一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法与流程

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法。

背景技术：

1、近年来，由于新能源的广泛接入，柔性直流/交流设备的应用，各设备间存在复杂的动态相互作用，导致系统中存在宽频振荡问题，严重威胁电力系统的安全稳定运行。其中，较为常见的宽频振荡问题包括火电机组次同步谐振问题。基于阻抗/导纳的分析方法已成为分析宽频振荡稳定性的主流方法。为了保证稳定性评估的精度，需要建立火电机组的精确阻抗/导纳模型。

2、然而，现有火电机组阻抗建模方法大多仅考虑火电机组电气部分的阻抗，即发电机阻抗模型，而忽略了火电机组机械轴系部分。这导致目前火电机组阻抗模型只能表示电气侧动态特性而不能表征机械部分动态特性，从而不能由此分析出火电机组次同步谐振情况。因此，有必要建立直驱风电机组机侧直流阻抗/导纳模型。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明公开提供了一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法。

2、本发明提供的技术方案是：一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法，包括如下步骤：

3、s1：建立火电机组运动方程和电磁方程；

4、s2：推导发电机电磁转矩；

5、s3：将电磁方程化简为状态空间方程的形式；

6、s4：联立状态空间形式电磁方程和火电机组运动方程得到频率耦合阻抗模型。

7、优选，所述步骤s1中具体包括：

8、进一步优选，所述步骤s1中具体包括：

9、列写火电机组运动方程如下，设阻尼d为0；

10、

11、

12、其中，δδ为轴系各质块相对于同步旋转参考轴的电气扭角的小信号量所构成的向量，δω为轴系各质块相对于同步旋转参考轴的电气转速的小信号量所构成的向量；m为各质块的惯性时间常数构成的对角矩阵；δt为质量块机械力矩构成的向量；i为单位矩阵；k为质量块之间的弹性系数构成的矩阵；s为拉普拉斯算子。

13、列写火电机组电磁方程如下：

14、

15、

16、

17、

18、其中，δud、δuq和δid、δiq分别为发电机端d轴与q轴电压和电流；δuf、δif为励磁电压和电流；id、ig、iq分别为三个阻尼绕组的电流；ra为定子电阻；rf为励磁绕组电阻；rd、rg、rq分别为三个阻尼绕组电阻；xd与xq分别为直轴与交轴同步电抗；xad与xaq分别为直轴与交轴电枢反应电抗；xf为励磁绕组电抗；xd、xg、xq分别为三个阻尼绕组电抗；ψd与ψq为d轴和q轴定子绕组的磁链；ψf为励磁磁链；ψd、ψg、ψq分别为三个阻尼绕组的磁链；ω0为同步发电机转子转速。

19、进一步优选，所述步骤s2中：

20、进一步优选，所述步骤s2中具体包括：

21、通过发电机组电磁转矩δte来实现火电机组运动方程和电磁方程的互联；

22、δte＝iq0δψd+ψd0δiq-id0δψq-ψq0δid    (7)

23、δte＝iq0(-xdδid+xadδif+xadδid)+ψd0δiq-id0(-xqδiq+xaqδig+xaqδiq)-ψq0δid   (8)

24、id0、iq0、ψd0、ψq0分别为发电机端d轴与q轴电流和磁链的初值；

25、经过化简得到：

26、

27、记为δte＝hδi。

28、进一步优选，所述步骤s3中具体包括：

29、消去电磁方程中的磁链向量，可得：

30、

31、

32、进一步，将微分量(带s)移动到方程左边：

33、

34、忽略励磁δuf＝0，化简得到如下状态空间方程的形式：

35、saδi＝bδi+cδudq+dδω   (13)

36、其中：

37、

38、

39、

40、

41、进一步优选，所述步骤s4中具体包括：

42、由于质量块1对应同步发电机转子轴段，仅考虑发电机转矩，因此δt1＝δte，δte为电磁转矩，即δt＝eδt，δω＝etδω，e＝[0 … 1 0]t；

43、结合(1)、(9)和(13)得到整体状态空间方程

44、

45、

46、推导得到火电机组dq轴阻抗模型为zdq；

47、zdq＝(cdq(si-adq)-1bdq)-1   (20)

48、其中：

49、

50、通过坐标变换，将旋转dq轴变换到静止abc坐标系，得到频率耦合阻抗模型zfc，进一步可基于该频率耦合阻抗模型和阻抗法，分析系统振荡稳定性。

51、

52、其中j为虚数符号。

53、本发明的有益效果是：

54、本发明通过首先建立火电机组运动方程和电磁方程，然后推导发电机电磁转矩，将电磁方程化简为状态空间方程的形式，最后联立状态空间形式电磁方程和火电机组运动方程得到考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗模型；

55、本发明不仅考虑了火电机组电气侧的动态特性，还考虑了其机械部分动态特性，保证了模型的准确性，为后续振荡分析提供可靠的模型基础。

技术特征：

1.一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法，其特征在于，所述步骤s1中具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法，其特征在于，所述步骤s2中具体包括：

4.根据权利要求1所述的一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法，其特征在于，所述步骤s3中具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法，其特征在于，所述步骤s4中具体包括：

技术总结
本发明提供了一种考虑轴系模型的火电机组频率耦合阻抗建模方法，包括如下步骤：S1：建立火电机组运动方程和电磁方程；S2：推导发电机电磁转矩；S3：将电磁方程化简为状态空间方程的形式；S4：联立状态空间形式电磁方程和火电机组运动方程得到频率耦合阻抗模型；本发明不仅考虑了火电机组电气侧的动态特性，还考虑了其机械部分动态特性，保证了模型的准确性，为后续振荡分析提供可靠的模型基础。

技术研发人员：李华,陆明璇,汪林光,邵宝珠,谢小荣,梁毅,董文凯,韩震焘,窦文雷,周沫,佟永吉,张晓天,方秋实,王子蕴,朱洪波,芦思晨,赵菁铭,商文颖,杨博,高嘉文
受保护的技术使用者：国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10