一种故障恢复期间风电并网系统稳定评估方法及系统

本发明属于风力发电，尤其涉及一种故障恢复期间风电并网系统稳定评估方法及系统。

背景技术：

1、随着永磁直驱风电机组的并网容量逐渐提升，风电机组自身的低惯量、弱支撑性使得电力系统在故障清除后的调节能力变弱，导致振荡失稳事故屡有发生，对电力系统安全稳定运行造成了严重威胁。目前，针对直驱风电并网系统振荡问题已有大量研究，但对于计及直驱风电机组控制策略切换特性的振荡失稳机理缺乏深入研究。因此，探究故障清除后考虑控制策略切换的直驱风电并网系统的振荡失稳机理，已成为亟待解决的问题。

2、目前，针对故障清除后直驱风电并网系统振荡问题的分析方法主要是将风电机组看作整体进行研究，并未考虑机组控制策略切换带来的影响，以及机组内部各控制环节之间交互作用对直驱风电机组并网系统的稳定性问题。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种故障恢复期间风电并网系统稳定评估方法及系统，用于解决现有技术无法准确评估故障清除后直驱风电并网系统的稳定性问题。

2、一方面，本发明公开了一种故障恢复期间风电并网系统稳定评估方法，包括以下步骤：

3、步骤s1，直驱风电并网系统在故障振荡期间低电压穿越控制，随电压回升转为定直流电压控制，以主导振荡模态周期为采样间隔，采集所述低电压穿越控制和所述定直流电压控制的电气量瞬时值变化量；

4、步骤s2，基于所述低电压穿越控制和所述定直流电压控制的电气量瞬时值变化量，构建所述直驱风电并网系统各子系统能量模型，利用其中的交互能量变化量得到定直流电压控制各子系统之间交互能量变化量；

5、步骤s3，基于所述定直流电压控制各子系统之间交互能量变化量，求导得到各子系统之间的交互能量变化率，得到故障清除后稳定性评估结果。

6、进一步地，采集所述低电压穿越控制电气量瞬时值变化量为：

7、所述低电压穿越控制期间，即系统振荡故障期间，gsc电流内环参考值变化量如下：

8、

9、其中，k为无功电流支撑系数，un为并网点额定电压，in为gsc输出电流的额定值，δupccd,δupccq分别表示直驱风机并网点电压d、q轴分量的变化量。

10、进一步地，所述采集所述定直流电压控制的电气量瞬时值变化量包括：

11、定直流电压控制期间gsc电流内环参考值变化量如下：

12、

13、其中，kp1,ki1分别为直驱风机电压外环的比例系数和积分系数，δudc为直驱风机直流环节电压变化量。

14、进一步地，所述采集所述直流电压控制的电气量瞬时值变化量还包括：

15、pll子系统pll锁相角变化量δθpll以及角频率变化量δωpll、直驱风机端口电压变化量δupd,δupq、直驱风机端口电流变化量δipd,δipq及交流线路电流变化量δild,δilq。

16、进一步地，所述各子系统的动态能量模型，包括：

17、所述子系统的动态能量模型均由存储能量、耗散能量和交互能量变化量三部分组成；

18、

19、其中，δvs、δvd、δvt分别为子系统存储能量、耗散能量和交互能量的变化量；ka、kb均为大于0的系数；rk、lk、ck分别为子系统中等效电阻、等效电感和等效电容；δu、δi分别表示子系统端口输出电压、电流的瞬时变化量。

20、进一步地，所述得到定直流电压控制各子系统之间的交互能量变化量为：

21、

22、其中，δvt1为gsc电流内环d、q轴子系统之间交互能量变化量；δvt2为交流线路d、q轴子系统交互能量变化量；δvt3为交流线路d轴子系统和gsc电流内环d轴子系统交互能量变化量；δvt4为gsc电流内环q轴子系统和交流线路q轴子系统交互能量变化量；δvt5为pll子系统和gsc电流内环d轴子系统交互能量变化量；δvt6为pll子系统与gsc电流内环q轴子系统交互能量变化量；δvt7为交流线路子系统和pll子系统交互能量变化量；δvt8为gsc电流内环dq轴子系统与gsc电压外环d轴子系统之间，以及gsc电压外环d轴子系统与gsc电环内环d轴子系统交互能量变化量。

23、进一步地，所述求导得到各子系统之间的交互能量变化率为：

24、将所述各子系统交互能量变化量关于时间的导数(i＝1,2,3,4,5,6,7,8)定义为交互能量变化率，如下：

25、

26、以定直流电压控制各子系统之间交互能量变化率的正负及大小作为评估系统在故障清除后稳定性的判别指标。

27、进一步地，故障清除后稳定性评估结果为：

28、当时，不同子系统之间交互能量变化率为负，即该交互能量有利于系统保持稳定运行，且数值越小，稳定水平越高，当判断均小于0时系统稳定；

29、当时，不同子系统之间交互能量变化率为零，即该交互能量与系统稳定水平无关；

30、当时，不同子系统之间交互能量变化率为正，即该交互能量不利于系统稳定运行，且数值越大，越不利于系统保持稳定，当判断中任一项大于0时系统振荡失稳。

31、进一步地，故障清除后，定直流电压控制期间，按照控制环节直驱风电并网系统划分为gsc电压外环d轴子系统、gsc电流内环d轴子系统、gsc电流内环q轴子系统、pll子系统、交流线路d轴子系统和交流线路q轴子系统；

32、所述主导振荡模态周期为其中，ω为直驱风电并网系统主导振荡模态的角速度。

33、本发明还提供了一种故障恢复期间风电并网系统稳定评估系统，其特征在于，包括：

34、采集模块m1，用于直驱风电并网系统在故障振荡期间低电压穿越控制，随电压回升转为定直流电压控制，以主导振荡模态周期为采样间隔，采集所述低电压穿越控制和所述定直流电压控制的电气量瞬时值变化量；

35、故障清除后交互能量计算模块m2，用于基于所述低电压穿越控制和所述定直流电压控制的电气量瞬时值变化量，构建所述直驱风电并网系统各子系统能量模型，利用其中的交互能量变化量得到定直流电压控制各子系统之间交互能量变化量；

36、稳定性评估模块m3，用于基于所述定直流电压控制各子系统之间交互能量变化量，求导得到各子系统之间的交互能量变化率，分析得到故障清除后稳定性评估结果。

37、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

38、1、通过对不同故障阶段各子系统之间交互能量变化率正负及大小的判定，可快速有效的评估直驱风电并网系统的稳定性；

39、2、通过各子系统交互能量构建模块，降低了计算量，提高了计算精度，保证了系统的可靠运行；

40、3、通过各子系统之间交互能量变化率计算模块给出的交互能量变化率指标，实现了系统稳定性的精准判定。

41、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。