一种基于分布式调相机的新能源系统次同步振荡抑制方法与流程

本发明涉及一种基于分布式调相机的新能源系统次同步振荡抑制方法，具体涉及适用于分布式调相机抑制含风电场的新能源系统次同步振荡。

背景技术：

1、高压直流输电技术因其低成本、高传输容量和较少的线路损失而受到青睐，其为区域间的能源共享和大容量远距离输电提供了可行性。在我国，高压直流输电技术已经被大规模地推广并得到应用。但是使用高压直流输电技术可能会导致次同步振荡问题愈发凸显，为电力系统的安全稳定运行带来新的考验。

2、无功补偿设备在电力系统中具有重要的作用，特别是在抑制次同步振荡方面，因能够提供电压支撑，改变系统阻抗，提供附加阻尼，增强系统惯性，并改进系统的动态响应，从而有效地抑制次同步振荡。目前常用的动态无功补偿设备主要有svc、statcom以及同步调相机。其中svc、statcom主要基于电力电子技术进行操作。尽管基于电力电子的无功补偿装置调控灵活，能够连续调整无功功率，但仍然存在容量受限、高成本、自身损耗大和故障率高等问题。并且，要完成无功调整，这些设备要进行一系列的测量和计算，导致其动态响应存在一定的延迟。调相机作为无机械负载的同步电动机，通过调整其励磁参数来向电网供应或吸取无功功率，从而达到无功功率的动态平衡。调相机不仅容量大、而且不受电压制约，故成为事故后迅速补偿无功的首选装置。

3、本发明涉及分布式调相机抑制新能源系统次同步振荡方法，基于本发明制定的励磁参数优化方案可以在缩短电压恢复周期的基础上，大幅增强调相机的动态无功输出能力，有效地控制系统的次同步振荡，保障新能源系统的稳定运行。相较于添加阻尼控制器、使用facts装置等方法，本发明采用粒子群算法优化调相机励磁参数，体现了对传统调相机的应用创新，以提高新能源系统的稳定性，不仅提高了优化效率，也为处理复杂电力系统问题提供了新的思路。

技术实现思路

1、1.一种基于分布式调相机的新能源系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，其步骤为：

2、步骤1：根据新能源系统分布式调相机无功电流变化量δid与并网点机端电压变化量δu、励磁电压变化量δef的传递函数，以及δef与δu的控制策略，得到δef与δu的传递函数，进一步求解无功电流变化量δid与并网点机端电压变化量δu的传递函数；

3、

4、式中：xd为d轴同步电抗，x′d为d轴暂态电抗，x″d为d轴次暂态电抗，xk为升压变压器的短路电抗；t′d0为d轴暂态开路时间常数，t″d0为d轴次暂态开路时间常数，tt为励磁系统测量时间常数，td为励磁系统微分时间常数，tz为励磁系统整流部分时间常数；k为增益倍数，其下标中，p、i、d分别对应励磁系统的比例、积分和微分；b＝(xd-x″d)(x″d+xk)(x′d-x″d)-1t″d0+(x′d+xk)t′d0；

5、步骤2：分析励磁参数对动态特性的影响，定义kiq为无功电流增益，作为衡量调相机动态无功特性优劣的指标，建立kiq的数学模型；kiq值与ω之间存在唯一的对应关系，ω为角频率ω＝2πf，kiq值增大，电压波动所对应的无功变化量增大，除了考虑全频段的无功电流增益kiq，还要考虑kiq的最小化值，即min kiq分布特点，增大min kiq的值，能够提高整体kiq的平衡分布特性，强化调相机的动态响应性，有效抑制新能源系统的次同步振荡；

6、

7、步骤3：采用prony算法对振荡波形进行识别，获取关于振荡的幅值、相角、阻尼比以及频率等关键模态数据，进一步求出阻尼因子σi与系统阻尼比ζi；

8、

9、

10、式中：x(n)为采样序列，δt为采样间隔，ai是与x(n)单位相同的初始幅值，σi为阻尼因子，ωi为角频率，f为频率，pi为有功功率，qi为无功功率；

11、步骤4：利用系统阻尼比ζi评估振荡的衰减性质，ζi＞0，该模态显示减幅振荡，系统稳定；ζi＜0，呈现增幅振荡，系统不稳定；ζi＝0，达到临界点，调节系统的运行参数以保持系统稳定性；

12、步骤5：采用粒子群算法对调相机的励磁参数进行优化，实现新能源系统次同步振荡的抑制；

13、a)调相机的无功输出受励磁参数的影响，采用kio和min kiq建立目标函数，max j＝c1kiq+c2 min kiq，其中c1、c2分别为kiq与min kiq的调节系数，满足c1+c2＝1，增强调相机动态无功输出能力，迅速控制系统的次同步振荡；

14、b)初始阶段，根据min kiq、k、tt，min、tz与ξ的最大、最小值建立约束条件，对算法进行初始化，利用粒子群算法，以分布式调相机的无功补偿容量为初始位置，得到初始的分布式调相机容量配置方案；

15、

16、c)计算系统在给定分布式调相机配置方案下次同步振荡发生的暂态响应数据，并对应计算目标函数值；

17、d)更新粒子的个体最优位置和全局最优位置，根据计算得到的目标函数值进行更新；

18、e)调整粒子的速度和位置，通过计算获得新的分布式调相机的容量配置方案；

19、f)判定更新后的调相机输出方案与前一次迭代的方案之间的差异是否小于阈值，及系统的阻尼比是否大于零，更新前后方案之间的差异小于阈值，并且系统的阻尼比大于零则确认已达到最优解。

技术特征：

1.一种基于分布式调相机的新能源系统次同步振荡抑制方法，其特征在于，其步骤为：

技术总结
一种基于分布式调相机的新能源系统次同步振荡抑制方法，通过优化励磁参数提高新能源系统次同步振荡的抑制效果。分析新能源系统分布式调相机无功电流变化量与并网点机端电压变化量、励磁电压变化量的传递函数，确定励磁参数对动态无功特性的影响。基于Prony算法对振荡的产生波形进行识别，确定反映次同步振荡发生风险的评价指标—阻尼比，进一步得到新能源系统稳定的条件为阻尼比大于零。基于阻尼比和励磁参数建立粒子群优化模型并进行求解，该方法可更好地抑制系统次同步振荡，提高系统的稳定性。本发明提出一种应用粒子群算法的分布式调相机抑制新能源系统次同步振荡优化方法，旨在让部署在场站的分布式调相机对系统次同步振荡的抑制效果达到最优。

技术研发人员：白望望,宋伟,张中丹,牛启光,徐敏,丁颖杰,李万伟,王海亮,席贇,郭永吉,张耀忠,冯智慧,王涛,胡安龙,崔炎
受保护的技术使用者：国网甘肃省电力公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8