一种双馈风电场次同步振荡风险的评估方法及装置与流程

本申请涉及电网风险评估领域，具体涉及一种双馈风电场次同步振荡风险的评估方法，同时涉及一种双馈风电场次同步振荡风险的评估装置。

背景技术：

双馈风电机组与串联补偿电容间存在交互作用，可能形成不稳定的次同步振荡现象，振荡频率常见于6-8hz左右。目前的研究结果认为其振荡机理在于风机转子侧变流器与串补系统间的次同步控制相互作用(subsynchronouscontrolinteraction,ssci)。双馈风电机组的转子侧含有快速控制的变频器，如果变频器控制参数不合理，在采用串补电容外送风电时，该控制器会将小扰动后谐振回路中谐振电流不断放大，危害风电机组及整个系统的安全运行。现有的方法中，对于多个风电场分散接入串联补偿输电系统的情况，无法通过风机阻抗扫描法进行分析，而采用特征值分析法和时域仿真法的计算工作量大且效率低。

技术实现要素：

本申请提供一种双馈风电场次同步振荡风险的评估方法，解决现有的多个双馈风电场经串联电容补偿并网的次同步振荡风险的评估方法计算工作量大且效率低的问题。

本申请提供一种双馈风电场次同步振荡风险的评估方法，其特征在于，包括：

建立不含双馈风电场的电网节点导纳矩阵；

根据所述电网节点导纳矩阵，计算各双馈风电场接入节点的等效输入阻抗；

根据所述等效输入阻抗，计算工频下各双馈风电场接入电网节点的等效串补度；

根据所述等效串补度，判断各风电场是否存在次同步振荡风险，完成电网次同步振荡风险的评估。

优选的，所述建立不含双馈风电场的电网节点导纳矩阵，包括：

根据电网的拓扑、节点和支路参数，建立不含双馈风电场的电网节点导纳矩阵y(jw)；

所述电网节点导纳矩阵由频率响应数据组成，具体的为，

其中，n为电网的总节点数。

优选的，根据所述电网节点导纳矩阵，计算各双馈风电场接入节点的等效输入阻抗，包括：

电网串联补偿电容时，在第k个节点(1≤k≤n，n为电网的总节点数)为双馈风电场接入电网的接入点，则在所述接入点注入不同频率的单位电流源，计算所述接入点的电压相量，并获取所述接入点的等效输入阻抗值zk′(jw)；

去掉电网串联补偿电容后，在第k个节点(1≤k≤n，n为电网的总节点数)为双馈风电场接入电网的接入点，则在所述接入点注入不同频率的单位电流源，计算所述接入点无串联补偿电容时的电压相量，并获取所述接入点无串联补偿电容时的等效输入阻抗值zk″(jw)。

优选的，根据所述等效输入阻抗，计算工频下各双馈风电场接入电网节点的等效串补度，包括：

在工频角频率w0下，根据公式

计算第k个节点的等效串补度λk；

对比各个风电场接入点的等效串补度，根据所述等效串补度值的大小对次同步振荡风险程度进行排序，从而确定次同步振荡防控的重点区域。

优选的，根据等效串补度，判断各风电场是否存在次同步振荡风险，完成电网次同步振荡风险的评估，包括：

基于单机并网的仿真分析，确定存在次同步振荡风险的串补度门槛值；若所述等效串补度大于所述门槛值，则存在振荡风险；

若所述等效串补度小于所述门槛值，则不存在振荡风险。

本申请同时提供一种双馈风电场次同步振荡风险的评估装置，其特征在于，包括：

导纳矩阵建立单元，建立不含双馈风电场的电网节点导纳矩阵；

等效输入阻抗计算单元，根据所述电网节点导纳矩阵，计算各双馈风电场接入节点的等效输入阻抗；

等效串补度计算单元，根据所述等效输入阻抗计算工频下各双馈风电场接入电网节点的等效串补度；

风险评估单元，根据所述等效串补度，判断各风电场是否存在次同步振荡风险，完成电网次同步振荡风险的评估。

本申请提供一种双馈风电场次同步振荡风险的评估方法，基于电网中的线性网络部分模型，以各双馈风电场接入点的等效串补度作为指标，评估系统的次同步振荡风险。解决现有的多个双馈风电场经串联电容补偿并网的次同步振荡风险的评估方法计算工作量大且效率低的问题。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种双馈风电场次同步振荡风险的评估方法流程示意图；

图2是本申请实施例涉及的双馈风电机组与串联补偿电容间次同步振荡原理示意图；

图3是本申请实施例涉及的双馈型风电机组次同步频率下的等值电路图；

图4是本申请实施例涉及的单台风电机组接入简单电网的仿真模型；

图5是本申请实施例提供的一种双馈风电场次同步振荡风险的评估装置示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

请参看图1，图1是本申请实施例提供的一种双馈风电场次同步振荡风险的评估方法流程示意图，下面结合图1对本申请实施例提供的方法进行详细说明。

步骤s101，建立不含双馈风电场的电网节点导纳矩阵。

双馈风电机组与串联补偿电容间存在交互作用，可能形成不稳定的次同步振荡现象，振荡频率常见于6-8hz左右。目前的研究结果认为其振荡机理在于风机转子侧变流器与串补系统间的次同步控制相互作用(subsynchronouscontrolinteraction,ssci)。该原理如图2所示，双馈风电机组的转子侧含有快速控制的变频器，如果变频器控制参数不合理，在采用串补电容外送风电时，该控制器会将小扰动后谐振回路中谐振电流不断放大，危害风电机组及整个系统的安全运行。

双馈风机网/机侧变流器的控制系统pi参数及锁相环、风速、输出功率水平、系统中串补度以及双馈风机的并网台数等因素，均对风电并网系统的稳定性存在影响。其中，串联补偿输电线路的串补度对于次同步振荡的风险具有显著影响，随着串补度的增加，次同步振荡的风险随着增大。

此类次同步振荡的风险分析方法，目前有三种，分别为风机阻抗扫描法、特征值分析法和时域仿真方法。

应用于风机的阻抗扫描法，做如下假设：假定系统为线性系统，根据线性叠加原理，对网络中的工频分量不予考虑，而讨论次同步频率的扰动叠加量；发电机对于次同步频率分量可用静态等值电路表示，网络线性且三相对称。图3为双馈型风电机组次同步频率下的等值电路。

次同步频率w下该等值电路的等值阻抗为：

该谐振回路的自然谐振频率为：

对应的等值电阻为

其中，req>0当时表示系统存在次同步振荡风险，req>0越小，发生次同步振荡的风险越大。

该方法从理论上对风机部分进行了等效，建立了“单机—无穷大母线”的简化系统模型，物理意义清晰，适用于分析次同步振荡的机理和影响因素，但难以应用于多个风电场分散接入串联补偿系统的次同步振荡分析。

特征值分析法是在小扰动情况下，对电力系统模型进行线性化后，通过求解系统系数矩阵的特征值来判断系统稳定性的一种方法。如模态频率特征值实部为负数表示相应次同步振荡模态收敛，且数值越大模态阻尼越高；如为正表示相应的次同步振荡模态不稳定，且绝对值越大，模态阻尼越差。因此，根据特征值分析结果可以对次同步振荡各个模态的阻尼特性及其裕度做出判定。该方法的缺点是要求的系统信息量大，容易产生“维数灾”问题，难以应用到大规模电力系统的次同步振荡分析中。

时域仿真法是通过电磁暂态仿真程序建立包括风电机组、输电系统等在内的全电磁暂态仿真模型，通过时域求解的方法模拟系统扰动过程，分析系统的稳定性。时域仿真法的优点是可以得到各个变量随时间变化的曲线，可以计及各种非线性因素的作用。其缺点是不容易提供关于系统次同步振荡的产生机理、影响因素和预防对策方面的信息，且对于大型电力系统的仿真计算效率比较低。

本申请提供的方法，首先根据电网的拓扑、节点和支路参数，建立不含双馈风电场的电网节点导纳矩阵y(jw)；

所述电网节点导纳矩阵由频率响应数据组成，具体的为，

其中，n为电网的总节点数。在建立该矩阵的过程中，全部负荷等效为节点对地阻抗支路；全部电源等效为戴维南等效电路形式，即理想电压源和等值阻抗串联的形式，并将所有电压源对地短路，将所有电流源对地开路。

步骤s102，根据所述电网节点导纳矩阵，计算各双馈风电场接入节点的等效输入阻抗。

全电网的节点电压方程如式(2)所示，电网串联补偿电容时，在第k个节点(1≤k≤n，n为电网的总节点数)为双馈风电场接入电网的接入点，

在所述接入点注入不同频率的单位电流源，计算所述接入点的电压相量，并获取所述接入点的等效输入阻抗值zk′(jw)，具体的在第k个节点注入目标频率为w的谐波电流源，其相量形式为根据式(3)计算该节点的电压，并根据式(4)获取该节点的系统等效输入阻抗zk′(jw)。

然后，去掉电网串联补偿电容后，在第k个节点(1≤k≤n，n为电网的总节点数)为双馈风电场接入电网的接入点，则在所述接入点注入不同频率的单位电流源，计算所述接入点无串联补偿电容时的电压相量，并获取所述接入点无串联补偿电容时的等效输入阻抗阻抗值zk″(jw)。

步骤s103，根据所述等效输入阻抗，计算工频下各双馈风电场接入电网节点的等效串补度。

在工频角频率w0下，根据公式

计算第k个节点的等效串补度λk；

对比各个风电场接入点的等效串补度，根据所述等效串补度值的大小对次同步振荡风险程度进行排序，从而确定次同步振荡防控的重点区域。

步骤s104，根据所述等效串补度，判断各风电场是否存在次同步振荡风险，完成电网次同步振荡风险的评估

基于电网中典型风电机组结构及参数，建立图4所示的“单机—无穷大母线”简化系统的电磁暂态仿真模型，可以通过仿真确定存在次同步振荡风险的串补度门槛值，若所述等效串补度大于所述门槛值，则存在振荡风险，若串补度高于该门槛值则存在振荡风险，若所述等效串补度小于所述门槛值，则有存在振荡风险。根据步骤s103所获的各风电场对应的等效串补度，判断各风电场是否存在次同步振荡风险。

与本申请提供的方法相对应的，本申请同时提供一种双馈风电场次同步振荡风险的评估装置500，其特征在于，包括：

导纳矩阵建立单元510，建立不含双馈风电场的电网节点导纳矩阵；

等效输入阻抗计算单元520，根据所述电网节点导纳矩阵，计算各双馈风电场接入节点的等效输入阻抗；

等效串补度计算单元530，根据所述等效输入阻抗，计算工频下各双馈风电场接入电网节点的等效串补度；

风险评估单元540，根据所述等效串补度，判断各风电场是否存在次同步振荡风险，完成电网次同步振荡风险的评估。

本申请提供一种双馈风电场次同步振荡风险的评估方法，基于电网中的线性网络部分模型，以各双馈风电场接入点的等效串补度作为指标，评估系统的次同步振荡风险。解决现有的多个双馈风电场经串联电容补偿并网的次同步振荡风险的评估方法计算工作量大且效率低的问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。