基于安全域的含双馈风机电力系统暂态稳定性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统稳定性领域，尤其涉及一种电力系统暂态稳定性分析方法。
【背景技术】
[0002] 现代大型风电场普遍采用双馈风机（DoubleFedInductionGenerator,DFIG)等 变速恒频机组，以提高风电场的效率与可控性。DFIG具有控制方式灵活、变频装置容量小、 转速调节范围广、效率高等优点，但其动态特性与传统的同步电机相比具有较大的差异。
[0003] 随着风电渗透率的增加，大量双馈风电场的接入对电力系统稳定性的影响已不容 忽视。截止到目前，国内外学者已开展了大量有关含DFIG电力系统稳定性的研究。然而，现 有文献在研究DFIG对电力系统稳定性的影响时，多采用时域仿真方法，该方法属于"逐点 法"的范畴，即对既定的事故前功率注入和既定的事故进行仿真等以判断其稳定性，所得结 论与系统的运行状态（即调度方案，也就是发电出力与负荷等节点注入功率）密切相关；在 系统状态发生变化时，往往需要重新进行仿真计算，并且无法给出系统的整体稳定性测度。 风电场出力具有波动性与不确定性，使得系统的运行状态更加复杂多变，因此，在含风电电 力系统的安全性分析中，"逐点法"的上述缺陷更加凸显。
[0004] 与"逐点法"相比，近年来发展迅速的安全域（SecurityRegion，SR)方法可以有 效克服"逐点法"的缺陷。SR与系统的网络一一对应的，不依赖于系统的运行状态；在计算 出SR的边界后，就可以通过判断系统当前的注入是否位于SR内来进行相关安全性校验。同 时，SR可以给出当前运行点在域中的相对位置，以表征系统整体的安全稳定裕度。
[0005] 近年来，对动态安全域（DynamicSecurityRegion，DSR)及其相关应用已进行了 大量的研究。研究表明，采用拟合法求取DSR的边界，并经过大量计算，发现在工程关心的 范围内，DSR的边界可以用一个或多个超平面进行拟合，并把由超平面边界表示的动态安全 域称为实用动态安全域（PracticalDynamicSecurityRegion，PDSR)，当前，PDSR已成功 应用于电力系统的多个方面，如安全监视、安全成本优化、紧急控制和电力系统概率安全评 估等。但以往有关DSR的研究中，均未考虑DFIG的影响。DFIG的接入会对电力系统DSR带 来哪些影响，其边界还能否用超平面近似拟合等问题有待于研究。
【发明内容】
[0006] 本发明研究的为注入空间上保证事故后电力系统暂态稳定的DSR，提出了一种基 于安全域的含双馈风机电力系统暂态稳定性分析方法，经过大量仿真计算发现，DFIG接入 后，注入功率空间上DSR的边界仍可以用超平面进行拟合，并通过时域仿真验证了计算所 得DSR边界的准确性。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于安全域的含双馈风机电力系统暂 态稳定性分析方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一、由实际电力系统数据，基于同步发电机、双馈风机和负荷动态模型，确定 电力系统的故障线路LF、故障切除时间t。、安全域边界临界稳定点搜过过程的收敛步长d。、 扩展临界点搜索扰动步长d」所述同步发电机忽略阻尼绕组的双轴模型，其中所述负荷动 态模型中所有负荷均为恒功率负荷；
[0009] 步骤二、设定场景CaseA和CaseB，其中，CaseA是不接入双馈风机的电力系统； CaseB是将双馈风机接入到上述CaseA电力系统的母线上，并以此替换该母线上的同步发 电机；
[0010] 步骤三、根据CaseA对应的电力系统的同步发电机模型、负荷动态模型和网络拓 扑数据，确定该电力系统安全域的参数空间，搜索该电力系统的临界点并拟合相应的动态 安全域边界；
[0011] 根据CaseB对应的电力系统的同步发电机模型、双馈风机模型、负荷动态模型和 网络拓扑数据，确定该电力系统安全域的参数空间，搜索该电力系统的临界点并拟合相应 的动态安全域边界；
[0012] 步骤四、在计算动态安全域条件相同的基础上，通过对CaseA与CaseB的动态安 全域进行对比分析得出接入双馈风机后电力系统的动态安全域有所扩大；
[0013] 步骤五、通过研究接入双馈风机后电力系统的动态安全域产生变化的原因，分析 双馈风机接入后对电力系统暂态稳定性的影响，从而得出接入双馈风机可以提高电力系统 的暂态稳定性。
[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0015] 当前，在研究含DFIG电力系统的暂态稳定问题时多采用时域仿真法，该时域仿真 法属于"逐点法"的范畴，一旦系统运行方式发生变化时，需要重新进行计算；并且难以给出 系统整体的稳定性测度。DSR方法可以有效克服"逐点法"的上述缺陷，但以往有关DSR的 研究中未考虑DFIG的影响。有关含双馈风机电力系统动态安全域的计算方法与域边界的 超平面拟合方法为电力系统研究人员从系统整体上分析双馈风机接入对电力系统暂态稳 定性的影响，以及大量双馈风电场并网后，电力系统的安全监视与评估提供了有效的工具。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明基于安全域的含双馈风机电力系统暂态稳定性分析方法流程图；
[0017]图2是本发明中实施例新英格兰10机39节点系统接线图；
[0018] 图3是本发明是图2所示系统三维空间上的DSR;
[0019] 图4是本发明是图3所示DSR边界的验证（其中，设定有8个运行点）；
[0020] 图5是本发明是CaseA和CaseB的DSR边界对比；
[0021] 图6是实施例中同步机G37与DFIG的有功出力曲线；
[0022] 图7是实施例中母线37电压幅值曲线；
[0023] 图8是实施例中同步机G37与DFIG的无功出力曲线；
[0024] 图9-1至图9-8分别是图4中所示1至8运行点的暂态仿真的功角摇摆曲线。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体 实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
[0026] 本发明一种基于安全域的含双馈风机电力系统暂态稳定性分析方法，其实施流程 图如图1所示，包括以下步骤：
[0027] 步骤一：由实际电力系统数据，基于同步发电机、双馈风机和负荷动态模型，确定 电力系统的故障线路LF、故障切除时间t。、安全域边界临界稳定点搜过过程的收敛步长d。、 扩展临界点搜索扰动步长d」所述同步发电机忽略阻尼绕组的双轴模型，其中所述负荷动 态模型中所有负荷均为恒功率负荷。
[0028] 本发明以新英格兰10机39节点系统为例，如图2所示。本发明中采用的同步发 电机模型为忽略阻尼绕组的双轴模型，励磁器为IEEE-I型励磁系统；采用DFIG模型与典型 参数；所有负荷均为恒功率负荷。预想事故为母线3到母线4线路发生三相短路故障，故障 持续时间为〇.Is。
[0029] 步骤二：为了研究双馈风机对电力系统暂态稳定性的影响，考虑以下两种场景： 场景CaseA和CaseB，其中，CaseA是不接入双馈风机的电力系统；CaseB是将双馈风机 接入到实施例的CaseA电力系统的母线37上，并以此替换原系统中的同步发电机G37，
[0030] 步骤三：根据当前电力系统元件模型参数和网络拓扑数据确定系统的控制参数空 间，搜索系统的临界点并拟合相应的动态安全域边界。包括：根据CaseA对应的电力系统 的同步发电机模型、负荷动态模型和网络拓扑数据，确定该电力系统安全域的参数空间，搜 索该电力系统的临界