近区密集火电多直流外送系统次同步振荡的分析方法
【专利摘要】一种近区密集火电多直流外送系统次同步振荡的分析方法，包含有以下步骤：步骤1、获取近区密集火电多直流外送系统的静态参数；步骤2、利用所述静态参数，筛选出存在次同步振荡风险的机组，作为待研究机组；步骤3、构建网络部分的复频域方程和每个所述待研究机组的发电机电磁部分的复频域模型；步骤4、根据所述复频域方程和所述复频域模型计算出每个所述待研究机组的复转矩系数；步骤5、根据每个所述待研究机组的复转矩系数，分析出该待研究机组的存在次同步振荡风险的频率。无需进行复杂的拓扑分析生成网络常态树来确定网络的状态变量，无需按照严格的规则和正方向规定对支路和节点进行编号，可方便的生成网络部分状态空间，计算复杂度小。
【专利说明】近区密集火电多直流外送系统次同步振荡的分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明电力系统风险检测【技术领域】，尤其是近区密集火电多直流外送系统次同步 振荡的分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着"西电东送"的推进，大型火电基地经串联电容补偿线路、高压直流输电 (HVDC)的点对网输电已成为我国重要的输电模式。上述输电模式在提高系统输电能力的 同时，也可能会造成电力系统的次同步振荡。近年来，我国一些火电基地均不同程度发生了 次同步振荡问题，系统包括串联电容补偿或直流远距离输电工程且可能涉及临近的不同机 组和电厂，次同步振荡特性复杂，不能简单的用单机简化系统对其进行特性模拟和研究。因 此，需要对近区密集火电多直流外送系统的次同步振荡特性进行深入的分析和研究。特征 值分析法是研究次同步振荡问题的精确的数学方法。特征值分析法能够明确系统结构、参 数等因素对次同步振荡阻尼的影响；同时，结合控制理论，特征值分析法也可为次同步振荡 抑制措施控制器的设计提供理论基础和方法指导。但目前特征值分析的研究对象主要为单 机系统，复杂系统的SSO特征值分析还存在一定的困难。
[0003] 电力系统次同步振荡分析需计及网络元件的动态特性，，而实际电网中元件的接 线较为复杂，且网络独立状态变量的选取不易，造成复杂电网的网络部分状态空间建立十 分复杂。目前的研究主要建立在对网络进行良好的拓扑分析获得网络的常态树的基础上， 然后选取树枝电容电压和连枝电感电流为网络部分的状态变量，并按照严格的规则和正方 向规定对节点和支路进行编号排序形成网络基本割集和基本回路矩阵，最后，利用全网的 KCL(Kirchhoff's Circuit Laws)、KVL(KirchhofT's Voltage Laws)消去除状态变量和输 入、输出变量外的其他变量，得到网络部分的状态空间；由于复杂系统网络常态树的生成十 分复杂，且全网的KCL和KVL运算量大，因此，该方法应用于复杂系统的次同步振荡分析具 有一定的实现难度。此外，在系统网络结构变化时，上述方法需重新对网络变量进行排序， 重新建立模型网络元件的动态特性矩阵、KCL/KVL系数矩阵，计算复杂度高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一是提供一种近区密集火电多直流外送系统次同步振荡的分析 方法，以解决现有技术中机组的次同步振荡风险检测复杂的问题。
[0005] 在一些说明性实施例中，所述近区密集火电多直流外送系统次同步振荡的分析方 法，包括：
[0006] 步骤1、获取近区密集火电多直流外送系统的静态参数；
[0007] 步骤2、利用所述静态参数，筛选出存在次同步振荡风险的机组，作为待研究机 组；
[0008] 步骤3、构建网络部分的复频域方程和每个所述待研究机组的发电机电磁部分的 复频域模型；
[0009] 步骤4、根据所述复频域方程和所述复频域模型计算出每个所述待研究机组的复 转矩系数；
[0010] 步骤5、根据每个所述待研究机组的复转矩系数，分析出该待研究机组的存在次同 步振荡风险的频率。
[0011] 与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点：
[0012] 利用基于复频域端口等效导纳矩阵（CPCM)的复转矩系数法计算机组复转矩系 数，分析其次同步振荡阻尼特性。该方法无需进行复杂的拓扑分析生成网络常态树来确定 网络的状态变量，无需按照严格的规则和正方向规定对支路和节点进行编号，可方便的生 成网络部分状态空间，计算复杂度小；在网络结构发生变化时可快速的对网络部分状态空 间进行修改。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0014] 图1是按照本发明的说明性实施例的流程图；
[0015] 图2是按照本发明的说明性实施例的三相对称的R-L串联支路和C支路示意图；
[0016] 图3是本发明实施例中#1机组电气弹性系数和电气阻尼系数频域图；
[0017] 图4是本发明实施例中#1机组机械弹性系数和机械阻尼系数频域图；
[0018] 图5是本发明实施例中#1机组综合弹性系数和综合阻尼系数频域图；
[0019] 图6是本发明实施例中#2机组电气弹性系数和电气阻尼系数频域图；
[0020] 图7是本发明实施例中#2机组机械弹性系数和机械阻尼系数频域图；
[0021] 图8是本发明实施例中#2机组综合弹性系数和综合阻尼系数频域图。
【具体实施方式】
[0022] 在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是， 本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详 细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。
[0023] 为了更好的理解本发明中的说明性实施例，下面对本发明说明性实施例中的主要 思想进行简单说明。
[0024] 本发明通过对现有各种次同步振荡分析方法进行深入分析，在已有的调研基础 上，改进了复转矩系数法，配合机组作用系数法提出了一种新的近区密集火电多直流外送 系统次同步振荡分析方法。该方法无需进行复杂的拓扑分析生成网络常态树来确定网络的 状态变量，无需按照严格的规则和正方向规定对支路和节点进行编号，可方便的生成网络 部分状态空间，计算复杂度小；在网络结构发生变化时可快速的对网络部分状态空间进行 修改。该方法采用分散消元的方式来克服的"维数灾"问题，且节点分析的方法可方便的建 立全系统的复频域模型，因此较适于进行多机电力系统的次同步振荡分析方法采用分散消 元的方式来克服的"维数灾"问题，且节点分析的方法可方便的建立全系统的复频域模型， 因此较适于进行多机电力系统的次同步振荡分析，并可以分析研究系统中SVC等具有发电 机转速反馈控制的SSO阻尼控制装置对机组轴系扭振特性的影响。该方法可为火电厂的系 统接入方案规划以及SSO抑制措施的设计提供指导和理论支撑，对我国火电基地与直流输 电系统的规划建设具有重要意义。
[0025] 在一些说明性实施例中，公式中所使用的符号A、B、E、F、G、H、M均为推导过程中用 到的系数矩阵参数，并没有具体意义。
[0026] 如图1，公开了一种近区密集火电多直流外送系统次同步振荡的分析方法，其特征 在于，包含有以下步骤：
[0027] 步骤1、获取近区密集火电多直流外送系统的静态参数；
[0028] 步骤2、利用所述静态参数，筛选出存在次同步振荡风险的机组，作为待研究机 组；
[0029] 步骤3、构建网络部分的复频域方程和每个所述待研究机组的发电机电磁部分的 复频域模型；
[0030] 步骤4、根据所述复频域方程和所述复频域模型计算出每个所述待研究机组的复 转矩系数；
[0031] 步骤5、根据每个所述待研究机组的复转矩系数，分析出该待研究机组的存在次同 步振荡风险的频率。
[0032] 在一些说明性实施例中，所述步骤1中获取到的所述静态参数至少包括：近区密 集火电多直流外送系统的线路参数、机组参数以及控制参数。
[0033] 在一些说明性实施例中，所述步骤2中采用机组作用系数法筛选出存在次同步振 荡风险的机组。
[0034] 在一些说明性实施例中，所述采用机组作用系数法筛选出存在次同步振荡风险的 机组，具体包括：
[0035] 1)、利用如下公式计算出每个机组的机组作用系数；
【权利要求】
1. 一种近区密集火电多直流外送系统次同步振荡的分析方法，其特征在于，包含有以 下步骤： 步骤1、获取近区密集火电多直流外送系统的静态参数； 步骤2、利用所述静态参数，筛选出存在次同步振荡风险的机组，作为待研究机组； 步骤3、构建网络部分的复频域方程和每个所述待研究机组的发电机电磁部分的复频 域模型； 步骤4、根据所述复频域方程和所述复频域模型计算出每个所述待研究机组的复转矩 系数； 步骤5、根据每个所述待研究机组的复转矩系数，分析出该待研究机组的存在次同步振 荡风险的频率。
2. 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤1中获取到的所述静态参数 至少包括：近区密集火电多直流外送系统的线路参数、机组参数以及控制参数。
3. 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤2中采用机组作用系数法筛 选出存在次同步振荡风险的机组，具体包括： 1) 、利用如下公式计算出每个机组的机组作用系数；
其中，Shvd。为高压直流输电的额定容量，Si为发电机组的额定容量，SCi为不计机组i影 响时整流站交流母线的短路容量，SCs为计算机组i影响时整流站交流母线的短路容量； 2) 、当WFiX). 1时，判定第i个机组为存在次同步振荡风险的机组。
4. 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤3中构建网络部分的复频域 方程的过程，具体包括： 构建系统等值网络及所述系统等值网络中的每个网络元件的复频域端口等效导纳矩 阵； 利用网络元件的复频域端口等效导纳矩阵，采用节点分析法构建网络部分的复频域方 程： I = Yrlc (S) U 其中，I为支路的线性化电流矩阵，U为支路的线性化电压矩阵，Y1^(S)为支路的等效 矩阵。
5. 根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，构建每个网络元件的复频域端口等 效导纳矩阵，具体包括： 建立在xy同步坐标系下的动态方程：
其中，I = [Aix Aiy]T，U= [Aux Auy]T，A表示变量相对于其稳态值的微变量，X1 为网络元件电抗，X。为网络元件电容，r为网络元件电阻，S为拉普拉斯算子。
6. 根据权利要求5所述的分析方法，其特征在于，构建每个所述待研究机组的发电机 电磁部分的复频域模型，具体包括： 1) 、将所述建立在xy同步坐标系下的动态方程线性转换为在同步发电机dq坐标系下 的动态方程； 其中，所述转换的关系如下：
其中，变量X可为发电机机端电压u或电流i，下标"O "表示变量的稳态值； 2) 、根据在同步发电机dq坐标系下的动态方程构建每个所述待研究机组的发电机电 磁部分的线性化状态空间：
其中，Xe= [Aid Aiq Aif AiD Ai0 Aig]T为发电机定子/转子绕组电流矩阵，Uc = [A Ud A uq]T为发电机的机端电压矩阵；Ztj为除Xtj外发电机电磁部分的状态变量矩阵； 3) 、根据每个所述待研究机组的发电机电磁部分的线性化状态空间获得每个待研究机 组的发电机电磁部分的复频域模型： Gg(S)Xg = Hg (s) UG+MG(s) A c〇G。
7. 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤4中计算出每个所述待研究 机组的复转矩系数的过程，包括： 1) 、利用每个待研究机组的复频域模型，得到该待研究机组的第一电磁转矩： -ATe = KM(s) A 6 G 其中，Km(S)为该机组的机械复转矩系数，s为拉普拉斯算子； 2) 、利用所述网络部分的复频域方程，得到第二电磁转矩： ATe = KE(s) A 6 G 其中，Ke(S)为该机组的电气复转矩系数； 3) 、令s = j w，则得到该待研究机组在〇频率下的复转矩系数： Km(CO) = Km(?)+j?Dm(c〇) Ke(CO) = Ke(?)+jc〇De(c〇) 其中，Km(?)和Dm(?)分别为该待研究机组在《频率下的机械弹性系数和机械阻尼 系数，Ke(?)和比（《)分别为该待研究机组在《频率下的电气弹性系数和电气阻尼系数。
8. 根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤5中所述分析出该待研究机 组的存在次同步振荡风险的频率的过程，包括： 找到满足公式Km(?) +Ke (?) = 0的频率《 ; 当存在A (叫+ A (叫< GA, 时，判定该待研究机组在《频率下存在次同步振荡 风险。
【文档编号】G06F19/00GK104331620SQ201410607929
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】田蓓, 张爽, 孙海顺, 公正, 焦龙, 梁剑, 江桂芬, 顾雨嘉 申请人:国网宁夏电力公司电力科学研究院, 华中科技大学, 国家电网公司