一种多机电力系统超低频振荡分析方法与流程

本发明涉及电力系统分析技术领域，更具体地，涉及一种多机电力系统超低频振荡分析方法。

背景技术：

目前，电力系统一次调频过程是一个动态过程，当出现小扰动不稳定时也会发生振荡，由于频率比低频振荡更低，称为超低频振荡。超低频振荡是一种与低频振荡在机理和表现上均不同的振荡问题，在稳定分类上，低频振荡属于功角稳定，而超低频振荡属于频率稳定问题。

实际电力系统是多机系统，包括调速、励磁、发电机、网络、负荷等大量复杂动态，在其中直接进行超低频振荡的分析较为困难，一方面在系统规模较大时计算复杂，另一方面无法直观得到各发电机参数对超低频振荡频率和阻尼的影响。本发明提供了一种单机等值方法，将复杂的原始多机系统等值为一个简化的单机单负荷系统，对该等值系统进行分析，即可获得原始系统超低频振荡的关键特征量。

技术实现要素：

本发明为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，提供多机电力系统超低频振荡分析方法，将多机系统的超低频振荡分析变得简化直观。

根据本发明的一个方面，提供一种多机电力系统超低频振荡分析方法，包括：

步骤1，将待分析原始多机电力系统等值为单机单负荷系统；

步骤2，对所述单机单负荷系统进行分析，获得原始电力系统超低频振荡特征量。

本申请提出一种多机电力系统超低频振荡分析方法，该方法将待分析原始多机电力系统等值为单机单负荷系统，对所述单机单负荷系统进行分析，获得原始电力系统超低频振荡特征量。本申请突破了现有多机系统中超低频振荡分析只能依靠全网复杂模型的局限，避免了系统维数较高时的计算复杂性，且可以直观有效地得到多机系统中超低频振荡频率和阻尼的关键影响因素，使得多机分析变得直观简化，有效提高了多机系统超低频振荡分析的可操作性。

附图说明

图1为根据本发明实施例一种多机电力系统超低频振荡分析方法的整体流程示意图；

图2为根据本发明实施例一种多机电力系统超低频振荡分析方法中等值系统的闭环传递函数示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一次调频过程超低频振荡中，所有发电机共同振荡，转速大小和相位相同，因此，各发电机的原动系统可以相互解耦，等值发电机的原动系统是各发电机原动系统传递函数之和，等值发电机的转动惯量表现为所有发电机的转动惯量之和。由于超低频振荡主要和系统各有功平衡过程相关，因此和发电机的模型、励磁系统模型、网络结构等都关系不大，这些因素都可以忽略。基于上述原则，多台发电机可等值为单机单负荷系统，在等值系统系统中进行分析，获得原始多机系统超低频振荡的特征量，降低分析复杂度。

如图1，本发明一个具体实施例中，示出一种多机电力系统超低频振荡分析方法整体流程图。总体上包括：步骤1，将待分析原始多机电力系统等值为单机单负荷系统；步骤2，对所述单机单负荷系统进行分析，获得原始电力系统超低频振荡特征量。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述步骤1还包括：基于待分析原始电力系统各发电机原动机传递函数和调速器传递函数，计算获得原始电力系统各发电机原动系统传递函数。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述步骤1还包括：基于所述待分析原始电力系统各发电机原动系统传递函数、各发电机转动惯量和原始系统负荷的总频率调节效应系数，计算获得所述等值系统的闭环传递函数。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述步骤1中原始电力系统各发电机原动系统传递函数为所述各发电机原动机传递函数和调速器传递函数的乘积。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述骤1还包括：

步骤11，将所述多机电力系统各发电机的原动系统传递函数相加得到等值发电机机原动系统传递函数，将所述多机电力系统各发电机的转动惯量相加得到等值发电机的转动惯量；

步骤12，基于所述等值发电机转动惯量和原系统负荷的总频率调节效应系数，计算得到等值发电机带负荷环节的传递函数；

步骤13，基于所述等值发电机原动系统传递函数和等值发电机带负荷环节的传递函数到等值系统的闭环传递函数。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述步骤12中原系统负荷的总频率调节效应系数能够为直接获得或将原系统中全部负荷的调节系数加和获得。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述步骤12还包括：

其中，为所述等值发电机带负荷环节的传递函数，T_J^eq为所述等值发电机的转动惯量，K_L为原系统负荷的总频率调节效应系数。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述步骤13还包括：

如图2所示，所述等值单机单负荷系统的传递函数框图为等值发电机原动系统传递函数等值发电机带负荷环节串联并带负反馈的形式。

其中，为所述等值系统的闭环传递函数，为所述等值发电机原动系统传递函数。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述步骤2还包括：对所述等值系统的闭环传递函数计算极点，获得原始电力系统超低频振荡特征量。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，所述原始电力系统超低频振荡特征量包括：振荡频率和/或阻尼比。

本发明另一个具体实施例中，一种多机电力系统超低频振荡分析方法，包括如下步骤。

获得原始电力系统中各台发电机的转动惯量T_J,i、原动机传递函数G_pm,i(s)和调速器传递函数G_gov,i(s)，并计算原动系统传递函数G_m,i(s)＝G_gov,i(s)G_pm,i(s)。

上述参数和传递函数属于发电机动态模型的基本组成部分，电力系统动态数据里都有。典型的，刚性水轮机模型为:

其中，T_W为水轮机水启动时间常数。

两缸汽轮机模型为:

其中，F_HP为高压缸输出功率比例，T_CH和T_RH分别为高压缸和再热器的时间常数。

PID型调速器的传递函数为:

其中，B_P为调速器的调差系数，K_P、K_I、K_D分别为比例、积分、微分环节的参数，T_G为伺服系统的时间常数。

确定原始系统负荷的总频率调节效应系数K_L，或将原始系统中全部负荷的调节效应系数加和得到K_L，原始系统总负荷偏差和频率偏差之间的关系为ΔP_L＝K_LΔf。

原始系统中各个位置的负荷只考虑频率调节效应，然后将调节效应系数相加得到总的频率调节效应系数。网络结构也被忽略。

将多机系统等值为单机单负荷系统。

具体等值步骤如下。将各发电机的原动系统传递函数相加得到等值发电机原动系统传递函数，即

将各发电机的转动惯量相加得到等值发电机的转动惯量，即：

并获得等值发电机带负荷环节的传递函数：

等值单机单负荷系统的传递函数框图为等值发电机原动系统传递函数等值发电机带负荷环节串联并带负反馈的形式，即等值系统的闭环传递函数为：

对等值系统进行分析，获得振荡频率、阻尼比等关键特征量，即为原始系统的超低频振荡特征量。

针对等值系统的闭环传递函数，计算极点，即可获得超低频振荡对应的特征值，从中获得振荡频率、阻尼比等关键特征量，还可进行其他分析，所获得的结果即为原始系统的分析结果。

本发明突破了现有多机系统中超低频振荡分析只能依靠全网建模的局限，为多机系统超低频振荡分析提供了一种等值方法，避免了系统维数较高时的计算复杂性，且可以直观得到各发电机参数对超低频振荡频率和阻尼的影响，使得多机分析变得直观简化，有效提高了多机系统超低频振荡分析的可操作性。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。