一种风水直流送出系统的超低频振荡分析方法

本发明涉及一种风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，属于新能源发电领域。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、中国电力能源分布特色促进了远距离大容量超/特高压直流输电工程的发展。直流输电工程的送端往往是拥有电力资源丰富的地区，远离电力负荷中心，其中我国“西电东送”工程中的南部直流输电通道最为典型，是一个水电为主其他能源为辅的能源结构。这种高比例水电、低负荷水平和大规模直流送出的情况，使得系统超低频振荡问题突出。随着双馈风机不断接入送端电网，往往在电力电子设备上附加频率控制使得双馈风机与直流系统参与并提升系统调频能力，于是有必要明确附加频率控制对于系统频率稳定带来的影响。然而，现有研究缺乏考虑到双馈风机附加控制对系统带来的影响；未计及到不同送出方式下对系统抗干扰的能力的影响；着重于机组控制本身，不能明确在不同能源互联的电网中起到的实际影响；缺乏一种能兼顾机组本身和系统整体的超低频振荡的分析方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，第一方面，用于得出各频率控制系统的阻尼情况并由此得到发生超低频振荡的阻尼条件；第二方面，通过系统开环传递函数波特图分析了各参数对系统频率稳定裕度影响；第三方面，求解了系统的状态方程得到并分析特征根值和阻尼比，说明其对系统稳定性的影响。

2、本发明的技术方案是：一种风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，包括：

3、依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数；

4、依据双馈风机附加频率控制模型，写出复频域下双馈风机附加频率控制简化传递函数；

5、依据直流系统附加频率控制模型，写出复频域下直流系统附加频率控制简化传递函数；

6、依据各简化传递函数，写出各阻尼转矩系数表达式，得到超低频段的阻尼情况；

7、依据频率稳定分析模型，分析各简化传递函数中涉及的控制参数和运行参数对稳定裕度的影响；

8、依据频率稳定分析模型，写出具体的振荡解析式。

9、所述依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数ghov(s)的表达式：

10、ghov(s)＝ηhovggov(s)gser(s)ghy(s)

11、其中：ηhov为水轮机占比；ggov(s)为调速器模型；gser(s)为简化伺服器模型；ghy(s)为水轮机模型；s为拉氏因子。

12、所述依据双馈风机附加频率控制模型，写出复频域下双馈风机附加频率控制简化传递函数gwov(s)的表达式：

13、

14、其中：ηwov为双馈风机占比；tg为时间常数；kwp为下垂系数；kwd为惯性系数；twow为惯性控制微分时间常数；tlpw为惯性控制一阶惯性时间常数；s为拉氏因子。

15、所述依据直流系统附加频率控制模型，写出复频域下直流系统附加频率控制简化传递函数gdc(s)的表达式：

16、

17、其中：kdcp为直流频率控制放大增益；kdci为直流频率控制积分增益；tf为滤波时间常数；s为拉氏因子。

18、所述依据各简化传递函数，写出各阻尼转矩系数表达式，得到超低频段的阻尼情况，包括：

19、令s＝jω；其中，ω为振荡频率；j为虚数单位；

20、对复频域下水轮机简化传递函数取实部，获得水轮机调速器-原动机系统的阻尼转矩系数；

21、对复频域下双馈风机附加频率控制简化传递函数取实部，获得双馈风机附加频率控制系统的阻尼转矩系数；

22、对复频域下直流系统附加频率控制简化传递函数取实部，获得直流系统附加频率控制系统的阻尼转矩系数；

23、依据水轮机调速器-原动机系统的阻尼转矩系数、双馈风机附加频率控制系统的阻尼转矩系数、直流系统附加频率控制系统的阻尼转矩系数、系统阻尼常数，获得系统等效阻尼常数；

24、依据系统等效阻尼常数，确定超低频段的阻尼情况。

25、所述水轮机调速器-原动机系统的阻尼转矩系数表达式dhov为：

26、

27、其中：ahov、bhov、chov和dhov为助记符号；ηhov为水轮机占比；kp、ki、kd为调速器比例、积分和微分系数；b为永态差值系数；td为调速器微分时间常数；ts为伺服器时间常数；tw为水锤效应时间常数。

28、所述双馈风机附加频率控制系统的阻尼转矩系数表达式dwov为：

29、

30、其中：awov、bwov、cwov和dwov为助记符号；ηwov为双馈风机占比；tg为测量时间常数；kwp为下垂系数；kwd为虚拟惯性系数；twow为惯性控制微分时间常数；tlpw为惯性控制一阶惯性时间常数。

31、所述直流系统附加频率控制系统的阻尼转矩系数表达式ddc为：

32、

33、其中：kdcp为直流频率控制放大增益；kdci为直流频率控制积分增益；tf为滤波时间常数。

34、所述依据频率稳定分析模型，分析各简化传递函数中涉及的控制参数和运行参数对稳定裕度的影响，具体为：

35、依据频率稳定分析模型作出其开环传递函数的波特图，分别分析控制参数以及运行参数对系统稳定裕度的影响；

36、所述开环传递函数go(jω)为：

37、go(jω)＝[ghov(jω)+gwov(jω)+gdc(jω)]g(jω)

38、

39、其中：jω＝s；ghov(jω)为复频域下水轮机简化传递函数；gwov(jω)为复频域下双馈风机附加频率控制简化传递函数；gdc(jω)为复频域下直流系统附加频率控制简化传递函数；g(jω)为发电机负荷模型；m为系统惯性常数；d为系统阻尼常数；ω为振荡频率；j为虚数单位。

40、所述依据频率稳定分析模型，写出具体的振荡解析式，具体为：依据频率稳定分析模型，写出状态方程求出超低频段的特征根，并列出对应的振荡解析式，对阻尼比和振荡频率进行分析。

41、本发明的有益效果是：

42、1、本发明依据水轮机调速器-原动机控制模型、双馈风机附加频率控制模型和直流系统附加频率控制模型，建立了频率稳定分析模型，可用于分析风水直流送出系统的超低频振荡问题。

43、2、本发明依据系统开环传递函数的波特图分析系统稳定裕度，能够直观得到不同工况和不同参数对系统稳定裕度的影响；该方法考虑了双馈风机与直流系统二者的附加频率控制，准确建立了描述系统的状态方程，可以具体求出系统的模态特征和振荡解析式等信息；对于风水直流送出系统的超低频振荡分析有良好的应用意义。

技术特征：

1.一种风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述依据水轮机调速器-原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数ghov(s)的表达式：

3.根据权利要求1所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述依据双馈风机附加频率控制模型，写出复频域下双馈风机附加频率控制简化传递函数gwov(s)的表达式：

4.根据权利要求1所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述依据直流系统附加频率控制模型，写出复频域下直流系统附加频率控制简化传递函数gdc(s)的表达式：

5.根据权利要求1所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述依据各简化传递函数，写出各阻尼转矩系数表达式，得到超低频段的阻尼情况，包括：

6.根据权利要求5所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述水轮机调速器-原动机系统的阻尼转矩系数表达式dhov为：

7.根据权利要求5所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述双馈风机附加频率控制系统的阻尼转矩系数表达式dwov为：

8.根据权利要求5所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述直流系统附加频率控制系统的阻尼转矩系数表达式ddc为：

9.根据权利要求1所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述依据频率稳定分析模型，分析各简化传递函数中涉及的控制参数和运行参数对稳定裕度的影响，具体为：

10.根据权利要求1所述的风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，其特征在于，所述依据频率稳定分析模型，写出具体的振荡解析式，具体为：依据频率稳定分析模型，写出状态方程求出超低频段的特征根，并列出对应的振荡解析式，对阻尼比和振荡频率进行分析。

技术总结
本发明公开了一种风水直流送出系统的超低频振荡分析方法，包括：依据水轮机调速器‑原动机控制模型，写出复频域下水轮机简化传递函数；依据双馈风机附加频率控制模型，写出复频域下双馈风机附加频率控制简化传递函数；依据直流系统附加频率控制模型，写出复频域下直流系统附加频率控制简化传递函数；依据各简化传递函数，写出各阻尼转矩系数表达式，得到超低频段的阻尼情况；依据频率稳定分析模型，分析各简化传递函数中涉及的控制参数和运行参数对稳定裕度的影响；依据频率稳定分析模型，写出具体的振荡解析式。本发明对于风水直流送出系统的超低频振荡分析有良好的应用意义。

技术研发人员：徐韬,孙士云,周子超,邓涵,冯海洋,张丕豪,陈有为
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15