[发明专利]基于风电场和光伏电站聚合模型的机电振荡模式估算方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源电力系统动态稳定性分析技术领域，尤其涉及一种基于大规模风电场和光伏电站聚合模型的电力系统机电振荡模式估算方法。

背景技术

近年来，随着风电机组技术和光伏发电技术的不断进步、风电场和光伏电站规模的不断扩大、区域电网互联的飞速发展，新能源发电电源的接入对电网稳定性的影响越来越大。在这种发展趋势下，全国各地区电网公司对大规模新能源发电电源接入电网所带来的影响，尤其是小干扰稳定性问题非常重视。因此，对于大规模风电场和光伏电站接入电力系统后进行小干扰稳定性及阻尼特性的研究成为了当今最迫切的课题。

目前，在分析电力系统小干扰稳定性问题时，特征值分析法得到了广泛应用。特征值分析法是有效解决计算电力系统机电振荡模式的定量信息问题最有效的手段。它是借助线性系统的稳定性理论来研究非线性系统的稳定性。该方法严格建立在现代控制理论基础上，把电力系统视为一般控制系统，用标准的线性化状态方程来描述。系统的振荡模式完全由状态矩阵的特征根的对数来决定。特征根的实部和虚部分别对应振荡模式的阻尼和频率，而特征根对应的特征向量反映了振荡模式在整个系统中的动态行为。因此，不论系统有多么复杂，都可以采用特征值分析法对系统中任一振荡模式做详细分析，而与其它振荡模式无关。特征值分析法不仅可以用来刻画系统的振荡模式，而且可以用来确定控制器最佳安装地点。

当大规模风电场或光伏电站接入电力系统后，使用特征值分析法分析电力系统机电振荡模式时，一个最大的障碍就是状态矩阵阶数的增加大大增加了计算特征值的复杂度和计算时间。因此对可降低系统阶数的风电场和光伏电站的聚合模型的研究成为新能源电力系统小干扰稳定性分析中很重要的工作。

风电场的聚合模型是指将风电场等效成为单台或几台机组。显然，当风电场包含几百台风电机组时，采用详细模型会使计算规模过于庞大，计算能力往往不能满足要求。因此，当研究风电场对电网的影响时，可将风电场看作一个整体进行聚合，以减小仿真规模，提高计算效率和收敛性。目前，建立风电场聚合模型的方法可以归纳为3种：

1)单机法(完全聚合法)。将风电场等值成一台风力发电机组。等值风电机组的容量等于所有风电机组容量的代数和。其余参数都由等值计算获得。

2)复合模型法。将风电场电气部分等值为一台发电机，而空气动力学部分、传动链和最大功率跟踪模型则根据运行条件分区分别聚合成几台并联，构成一台复合的风电机组。

3)分群法(多机法)。按一定分群原则，将风电场等值成为多台机组。

上述三种方法中，单机法简化程度最大，但往往被认为精度较低；而复合模型法和分群法是为了体现风场中机组运行状态的差异性对输出特性带来的影响，等效机组过多时，简化程度不够。而且上述方法都用于新能源接入后电力系统的动态分析中，而用在小干扰分析中时不免“大材小用”，因为它们都提供了一些无用于小干扰分析的状态量与参数。

发明内容

为了在新能源电源接入电力系统后，建立用于新能源电力系统小干扰稳定分析的风电场和光伏电站聚合模型，以降低特征值分析中的模型阶数和计算复杂度，本发明提出了一种基于大规模风电场和光伏电站聚合模型的电力系统机电振荡模式估算方法，包括：

步骤1、建立大规模风电场和光伏电站的聚合传递函数模型；

步骤2、将电力系统中风电场和光伏电站的输出电流作为控制量，建立开环的多机电力系统的线性化模型；

步骤3、把风电场或光伏电站的传递函数模型看作是控制器，作为连接开环系统输入与输出的反馈回路；开环系统和反馈回路共同构成了多机电力系统的闭环状态空间模型；

步骤4、将风电场和光伏电站看作恒电流源，即令风电场或光伏电站输出电流为零，忽略掉风电场和光伏电站与多机电力系统间的动态交互影响，计算开环系统的特征值；通过系统的开环特征值加上聚合传递函数值与残差的乘积来估算电力系统闭环的机电振荡模式。

所述步骤1若在各台直驱风力发电机或光伏发电单元的型号、参数和运行工况都已知的情况下，则建立的各台直驱风机和光伏发电单元的传递函数模型为：

其中，和分别为第j个风电场或光伏电站内第k台直驱风机或光伏发电单元输出电流的d轴和q轴分量，|V_wj|为第j个风电场或光伏电站内低压母线的电压幅值，为第j个风电场或光伏电站内第k个直驱风机或光伏发电单元的外部变量；对于直驱风机，外部变量为机械转矩，对于光伏发电单元，外部变量为光照强度；和分别为所对应变量间的传递函数。