评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法与流程

本发明属于电力系统分析技术领域，具体涉及一种评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法。

背景技术：

近年来，国内发生了多起振荡频率低于传统低频振荡频率的振荡事件，经过大量研究，该振荡为一次调频过程中出现的电力系统小扰动稳定问题，并且为全系统频率整体同调振荡，应称为频率振荡。国内目前防止频率振荡的主要手段是优化调速器参数，提高原动系统阻尼。实际上，电力系统无功电压控制环节也会对频率振荡产生影响，比较典型的是发电机励磁和无功补偿装置，选择合适无功补偿装置增加附加阻尼控制可以提高频率振荡模式的阻尼，可为频率振荡的抑制提供一种新的方案。若使用无功补偿装置增加附加阻尼控制提高频率振荡阻尼，需选择对频率振荡影响更大的无功补偿装置，因此，需要一种方法评估在多机系统中并联型无功补偿装置对频率振荡阻尼的影响大小，选择影响更大的并联型无功补偿装置进行调整可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法，若使用并联型无功补偿装置附加阻尼控制提高频率振荡阻尼，可以通过仿真计算得到多机系统中各无功补偿装置对频率振荡的影响大小，从而选择影响更大的无功补偿装置进行阻尼控制可以更有效的提高频率振荡的阻尼。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法，包括如下步骤：

a：系统中存在多个并联型无功补偿装置，分别处于不同位置；建立电力系统潮流方程，并联型无功补偿装置所在节点为pq节点，负荷节点考虑负荷电压特性；

b：设置节点i注入无功功率为qi，解潮流方程并计算得到各节点负荷有功plj；其中，i＝1,2,…,n，n为连接无功补偿装置的节点总数；

c：设置并联型无功补偿装置所在节点i的注入无功功率为qi+δqi，再次解潮流方程获得各节点负荷有功p′lj；其中，δqi为节点i无功功率的一个小增量；

d：最后计算m为负荷节点总数量。

得到ksli用来表征并联型无功补偿装置对频率振荡模式影响的大小，ksli越大的无功补偿装置，其无功功率变化对频率振荡的影响越大。

进一步，优选的是，δqi为qi的1％～5％。

本发明第二方面提供一种选择最优的用于频率振荡的附加阻尼控制的并联型无功补偿装置方法，采用上述评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法，选择ksli最大的无功补偿装置对频率振荡进行附加阻尼控制。

本发明第三方面提供并联型动态无功补偿装置对频率振荡的附加阻尼控制方法，采用上述评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法，选择ksli最大的无功补偿装置对频率振荡进行附加阻尼控制，具体包括如下步骤：

a：获取系统侧频率偏差δf，以此作为并联型动态无功补偿装置附加控制环节的输入信号；

b：在并联型动态无功补偿装置的无功控制环节增加附加控制ksδf，ks为附加阻尼控制的比例系数。

进一步，优选的是，ks取值范围为[0,50]。

本发明步骤a中，并联型无功补偿装置所在节点为pq节点，其目的是pq节点才能设置节点的注入无功功率。负荷节点考虑负荷电压特性，即负荷的有功功率会随着负荷电压的改变而改变。

本发明的原理：根据阻尼转矩法的概念，频率振荡中，影响其振荡阻尼的关键是频率偏差和功率偏差之前的相位关系。在无功补偿装置的无功控制环节中增加以频率偏差δf为输入的附加阻尼控制环节，在负荷具有电压调节效应的系统中，频率偏差δf和电磁功率δpe的关系如图2所示。其中，gq(s)是附加阻尼控制输入δf与输出无功功率δqi的传递函数，受ks影响；kq2为与潮流方程相关的常数；kq3反映负荷电压调节效应系数；△pl为负荷的有功功率偏差，△ul为负荷电压偏差。

评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响大小时，主要关注系数kq2和kq3的大小。并联型无功补偿装置节点i注入无功功率和系统总有功负荷之间的灵敏度为其中，δplj为负荷节点j的功率偏差，δqi为节点i的无功功率偏差，可以通过ksli评估并联型无功补偿装置对频率振荡阻尼的影响大小。ksli越大的无功补偿装置影响越大，在该无功补偿装置增加阻尼控制可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明的多机系统中评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法，利用无功补偿装置所在节点i的注入无功功率为qi和qi+δqi时潮流计算得到的负荷有功进行计算，得到能表征该无功补偿装置对频率振荡阻尼影响大小的值，该值越大，则说明无功补偿装置对频率振荡模式的影响越大。

本发明方法在使用无功补偿装置附加阻尼控制提高频率振荡阻尼时，提供了一种评估各无功补偿装置对频率振荡影响大小的方法，从而可以选择对频率振荡影响更大的无功补偿装置，可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。

附图说明

图1是本发明所述评估多机系统中并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法流程图；

图2是系统频率偏差与负荷功率偏差关系图；

图3为带有statcom的新英格兰10机39节点系统结构图；其中，1-39为节点序号，g为发电机，statcom为无功补偿装置；

图4为statcom控制模型；其中，v为statcom节点电压；vref为statcom节点参考电压；vscs为辅助信号；t1为滤波器和测量回路的时间常数；t2为第一级超前时间常数；t3为第一级滞后时间常数；t4为第二级超前时间常数；t5为第二级滞后时间常数；tp为比例环节时间常数；kp为比例环节放大倍数；ki为积分环节的放大倍数；ts为statcom响应延迟；kd为statcom的v-i特性曲线的斜率，必须大于或等于0；vmax为电压限幅环节的上限；vmin为电压限幅环节的下限；icmax为最大容性电流；ilmax为最大感性电流。

图5为频率振荡阻尼比随不同位置statcom参数变化的曲线；

图6为不同位置statcom的ks＝20时g1转速偏差时域仿真曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

一种评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法，包括如下步骤：

a：系统中存在多个并联型无功补偿装置，分别处于不同位置；建立电力系统潮流方程，并联型无功补偿装置所在节点为pq节点，负荷节点考虑负荷电压特性；

b：设置节点i注入无功功率为qi，解潮流方程并计算得到各节点负荷有功plj；其中，i＝1,2,…,n，n为连接无功补偿装置的节点总数；

c：设置并联型无功补偿装置所在节点i的注入无功功率为qi+δqi，再次解潮流方程获得各节点负荷有功p′lj；其中，δqi为节点i无功功率的一个小增量；

d：最后计算m为负荷节点总数量。

得到ksli用来表征并联型无功补偿装置对频率振荡模式影响的大小，ksli越大的无功补偿装置，其无功功率变化对频率振荡的影响越大。

优选，δqi为qi的1％～5％。

一种选择最优的用于频率振荡的附加阻尼控制的并联型无功补偿装置方法，采用上述评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法，具体为：选择ksli最大的无功补偿装置对频率振荡进行附加阻尼控制。

并联型动态无功补偿装置对频率振荡的附加阻尼控制方法，采用上述评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响的方法，选择ksli最大的无功补偿装置对频率振荡进行附加阻尼控制，具体包括如下步骤：

a：获取系统侧频率偏差δf，以此作为并联型动态无功补偿装置附加控制环节的输入信号；

b：在并联型动态无功补偿装置的无功控制环节增加附加控制ksδf，ks为附加阻尼控制的比例系数。

优选，ks取值范围为[0,50]。

本发明的评估不同位置并联型无功补偿装置对频率振荡影响大小的方法，通过电力系统潮流方程计算结果得到无功补偿装置对频率振荡阻尼的灵敏度ksli。所述方法在使用无功补偿装置附加阻尼控制提高频率振荡阻尼时，提供了一种评估各无功补偿装置对频率振荡影响大小的方法，从而可以选择对频率振荡影响更大的无功补偿装置，可以更有效的提高频率振荡的阻尼。

应用实例

下面在在新英格兰10机39节点系统中进行仿真验证，网络拓扑见图3，节点1～29为pq节点，系统中接有statcom，分别对节点7、节点15和节点26进行无功电压控制。

负荷模型为：

式中，pl0为负荷有功功率初值，u为负荷电压，u0为负荷电压初值，kz为负荷电压调节系数，kl为负荷频率效应系数，δf为频率偏差，kz＝0.4，kl＝1。

statcom控制模型见图4，其中vscs为辅助信号，增加附加阻尼控制vscs＝ksδf。

采用上述方法计算ksli，具体步骤为：

(1)建立电力系统潮流方程，并联型无功补偿装置所在节点为pq节点，考虑负荷模型

(2)初始情况下，节点7、节点15和节点26注入无功功率为q7＝0.84，q15＝1.53，q26＝0.17，解潮流方程并计算得到各节点负荷有功plj。

(3)给节点7、节点15和节点26注入无功功率增加一个小的无功功率偏差，即设置节点i的注入功率偏差δqi＝0.01，再次解潮流方程获得各节点负荷有功pl′j。

(4)最后计算

计算得到结算节点7、节点15和节点26的ksli分别为：0.1534、0.1711、0.1408。可知在此系统中，不同节点无功功率变化对频率振荡模式的影响大小为ksl15>ksl7>ksl26。

分别改变接入节点7、节点15和节点26的statcom参数ks大小，计算系统频率振荡的特征值，得到频率振荡模式阻尼比随ks变化的曲线如图5所示。结果表明，接入不同位置的statcom对频率振荡阻尼的影响大小排序为节点15>节点7>节点26，与ksli顺序完全一致。可看出频率振荡阻尼比与ks近似成线性关系，计算其斜率分别0.6931、0.8161、0.6570，比例关系为1.0000:1.1775:0.9480，与ksl7:ksl15:ksl26＝1.0000:1.1155:0.9179大致相同。

对系统进行时域仿真，设置ks＝20，得到发电机g1转速偏差时域仿真曲线如图6所示。曲线的大概前10s为机电振荡模式的体现，10s后为频率振荡模式的体现。由时域仿真结果可知，分别改变不同母线上的statcom参数，对频率振荡影响大小为节点15>节点7>节点26，与前文分析一致。因此，本方法提出的通过计算ksli评估不同节点的无功补偿设备对频率振荡的影响大小的方法有效，选择对频率振荡模式影响更大的无功补偿设备进行阻尼控制，则能更有效地抑制频率振荡。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。