[发明专利]风电并网对电力系统小干扰稳定影响的阻尼转矩分析方法

权利要求书

1.风电并网对电力系统小干扰稳定影响的阻尼转矩分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）通过数据采集和监控系统（SCADA系统）、能量管理系统（EMS）获得电力系统稳态数据：发电机机端电压、机端有功、母线有功和母线无功；

（2）向系统线性化矩阵中代入所述电力系统稳态数据；

（3）向系统线性化矩阵中代入调度部门提供的电力系统静态数据：电力网络拓扑数据、线路阻抗导纳数据、变压器阻抗变比数据；

（4）向系统线性化矩阵中代入发电机组生产厂商提供的发电机组固有数据：发电机内部电抗数据、励磁系统数据；

（5）向系统线性化矩阵中代入风机组生产厂商提供的风机组固有数据：风机内部电抗数据、转差率数据、风机功角数据；

（6）通过步骤(2)~(4)，得到不含风机组的系统线性化矩阵：

ΔX·without=AwithoutΔXwithout]]>

以及：

Δδ·Δω·ΔZ·=0ω0I0A21withoutA22withoutA23withoutA31withoutA32withoutA33withoutΔδΔωΔZ]]>

其中，X_without为不含风机组的系统状态变量，A_without为不含风机组的系统线性化矩阵，δ为发电机功角状态变量向量，ω为发电机转速状态变量向量，Z为同步机的其它状态变量向量，Δ为线性化算子，和为X、δ、ω和Ζ的微分算子，I为单位对角矩阵，ω₀为额定角速度，A21without=∂ω·/∂δ,]]>A22without=∂ω·/∂ω,]]>A23without=∂ω·/∂Z,]]>A31without=∂Z·/∂δ,]]>A32without=∂Z·/∂ω,]]>A33without=∂Z·/∂Z;]]>

(7)将不含风机组的系统线性化矩阵A_without进行降阶处理，得到：

Δω·=-M-1B(λi)Δω]]>

其中，M为包含所有同步发电机惯性常量信息的对角矩阵，B(λ_i)为N*N的矩阵，其元素B_jk(λ_i)表示第j台发电机通过第k台发电机向第i个振荡模态所提供的阻尼转矩，N为系统中发电机的台数，λ_i=-ξ_i±jω_i为系统中指定分析的某个机电的第i个振荡模态的特征根，根据步骤（6）得到：

B(λ_i)=-M((A_21without+A_23withoutA_zδwithout)A_δωwithout+(A_22without+A_23without)A_zωwithout)

其中s=λ_i=-ξ_i±jω_i，Azδwithout=∂Z/∂δ=(sI-A33without)-1A31without,]]>Azωwithout=∂Z/∂ω=(sI-A33without)-1A32without,]]>Aδωwithout=∂δ/∂ω=(sI-(A11without+A13withoutAzδwithout))-1(A12without+A13withoutAzωwithout);]]>

（8）同样，通过步骤(2)~(5)，得到含指定风机组的系统线性化矩阵：

ΔX·with=AwithΔXwith]]>

以及：

Δδ·Δω·ΔZ·ΔW·=0ω0I00A21withA22withA23withA24withA31withA32withA33withA34withA41withA42withA43withA44withΔδΔωΔZΔW]]>

其中，X_with为含风机组的系统状态变量，A_with为含风机组的系统线性化矩阵，W为风机状态变量向量，为W的微分算子，A21with=∂ω·/∂δ,]]>A22with=∂ω·/∂ω,]]>A23with=∂ω·/∂Z,]]>A24with=∂ω·/∂W,]]>A31with=∂Z·/∂δ,]]>A32with=∂Z·/∂ω,]]>A33with=∂Z·/∂Z,]]>A34with=∂Z·/∂W,]]>A41with=∂W·/∂δ,]]>A42with=∂W·/∂ω,]]>A43with=∂W·/∂Z,]]>A44with=∂W·/∂W;]]>

（9）将含风机组的系统线性化矩阵A_with进行降阶处理，得到发电机提供的阻尼转矩矩阵C(λ_i)，根据步骤（8）得到：

C(λ_i)=-M((A_21with+(A_23with+A_24withA_wzwith)A_zδwith+A_24withA_wδwith)A_δωwith

+(A_22with+(A_23with+A_24withA_wzwith)A_zωwith+A_24withA_wωwith)

其中，s=λ_i=-ξ_i±jω_i，Awδwith=∂W/∂δ=(sI-A44with)-1A41with,]]>Awωwith=∂W/∂ω=(sI-A44with)-1A42with,]]>Awzwith=∂W/∂Z=(sI-A44with)-1A43with,]]>Azδwith=δZ/∂δ=(sI-A33with-A34withAwzwith)-1(A31with+A34withAwδwith),]]>Azωwith=δZ/∂ω=(sI-A33with-A34withAwzwith)-1(A32with+A34withAwωwith),]]>Aδωwith=∂δ/∂ω=(sI-(A11with+(A13with+A14withAwzwith)Azδwith+A14withAwδwith))-1]]>(A12with+(A31with+A14withAwzwith)Azωwith+A14withAwωwith);]]>

（10）根据步骤（7）和步骤（9）可以得到，加入风机后，发电机所提供的阻尼转矩变化量的矩阵D(λ_i)：

D(λ_i)=C(λ_i)-B(λ_i)；

（11）通过对各台发电机所提供的阻尼转矩变化量矩阵D(λ_i)进行重构，将非对角元素向对角元素进行整理，形成新的对角矩阵D_new(λ_i)，对角元素D_newj(λ_i),j=1,2,...N表示接入的风机通过各台发电机提供的阻尼转矩；

（12）计算系统中各台发电机相应于指定振荡模态λ_i的参与因子S_ij：

Sij=∂λi∂ΔDj=wiT∂∂ΔDj(-M-1(C(λi)+ΔDj))×vi=-wij1Mjvij,j=1,2,...N]]>

其中，v_i为相应于λ_i的右特征向量，v_ij为v_i中对应于△ω_j,j=1,2,…N的分量，j为第j台发电机，w_i为相应于λ_i的左特征向量，w_ij为w_i中对应于△ω_j,j=1,2,…N的分量；

（13）通过步骤（11）和步骤（12）的计算，可以得到风机接入对指定振荡模态的影响：

Δλi=Σj=1NSijDnewj(λi)]]>

其中，··_i为指定振荡模态的改变量，用于安排指定风机的装机地点和控制器的选取。

2.根据权利要求1所述的大规模风电场并网对电力系统小干扰稳定性影响的阻尼转矩分析方法，其特征在于：还包括通过下面的证明过程反向证明式（10）的合理性：

将A_without及A_with在保留特征根λ_i的前提下进行降阶处理，得到阻尼转矩矩阵B(λ_i)及C(λ_i)，因此得到：

wiT(-M-1B)vi=λwithouti]]>

wiT(-M-1C)vi=λwithi]]>

两式相减得，加入风机后特征根的变化：

λwithi-λwithouti=Δλi=-wiTM-1(C-B)vi=-wiTM-1Dvi]]>

=Σj=1N-wijDnewjvij/Mj=Σj=1NSijDnewj]]>

其中，λ_withouti为不含风机组的某个发电机的第i个振荡模态的特征根，λ_withi为含风机组的某个发电机的第i个振荡模态的特征根；由此可知：重构的对角矩阵D_new(λ_i)中的对角元素度量了风机向各台发电机提供的阻尼转矩，而参与因子S_ij度量了所提供的阻尼转矩是如何转化为对指定机电振荡模态的影响的；所以，步骤（13）中所述的模态分析式的物理意义是：指定风机向每台发电机提供阻尼转矩，其大小由对角矩阵D_new(λ_i)中的对角元素D_newj(λ_i),j=1,2,...N度量；再乘以参与因子S_ij后，每台发电机获得的阻尼转矩就转化为指定风机通过各台发电机对指定机电振荡模态的影响，其大小由D_newj(λ_i)S_ij度量，影响指标△λ_i就是风机通过N台发电机对指定机电振荡模态的影响，为N项D_jjnew(λ_i)S_ij,j=1,2,...N之和。