一种电力系统的次同步振荡评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统评估方法，尤其涉及一种包含统一潮流控制器（Unified PlowFlowController,简称UPFC)的电力系统的次同步振荡评估方法，属于电力系统规划 和运行技术领域。
【背景技术】
[0002] 现代电力系统对电力的安全性、可靠性、经济性提出了越来越高的要求，串联电容 补偿技术和柔性交流输电（FACTS)技术是解决上述问题的有效措施之一，但在产生巨大经 济效益的同时，也给电力系统安全稳定运行带来一些问题，电力系统次同步振荡SS0就是 其问题之一。次同步振荡属于系统的振荡失稳，它是由电力系统中一种特殊的机电耦合作 用引起的，其最大的危害是，严重的机电耦合作用可能直接导致大型汽轮发电机组转子轴 系的严重破坏，造成重大事故，危及电力系统的安全运行。
[0003] 1991年美国西屋科技中心的博士Gyugyi.L首先提出了统一潮流控制器的概念， UPFC是FACTS家族中最复杂也是最有吸引力的一种补偿器，它综合了许多器件的灵活控制 手段，被认为是最有创造性，且功能最强大的元件，它的成功运行被称作FACTS技术发展的 重要里程碑，因而受到了产业界和学术界的普遍重视。传统的元件功能都是单一的，就需要 在该处设置几种装置，增大了安装、调试工作量，同时设备的投资也相当可观。UPFC的基本 思想正是用一种统一的晶闸管控制装置，仅仅通过控制规律的变化就能分别或同时实现并 联补偿、串联补偿、移相等几种不同功能。UPFC是第三代元件，也是最有力、最全面的晶闸管 控制装置，它是由并联补偿的静止同步补偿器（STATC0M)和串联补偿的静止同步串联补偿 器（SSSC)相结合组成的新型潮流控制装置，其功能是将一个由换流器产生的幅值和相角 均可以连续变化的交流电压串联加在输电线相电压上，从而实现线路有功、无功功率的准 确调节，并可以提高输送能力以及阻尼系统振荡。
[0004] 鉴于UPFC具有较强的改变线路潮流能力，投入后将对电力系统运行状态带来较 大影响，有必要在规划和运行时评估其对电力系统的影响程度。然而目前并未有关于UPFC 如何影响电力系统次同步振荡的研究成果被公开，因此亟需对包含统一潮流控制器的电力 系统的次同步振荡行为进行研究，从UPFC元件模型、分析电力系统次同步谐振频率和评估 UPFC参数变化对次同步振荡影响等方面进行模型建立及评估，以对电力系统的规划运行提 供指导。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电力系统的次同步振 荡评估方法，能够对包含UPFC的电力系统的次同步振荡行为进行准确的评估预测。
[0006] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0007] 一种电力系统的次同步振荡评估方法，所述电力系统包含统一潮流控制器UPFC; 利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行评估；所述发电机到UPFC的 等效模型具体按照以下方法构建：
[0008] 步骤1、建立UPFC次同步振荡研究等效模型；
[0009] 步骤2、根据网架结构及发电机、UPFC安装情况，对电力系统进行化简，建立发电 机到UPFC的等效模型，具体如下：
[0010] ⑴以UPFC为中心，寻找与UPFC之间的主干网架电压等级的变电站的数量不多于 两个的发电机组；
[0011] (2)以UPFC和⑴中得到的发电机组为中心，向外保留距离一个主干网架电压等 级的变电站区域，确定电力系统的等值边界；
[0012] (3)基于（2)得到的电力系统等值范围，计算系统各支路的等效阻抗；
[0013] (4)基于等效前系统的稳定运行状态和潮流，结合边界点的等效阻抗，确定外网等 值成电源或者负荷，并确定该电源或负荷的参数。
[0014] 优选地，所述建立UPFC次同步振荡研究等效模型，具体如下：设UPFC并联点电压 为馬!；.，电流为从并联点流入并联换流器，串联侧电压为电流为.?从串联换流器流向 串联侧，直流电容电压为vd。;将矢量分解到系统xy坐标系下，得到以下UPFC次同步振荡研 究等效模型：
[0018] 式中，ω为发电机转速，rE、1E分别为UPFC并联侧的等效电阻和电抗，rB、1B分别 为UPFC串联侧的等效电阻和电抗，mE、δ汾别为UPFC并联侧换流器的幅值调制比率和相 位角，mB、δB分别为UPFC串联侧换流器的幅值调制比率和相位角，p为微分算子。
[0019] 进一步地，所述利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行评 估，包括根据所述发电机到UPFC的等效模型，计算系统在次同步频率下的等效阻抗，并分 析系统的电气谐振频率，具体如下：
[0020] (1)将UPFC并联侧用一大小为mEvd。⑶8δΕ的可控电流源表示，并经阻抗为 rE+jω1Ε的线路接入并联点；将UPFC串联侧等效为串入一大小为mBvd。sinδΒ的可控电压 源和一条阻抗为rB+jω18的线路；
[0021] (2)确定待研发电机组，将其它非待研机组表示为电压源和次暂态电抗串联的形 式；对于待研发电机组，计算其内电路阻抗Ζ,，公式如下：
[0022]
[0023] 式中，，ra为发电机组定子电阻，U为发电机组次暂态电抗，分 别为发电机组的d轴和q轴的有效转子电阻；
[0024] (3)计算电力系统在次同步频率ω下的等值阻抗R^oO+jX^co)，令等值电抗 Xeq(w) = 〇,计算系统的谐振频率《er，此《er即为次同步振荡频率。
[0025] 更进一步地，所述利用发电机到UPFC的等效模型对电力系统的次同步振荡进行 评估，还包括：设定不同的UPFC并联节点电压幅值、UPFC串联侧传输有功功率和无功功率， 运用测试信号法计算电力系统电气阻尼的变化，根据电气阻尼值大小评估电力系统是否会 发生次同步振荡及其强弱。
[0026] 相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0027] 本发明针对包含UPFC的电力系统，利用UPFC次同步振荡研究等效模型以及系统 其余部分的等效简化，构建了发电机到UPFC的等效模型，可对系统的次同步振荡行为进行 准确的模拟预测；本发明可在考虑UPFC并联侧电压控制和串联侧潮流控制情况下，评估电 力系统是否会发生次同步振荡以及次同步振荡强弱，可有效分析统一潮流控制器对于次同 步振荡的影响程度，对实际电网的规划和运行有着重要的实际意义。
【附图说明】
[0028] 图1为UPFC的结构示意图；
[0029] 图2为本发明所使用的UPFC的等效注入模型。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
[0031] 为了便于公众理解，下面以一个优选实施例来对本发明技术方案进行详细说明。
[0032] 本发明实施例中的次同步振荡评估方法，包括以下步骤：
[0033] 步骤1、建立UPFC次同步振荡研究等效模型。
[0034] 要对包含UPFC的电力系统的次同步振荡进行研究分析，首先要构建合理的UPFC 次同步振荡研究等效模型。UPFC的基本结构如图1所示。设UPFC并联点电压为，电流 为右从并联点流入并联换流器，一般用阻抗ZE=rE+jω1￡等值并联变压器的阻抗及对应 的换流器功率损耗。根据电路原理，可得并联侧模型为：
[0035]
[0036] 由于次同步振荡需要计及电磁暂态过程，将上式中的电流&写成微分形式，并分 解到系统xy坐标系下：
[0037]
[0038] 式中，ω为发电机转速，mE、δE分别为UPFC并联侧换流