一种UPFC接入对于系统惯性响应强弱的判别方法与流程

本发明属于电气控制
技术领域：
，尤其是一种upfc接入对于系统惯性响应强弱的判别方法。
背景技术：
：统一潮流控制器(upfc)是迄今为止功能最为强大的facts装置，其主要由一台激励变压器(excitationtransformer，et)、一台增压变压器(boostingtransformer，bt)、2个三相电压源逆变器(voltagesourceconverter，vsc)和一个直流连接电容器组成。在智能电网中，vsc的类机电暂态特性是决定故障情况下upfc与交流系统动态交互的关键；upfc在系统机电暂态过程中的作用与故障有功功率是否穿越vsc以及穿越功率的大小和时间(能量)密切相关。在锁相环不能及时、完全跟踪装置并网节点电压相角的时间段内，vsc向电力系统呈现出类机电暂态弱惯性；此时，upfc将通过vsc与交流系统产生有功功率动态交互，从而参与系统暂态功率的变化和分布，影响智能电网的功角稳定性。为此，需要建立upfc向电力系统呈现出类机电暂态惯性强弱的的评价指标。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明一种upfc接入对于系统惯性响应强弱的判别方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为1)收集数据：收集系统发电机内部数据、励磁系统数据；系统线路、节点参数；upfc数据；2)进行全系统潮流计算；3)计算upfc相关电气量稳态初值；4)选取目标振荡模态，计算各响应函数，判别upfc装置向电力系统呈现出类机电暂态惯性强弱：依据upfc线性化模型，计算upfc动态注入系统的功率偏差与upfc接入点的电压相量偏差的比值，如果该比值为个位数，则成为弱惯性响应；如果该比值为十位数及以上，则称为强惯性响应。所述步骤4)的具体过程为1)建立统一潮流控制器upfc状态方程式(1)中第二、三行为upfc并联侧的电流环状态方程，为upfc并联侧vsc电流相量，ied、ieq分别为的d、q轴分量；第四、五行为upfc串联侧的电流环状态方程，为upfc串联侧vsc电流相量，ibd、ibq分别为的d、q轴分量；ω0为系统同步角频率；xb、xe分别为upfc串、并联侧变压器等值电抗；cdc为upfc电容参数，vdc为upfc直流电容电压，并联vsc的有功交换pe＝vedied+veqieq，串联vsc的有功交换pb＝vbdibd+vbqibq；v1d、v1q分别为upfc关联节点电压相量的d、q轴分量；v2d、v2q分别为upfc关联节点电压相量的d、q轴分量；2)建立upfc响应方程式(2)中，δ为线性化算子；分别为式(1)中ied、ieq、ibd、ibq的参考指令值；v1为电压相量的幅值，p2和q2分别为upfc调节线路的有功和无功功率；变量s为复频率；kp11、ki11分别为pi外环控制器比例、积分参数，kp12、ki12分别为pi内环控制器比例、积分参数；kp21、ki21、kp22、ki22、kp31、ki31、kp32、ki32、kp41、ki41、kp42、ki42为对应pi控制器系数；ged(s)、geq(s)为并联电流内环控制的传递函数；gbd(s)、gbq(s)为串联电流内环控制的传递函数；ged(s)＝geq(s)＝gbd(s)＝gbq(s)＝1；并联vsc-e注入节点1的有功功率p1和无功功率q1有：p1+jq1＝(v1d+jv1q)(ied-jieq)＝v1died-jv1dieq(3)串联vsc-b注入节点2的有功p2和无功q2有：p2+jq2＝(v2d+jv2q)(ibd-jibq)＝(v2dibd+v2qibq)+j(v2qibd-v2dibq)(4)对式(3)、(4)线性化，将式(2)代入，整理得：式(5)中，θ为电压的相角；3)计算各响应函数判别upfc装置向电力系统呈现出类机电暂态惯性强弱；表示为有功p1偏差与电压幅值v1偏差的比值；表示为无功q1偏差与电压幅值v1偏差的比值；表示为有功p2偏差与电压幅值v2偏差的比值；表示为有功p2偏差与电压相角θ偏差的比值；表示为无功q2偏差与电压幅值v2偏差的比值；表示为无功q2偏差与电压相角θ偏差的比值；有：式中，下标带0的各变量表示各相关量的稳态初值。本发明的有益效果为：具体的给出了upfc向电力系统呈现出类机电暂态惯性强弱的判别指标，从而为upfc接入对于系统的动态影响提供了技术指导。附图说明图1是本发明的方法流程图。图2是本发明的统一潮流控制器upfc的结构示意图。图3是本发明的upfc并联侧控制策略图。图4是本发明的upfc串联侧控制策略图。图5是本发明的装有upfc的简单四机两区域电力系统结构示意图。具体实施方式本发明提出了一种upfc接入对于系统惯性响应强弱的判别方法，如图1所示，包括如下步骤：1)建立upfc状态方程upfc结构图如图2所示。式(1)中第二、三行与第四、五行分别为upfc并联、串联侧的电流环状态方程，为upfc并联侧vsc电流相量，ied、ieq分别为的d、q轴分量；为upfc串联侧vsc电流相量，ibd、ibq分别为的d、q轴分量；ω0为系统同步角频率；xb、xe分别为upfc串、并联侧变压器等值电抗。式(1)中第一行中，cdc为upfc电容参数，vdc为upfc直流电容电压，pe＝vedied+veqieq为并联vsc的有功交换，pb＝vbdibd+vbqibq为串联vsc的有功交换；v1d、v1q分别为upfc关联节点电压相量的d、q轴分量；v2d、v2q分别为upfc关联节点电压相量的d、q轴分量。upfc控制策略如图3和图4所示，并联d轴分量控制直流电容电压，q轴分量控制交流节点1的电压幅值；串联d轴分量控制upfc所在线路无功功率，q轴分量控制upfc所在线路有功功率。2)建立upfc响应方程依据式(1)和图3和图4的upfc控制策略，可建立upfc电流响应方程(2)式(2)中，δ为线性化算子；分别为式(1)中ied、ieq、ibd、ibq的参考指令值；v1为电压相量的幅值，p2和q2分别为upfc调节线路的有功和无功功率；变量s称作“复频率”。kp11、ki11分别为图2中pi外环控制器比例、积分参数，kp12、ki12分别为图2中pi内环控制器比例、积分参数；同理，kp21、ki21、kp22、ki22、kp31、ki31、kp32、ki32、kp41、ki41、kp42、ki42为对应pi控制器系数。ged(s)、geq(s)和gbd(s)、gbq(s)分别为图2和图3中并联、串联电流内环控制的传递函数。机电振荡可忽略电流内环特性，即(2)中：ged(s)＝geq(s)＝gbd(s)＝gbq(s)＝1由图2得，并联vsc-e注入节点1的有功功率p1和无功功率q1有：p1+jq1＝(v1d+jv1q)(ied-jieq)＝v1died-jv1dieq(3)串联vsc-b注入节点2的有功p2和无功q2有：p2+jq2＝(v2d+jv2q)(ibd-jibq)＝(v2dibd+v2qibq)+j(v2qibd-v2dibq)(4)对式(3)、(4)线性化，将(2)代入，整理可得：式(6)中，θ为电压的相角；表示为有功p1偏差与电压幅值v1偏差的比值；表示为无功q1偏差与电压幅值v1偏差的比值；表示为有功p2偏差与电压幅值v2偏差的比值；表示为有功p2偏差与电压相角θ偏差的比值；表示为无功q2偏差与电压幅值v2偏差的比值；表示为无功q2偏差与电压相角θ偏差的比值。有：式中，下标0表示各相关量的稳态初值。1)收集数据：收集系统发电机内部数据、励磁系统数据；系统线路、节点参数；upfc主要数据。如图5所示，为装有upfc的四机两区域电力系统。稳态时，发电机1～4的输出功率均为900mw；母线7和9的负荷为967mw和1767mw；upfc的参数为：cdc＝1，vdc0＝1，xe＝0.01，xb＝0.01，kp11＝1、ki11＝10，kp21＝1、ki21＝20，kp31＝kp41＝-0.25、ki31＝ki41＝2.5；发电机、输电线路详细参数分别见表1和表2：表1四机两区系统的发电机参数发电机tjxdxqx'dt′d0dkatag1131.81.70.380200.5g2131.81.70.380200.5g312.351.81.70.380200.5g412.351.81.70.380200.5tj表示为发电机转子惯性常数；d表示为发电机阻尼系数；xd、xq分别表示为发电机直轴、交轴电抗；x'd表示为发电机直轴暂态电抗；td'0表示为发电机励磁绕组本身时间常数；ka、ta分别表示为励磁调节器的增益和时间常数表2四机两区系统的线路参数起始节点终止节点线路电阻线路电抗线路电纳b1b500.01670b2b600.01670b3b1100.01670b4b1000.01670b5b60.00250.0250.0438b6b70.0010.010.0175b7b80.0110.110.1925b7b80.0110.110.1925b8b1200.0330b13b900.0770b8b90.0110.110.1925b9b100.0010.010.0175b10b110.00250.0250.04382)进行全系统潮流计算。潮流计算结果见如表3所示，表3稳态运行情况下的系统潮流——节点电压及功率注：upfc关联节点12和13，等效为pq节点3)依据潮流计算结果，upfc各相关电气量稳态初值计算结果如下为：v10＝0.9036，v20＝0.9787，θ0＝-0.4514，ied0＝-0.1690，ieq0＝0.0315，ibd0＝2.0445，ibq0＝-0.0792，vdc0＝1.04)选取目标振荡模态，依据公式(5)计算各响应函数，判别upfc装置向电力系统呈现出类机电暂态惯性强弱。四机电力系统存在三个机电振荡模态：其中第一个模态为局部振荡模态(g1-g2)；第二个模态为局部振荡模态(g3-g4)；第三个模态为区域振荡模态(g1g2-g3g4)。选定区域间模态λ3，对区域模态的振荡进行分析；针对区域间模态λ3，根据式(6)计算频率响应函数，计算结果列于表4。表4频率响应函数计算结果由表4可知，upfc并联控制器频率响应的数量级小于串联控制器频率响应，表明：upfc并联控制环节向电力系统呈现出类机电弱惯性，串联控制环节向电力系统呈现出类机电强惯性。当前第1页12