[发明专利]一种改善双馈机组接入后系统小干扰稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善双馈机组接入后系统小干扰稳定性的方法，尤其涉及一种采用灵敏度分析来改善双馈机组接入后系统小干扰稳定性的方法,属于电力系统运行和控制技术领域。

背景技术

随着化石燃料储量的下降，环境污染和能源短缺问题已经凸显并引发高度关注。为解决上述难题，我国大力发展风电等新能源，风力发电经过多年的快速增长后已经迈入稳健发展期。虽然近年来风电并网难的问题得到了一定程度的缓解，但是风电接入系统后还是会造成一系列的问题，从而限制了风电的进一步发展。其中，以风电并网后引发的系统小干扰稳定问题尤为显著。目前我国主流的风电机型为双馈感应发电机。接入系统后会引发弱阻尼模态，降低系统小干扰稳定裕度，增加了系统正常运行的风险。因此，对于如何提高双馈机组接入后系统的小干扰稳定性的研究十分迫切。

传统的改善风机接入后系统小干扰稳定性的方法大多采用某种算法进行整体参数优化或加装PSS装置。前者工作量大，效果一般，而且无法只针对某几种主导模态进行有效控制；后者效果明显，但参数整定较复杂，且会增大投资成本。本文提出的采用灵敏度分析来优化系统参数的方法，可以根据系统特征矩阵的分析结果，对出现的弱阻尼模态进行灵敏度分析，分析特征值变化轨迹综合选取相关参数。这样对于因参数选择不合理产生的一系列不稳定模态或弱阻尼模态，可以在不附加其他装置的情况下，提高相应的模态阻尼。另外，这种方法大大减少了盲目尝试产生的工作量，对如何整定系统参数具有指导意义。

发明内容

本发明首先运用特征值分析法得出双馈机组接入后的系统矩阵A′，通过特征值分析找出需要重点关注的不稳定模态或弱阻尼模态，求出上述模态对矩阵A′中各元素的灵敏度。选出灵敏度最高的一至两个非零元素。在一定区间内依次改变该元素中可以修改的参数，观察该模态的特征值走向来确定所有参数的最佳数值。

本发明的技术方案是，一种采用灵敏度分析优化控制器及系统参数改善双馈机组接入后系统小干扰稳定性的方法，包括下列步骤：

步骤1： 构建双馈机组的完整数学模型，主要包括空气动力学模型、发电机模型、机械模型及控制系统模型，列写出系统状态方程和输出方程，结合系统潮流方程建立双馈机组接入后系统的小干扰数学模型。

步骤2：计算出矩阵A′的左模态矩阵ψ及右模态矩阵φ，利用公式求出不稳定模态或弱阻尼模态对矩阵A′的灵敏度，找出矩阵中灵敏度最高的一至两个非零元素a′_ij。分析表明，在系统小干扰稳定关心的中低频段，矩阵A′和状态矩阵A的特征值相差不大，且A′的表达式很复杂，所以采用A中元素a_ij来近似代替A′中的元素a′_ij进行灵敏度分析。

步骤3：对于a_ij中可以设置的控制器或系统参数，在一定的区间内改变参数的数值，在仿真结果中观察计算矩阵A′的特征值时所需变量的稳态值，将稳态值带入A′中求解每组参数对应的特征值，并绘制出特征值的变化轨迹图。如果特征值较为分散，需要将部分重叠特征值进行局部放大，观察系统各主导模态的特征值走向。

步骤4：如果a_ij中有其他可以设置的参数，则重复步骤3。

步骤5：综合分析步骤4中模态特征值随参数的轨迹变化图，合理整定步骤4中的参数，通过对比选出合适的参数组合，采用该组合参数可以明显的提高系统主导模态的阻尼，提高系统的小干扰稳定裕度。

所述步骤1中系统矩阵A′的建立方法如下：

选取合适的状态变量、输入变量和输出变量，系统的状态方程、输出方程和潮流方程可以写成如下所示的一般形式：