[发明专利]基于安全域的含双馈风机电力系统暂态稳定性分析方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统稳定性领域，尤其涉及一种电力系统暂态稳定性分析方法。

背景技术

现代大型风电场普遍采用双馈风机(Double Fed Induction Generator,DFIG)等变速恒频机组，以提高风电场的效率与可控性。DFIG具有控制方式灵活、变频装置容量小、转速调节范围广、效率高等优点，但其动态特性与传统的同步电机相比具有较大的差异。

随着风电渗透率的增加，大量双馈风电场的接入对电力系统稳定性的影响已不容忽视。截止到目前，国内外学者已开展了大量有关含DFIG电力系统稳定性的研究。然而，现有文献在研究DFIG对电力系统稳定性的影响时，多采用时域仿真方法，该方法属于“逐点法”的范畴，即对既定的事故前功率注入和既定的事故进行仿真等以判断其稳定性，所得结论与系统的运行状态(即调度方案，也就是发电出力与负荷等节点注入功率)密切相关；在系统状态发生变化时，往往需要重新进行仿真计算，并且无法给出系统的整体稳定性测度。风电场出力具有波动性与不确定性，使得系统的运行状态更加复杂多变，因此，在含风电电力系统的安全性分析中，“逐点法”的上述缺陷更加凸显。

与“逐点法”相比，近年来发展迅速的安全域(Security Region，SR)方法可以有效克服“逐点法”的缺陷。SR与系统的网络一一对应的，不依赖于系统的运行状态；在计算出SR的边界后，就可以通过判断系统当前的注入是否位于SR内来进行相关安全性校验。同时，SR可以给出当前运行点在域中的相对位置，以表征系统整体的安全稳定裕度。

近年来，对动态安全域(Dynamic Security Region，DSR)及其相关应用已进行了大量的研究。研究表明，采用拟合法求取DSR的边界，并经过大量计算，发现在工程关心的范围内，DSR的边界可以用一个或多个超平面进行拟合，并把由超平面边界表示的动态安全域称为实用动态安全域(Practical Dynamic Security Region，PDSR)，当前，PDSR已成功应用于电力系统的多个方面，如安全监视、安全成本优化、紧急控制和电力系统概率安全评估等。但以往有关DSR的研究中，均未考虑DFIG的影响。DFIG的接入会对电力系统DSR带来哪些影响，其边界还能否用超平面近似拟合等问题有待于研究。

发明内容

本发明研究的为注入空间上保证事故后电力系统暂态稳定的DSR，提出了一种基于安全域的含双馈风机电力系统暂态稳定性分析方法，经过大量仿真计算发现，DFIG接入后，注入功率空间上DSR的边界仍可以用超平面进行拟合，并通过时域仿真验证了计算所得DSR边界的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于安全域的含双馈风机电力系统暂态稳定性分析方法，包括以下步骤：

步骤一、由实际电力系统数据，基于同步发电机、双馈风机和负荷动态模型，确定电力系统的故障线路L_F、故障切除时间t_c、安全域边界临界稳定点搜索过程的收敛步长d_c、扩展临界点搜索扰动步长d_r；所述同步发电机忽略阻尼绕组的双轴模型，其中所述负荷动态模型中所有负荷均为恒功率负荷；

步骤二、设定场景Case A和Case B，其中，Case A是不接入双馈风机的电力系统；Case B是将双馈风机接入到上述Case A电力系统的母线上，并以此替换该母线上的同步发电机；

步骤三、根据Case A对应的电力系统的同步发电机模型、负荷动态模型和网络拓扑数据，确定该电力系统安全域的参数空间，搜索该电力系统的临界点并拟合相应的动态安全域边界；

根据Case B对应的电力系统的同步发电机模型、双馈风机模型、负荷动态模型和网络拓扑数据，确定该电力系统安全域的参数空间，搜索该电力系统的临界点并拟合相应的动态安全域边界；

步骤四、在计算动态安全域条件相同的基础上，通过对Case A与Case B的动态安全域进行对比分析得出接入双馈风机后电力系统的动态安全域有所扩大；

步骤五、通过研究接入双馈风机后电力系统的动态安全域产生变化的原因，分析双馈风机接入后对电力系统暂态稳定性的影响，从而得出接入双馈风机可以提高电力系统的暂态稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：