阶段，风机调频控制对系统功角的影响机理，为后续的电力系统的保护整定工作提供理论参考
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法，本专利技术通过在第一数学模型中引入同步发电机的降出力系数，实现了对高比例新能源接入的系统功角稳定分析建模，即第二数学模型，通过对比第一数学模型和第二数学模型，分析出风电机组在改变电力系统结构参数和
/
或调节出力时，电力系统在故障期间和故障清除后功角稳定的分析结果
。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]本申请提供了一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法，方法包括：
[0008]构建对电力系统的两机系统功角稳定进行分析的第一数学模型，其中第一数学模
型表征两机系统功角
、
同步发电机不平衡功率与同步发电机转速差之间的关联关系；
[0009]将
MPPT
控制策略下的风电机组接入电力系统的送端区域，构建电力系统的扩展两机系统；
[0010]预设送端同步发电机的降出力系数，依据所述降出力系数和所述第一数学模型确定所述扩展两机系统的第二数学模型，其中降出力系数是指风电机组接入电力系统后同步发电机出力改变量占风电机组出力的比例，第二数学模型表征扩展两机系统功角
、
风电机组出力
、
同步发电机不平衡功率与同步发电机转速差之间的关联关系；
[0011]对比所述第一数学模型和第二数学模型，分析出风电机组在改变电力系统结构参数和调节出力时，电力系统在故障期间和故障清除后功角稳定的第一分析结果
。
[0012]在一种实现方案中，构建对电力系统的两机系统功角稳定进行分析的第一数学模型，具体为：
[0013]依据送端同步发电机和受端同步发电机的转动惯量时间常数
、
功角
、
机械功率以及电磁功率，建立两机系统模型的转子运动方程；
[0014]依据两机系统的功角差
、
转速差
、
角速度额定值
、
机械功率和电磁功率，将两机系统转化为单机无穷大系统；
[0015]依据单机无穷大系统的功角特性曲线，表征在发生故障
、
清除故障
、
故障清除后各个时刻的功角，表征在发生故障
、
清除故障
、
故障清除后各个时刻的功角；
[0016]根据单机无穷大系统的机械功率
、
电磁功率和在发生故障
、
清除故障
、
故障清除后各个时刻的功角，确定两机系统模型的同步发电机的剩余加速面积，即第一数学模型，其中第一数学模型的表达式为
P
m
表示单机无穷大系统的机械功率，
P
e
表示单机无穷大系统的电磁功率，
δ0表示在
t0时刻发生故障的同步发电机的功角，
δ
d
表示在故障清除后
t
d
时刻的同步发电机的功角，
H
表示转动惯量时间常数，
ω0为角速度额定值，
Δω
表示同步发电机转速差
。
[0017]在一种实现方案中，预设送端同步发电机的降出力系数，依据所述降出力系数和所述第一数学模型确定所述扩展两机系统的第二数学模型，具体为：
[0018]风电机组接入电力系统的送端区域，不改变电力系统的负荷，仅降低同步发电机的出力，电力系统的转动惯量时间常数在风电机组接入前后不变，风电机组接入后，依据降出力系数计算扩展两机系统的同步发电机的机械功率和电磁功率；
[0019]依据扩展两机系统的同步发电机的机械功率和电磁功率
、
同步发电机的转动惯量时间常数
、
扩展两机系统的转速差和功角差，构建扩展两机系统的单机无穷大系统；
[0020]构建高比例风电接入，在电力系统还未恢复稳定期间，同步发电机出力受风电机组出力和电力系统结构参数变化影响，其中，当仅受结构参数变化影响时，即风电机组不参与系统调频时，扩展两机系统等效为单机无穷大系统故障期间的同步发电机的电磁功率，以及故障清除后同步发电机的电磁功率；
[0021]依据单机无穷大系统机械功率
、
故障期间的同步发电机的电磁功率以及故障清除后同步发电机的电磁功率，确定扩展两机系统同步发电机的剩余加速面积，即第二数学模型，其中第二数学模型的表达式为：
[0022]β
表示预设送端同步发电机的降出力系数，
δ
w
表示功角差，
H1表示送端同步发电机的转动惯量时间常数，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法，其特征在于，方法包括：构建对电力系统的两机系统功角稳定进行分析的第一数学模型，其中第一数学模型表征两机系统功角
、
同步发电机不平衡功率与同步发电机转速差之间的关联关系；将
MPPT
控制策略下的风电机组接入电力系统的送端区域，构建电力系统的扩展两机系统；预设送端同步发电机的降出力系数，依据所述降出力系数和所述第一数学模型确定所述扩展两机系统模型的第二数学模型，其中降出力系数是指风电机组接入电力系统后同步发电机出力改变量占风电机组出力的比例，第二数学模型表征扩展两机系统功角
、
风电机组出力
、
同步发电机不平衡功率与同步发电机转速差之间的关联关系；对比所述第一数学模型和第二数学模型，分析出风电机组在改变电力系统结构参数和调节出力时，电力系统在故障期间和故障清除后功角稳定的第一分析结果
。2.
根据权利要求1所述的一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法，其特征在于，构建对电力系统的两机系统功角稳定进行分析的第一数学模型，具体为：依据送端同步发电机和受端同步发电机的转动惯量时间常数
、
功角
、
机械功率以及电磁功率，建立两机系统模型的转子运动方程；依据两机系统的功角差
、
转速差
、
角速度额定值
、
机械功率和电磁功率，将两机系统转化为单机无穷大系统；依据单机无穷大系统的功角特性曲线，表征在发生故障
、
清除故障
、
故障清除后各个时刻的功角；根据单机无穷大系统的机械功率
、
电磁功率和在发生故障
、
清除故障
、
故障清除后各个时刻的功角，确定两机系统模型的同步发电机的剩余加速面积，即第一数学模型，其中第一数学模型的表达式为
P
m
表示单机无穷大系统的机械功率，
P
e
表示单机无穷大系统的电磁功率，
δ0表示在
t0时刻发生故障的同步发电机的功角，
δ
d
表示在故障清除后
t
d
时刻的同步发电机的功角，
H
表示转动惯量时间常数，
ω0为角速度额定值，
Δω
表示同步发电机转速差
。3.
根据权利要求2所述的一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法，其特征在于，预设送端同步发电机的降出力系数，依据所述降出力系数和所述第一数学模型确定所述扩展两机系统模型的第二数学模型，具体为：风电机组接入电力系统的送端区域，不改变电力系统的负荷，仅降低同步发电机的出力，电力系统的转动惯量时间常数在风电机组接入前后不变，风电机组接入后，依据降出力系数计算扩展两机系统的同步发电机的机械功率和电磁功率；依据扩展两机系统的同步发电机的机械功率和电磁功率
、
同步发电机的转动惯量时间常数
、
扩展两机系统的转速差和功角差，构建扩展两机系统模型的单机无穷大系统；构建高比例风电接入，在电力系统还未恢复稳定期间，同步发电机出力受风电机组出力和电力系统结构参数变化影响，其中，当仅受结构参数变化影响时，即风电机组不参与系统调频时，扩展两机系统等效为单机无穷大系统故障期间的同步发电机的电磁功率，以及故障清除后同步发电机的电磁功率；依据单机无穷大系统机械功率
、
故障期间的同步发电机的电磁功率以及故障清除后同
步发电机的电磁功率，确定扩展两机系统同步发电机的剩余加速面积，即第二数学模型，其中第二数学模型的表达式为：
β
表示预设送端同步发电机的降出力系数，
δ
w
表示功角差，
H1表示送端同步发电机的转动惯量时间常数，
H2表示受端同步发电机的转动惯量时间常数，
δ
d,w
表示风电机组接入后
t
d
时刻系统功角，表示风电机组接入后
t
d
时刻同步发电机转速差
。4.
根据权利要求3所述的一种风电机组调频控制对电力系统功角稳定的分析方法，其特征在于，第一分析结果，具体为：根据第一数学模型和第二数学模型的表达式，得出风电机组改变电力系统结构参数或调节出力，影响故障期间和故障清除后同步发电机输出的电磁功率，从而影响电力系统的功角稳定，其中在不同的风机控制策略下，当故障发生后，风电机组出力不同对电力系统首摆...

【专利技术属性】
技术研发人员：王曦，石鹏，任阳，陈振，刘洪波，孙黎，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：