[发明专利]一种光伏集中并网系统失步振荡中心迁移特性分析方法

权利要求书

1.一种光伏集中并网系统失步振荡中心迁移特性分析方法，其特征在于，包括：

步骤1，分析系统振荡过程中单级式光伏并网电站控制策略，根据控制策略特性与光伏出力特性，建立单级式光伏并网电站对外特性等效模型；

步骤2：根据单级式光伏并网电站对外特性等效模型，设计单级式光伏并网电站第一接入场景以及单级式光伏并网电站第二接入场景，并在原始等值三机系统中进行振荡中心特性分析；

步骤3：对单级式光伏并网电站第一接入场景进行变换和推导，得到线路振荡中心位置函数及失步振荡中心位置函数并进一步分析振荡中心及失步振荡中心迁移特性；

步骤4：对单级式光伏并网电站第二接入场景进行变换和推导，得到线路振荡中心位置函数及失步振荡中心位置函数并进一步分析振荡中心及失步振荡中心迁移特性；

步骤5：判断单级式光伏并网电站接入场景，选择对应的振荡中心和失步振荡中心位置函数为失步解列装置的选址提供参考；

步骤1中所述分析系统振荡过程中单级式光伏并网电站控制策略为：

根据单级式光伏并网电站分析光伏模型及控制策略，单级式光伏并网电站中光伏逆变器采用双环控制策略，使用前馈算法可以实现变流器电流内环的解耦控制，从而实现单级式光伏并网电站的有功无功解耦控制，同时加上外环的电压控制就构成了双闭环PWM逆变器的控制；

步骤1中所述根据控制策略特性与光伏出力特性，建立单级式光伏并网电站对外特性等效模型为：

单级式光伏并网电站实现了有功无功解耦控制，其输出功率均可用可变负电阻r和负电抗x表示，建立输出功率与可变负电阻以及可变负电抗的功率模型为：

其中，r为输出有功，x为输出无功，U_g为光伏机组出口母线电压，当系统因故障失步时，其值在最大值与最小值之间发生周期性变化，且不同接入位置振荡程度也不同，P_E为并网光伏机组发出的有功功率，Q_E为并网光伏机组发出的无功功率，可反映机组故障穿越运行控制下的功率给定值，具体数值与光伏机组故障控制策略及逆变器控制特性有关，因此，上述模型所得r与x均不断变化；

步骤2中所述单级式光伏并网电站第一接入场景为：

在原始等值三机系统中设置单级式光伏并网电站替代其中一台同步发电机作为单级式光伏并网电站第一接入场景；

步骤2中所述单级式光伏并网电站第二接入场景为：

在原始等值三机系统中同步机端增加单级式光伏并网电站作为单级式光伏并网电站第二场景；

步骤2中所述在原始等值三机系统中进行振荡中心特性分析为：

在原始等值三机系统中，通过星三角变换并采用叠加法可以得到星形中点O点的电压表达式，进一步求出任意线路i-o振荡中心的位置函数为：

其中，k_i＝E_i/U_o为线路i-O两端电源等值电势之比，E_i为第i号同步机的等值电势幅值，U_o是O点处电压，i表示发电机编号，δ_i,O＝δ_i-δ_O为线路i-O两端电源相角差，δ_i为第i号同步机的相角，δ_O为O点处电压相角，c_i＝0对应振荡中心位于O点，c_i＝1对应振荡中心位于电源处；

m_i为与功角、电势和阻抗有关的第一变量，n_i为与功角、电势和阻抗有关的第二变量，将c_i化为用虚拟节点电压幅值变量中包含的m_i和n_i变量表示的形式为：

其中，X₁为线路1-O的等值电抗、X₂为线路2-O的等值电抗、X₃为线路3-O的等值电抗，E₁为1号同步机的等值电势幅值，E₂为2号同步机的等值电势幅值，E₃为3号同步机的等值电势幅值，δ₁为1号同步机的相角，δ₂为2号同步机的相角，δ₃为3号同步机的相角，δ_i为第i号同步机的相角；

失步振荡中心的变化规律分析包括失步振荡中心出现条件及失步振荡中心所在位置；

所述失步振荡中心出现条件为失步振荡中心处线路两侧电压相差180°，可表示为：

其中，α_i为第i号同步机的线路两端电压相角差；

所述失步振荡中心所在位置为将上述失步振荡中心出现条件代入任意线路振荡中心的位置函数，可得到所述失步振荡中心所在位置为：

步骤3中所述对单级式光伏并网电站第一接入场景进行变换和推导为：

结合单级式光伏并网电站第一接入场景，采用星三角变换及叠加法对单级式光伏并网电站第一接入场景系统进行变换，对振荡中心及失步振荡中心位置进行推导，对单级式光伏并网电站第一接入场景进行变换并采用叠加法可计算O点处电压为：

其中，为1号同步机的等值电势，为2号同步机的等值电势，X₁'为线路1-O的电抗与1号同步发电机电抗之和，X₂'为线路2-O的电抗与2号同步发电机电抗之和，X₃为线路3-O的电抗，X₃”＝X₃+X_PV，X_PV为光伏发电系统等效电抗，其值可由光伏外特性等效阻抗公式依据下式确定：

Z_PV＝r+jx≈|Z_PV|＝X_PV

其中，r为输出有功，x为输出无功，与步骤1中的r和x定义相同；

将O点处视为虚拟同步机节点，则该虚拟节点的电压幅值和相角为：

其中，X₁'为线路1-O的电抗与1号同步发电机电抗之和，X₂'为线路2-O的电抗与2号同步发电机电抗之和，X₃为线路3-O的电抗，X₃”＝X₃+X_PV，X_PV为光伏发电系统等效电抗，E₁为1号同步机的等值电势幅值，E₂为2号同步机的等值电势幅值，δ₁为1号同步机的相角，δ₂为2号同步机的相角，δ_i为第i号同步机的相角；

单级式光伏并网电站第一接入场景通过改变阻抗参数的分布影响失步振荡中心所在位置，将上述推导所得m_i和n_i代入步骤2中振荡中心位置函数及失步振荡中心位置函数，可得到该场景下线路振荡中心位置函数及失步振荡中心位置函数；

单级式光伏并网电站第一接入场景振荡中心位置函数为：

其中，X₁'为线路1-O的电抗与1号同步发电机电抗之和，X₂'为线路2-O的电抗与2号同步发电机电抗之和，X₃为线路3-O的电抗，X₃”＝X₃+X_PV，X_PV为光伏发电系统等效电抗，E₁为1号同步机的等值电势幅值，E₂为2号同步机的等值电势幅值，δ₁为1号同步机的相角，δ₂为2号同步机的相角，δ_i为第i号同步机的相角；

单级式光伏并网电站第一接入场景失步振荡中心位置函数为：

其中，X₁'为线路1-O的电抗与1号同步发电机电抗之和，X₂'为线路2-O的电抗与2号同步发电机电抗之和，X₃为线路3-O的电抗，X₃”＝X₃+X_PV，X_PV为光伏发电系统等效电抗，E₁为1号同步机的等值电势幅值，E₂为2号同步机的等值电势幅值，δ₁为1号同步机的相角，δ₂为2号同步机的相角，δ_i为第i号同步机的相角；

上述单级式光伏并网电站第一接入场景振荡中心位置函数以及失步振荡中心迁移函数，建立了该场景下并网光伏出力与振荡中心及失步振荡中心位置的关系表达式，可反映并网光伏出力变化时振荡中心及失步振荡中心的变化规律，为失步解列装置的选址提供参考；

步骤4中所述对单级式光伏并网电站第二接入场景进行变换和推导为：

结合光伏等效外特性和单级式光伏并网电站第二接入场景设置，采用戴维南等效、星三角变换及叠加法方法对光伏电站第二接入场景同步机端增加光伏系统进行变换，对振荡中心及失步振荡中心位置进行推导；

首先运用戴维南定理对单级式光伏并网电站第二接入场景及3号同步机进行化简，等值为同步机接阻抗的形式，最终得到等效戴维南电势E₃'与串联电阻与X₀'的表达式为：

其中，X_PV为光伏发电系统等效电抗，X₀为同步发电机的等效内电抗，为3号同步机等值电势，为3号同步机与光伏电源的戴维南等值电势；

对等效后的电路进行星三角变换，经过计算可得此时O点处电压为：

其中，X₁'为星三角变换后线路1-O的电抗与1号同步发电机电抗之和，X₂'为星三角变换后线路2-O的电抗与2号同步发电机电抗之和，X₃”'为星三角变换后线路3-O的电抗与等效戴维南电抗X₀'之和，为1号同步机的等值电势，为2号同步机的等值电势，为3号同步机与光伏电源的戴维南等值电势；

虚拟节点O的电压表达式可进一步表示为：

其中，X₁'为星三角变换后线路1-O的电抗与1号同步发电机电抗之和，X₂'为星三角变换后线路2-O的电抗与2号同步发电机电抗之和，X₃”'为星三角变换后线路3-O的电抗与等效戴维南电抗X₀'之和，E₁为1号同步机的等值电势幅值，E₂为2号同步机的等值电势幅值，E₃′为3号同步机与光伏电源的戴维南等值电势幅值，δ₁为1号同步机的相角，δ₂为2号同步机的相角，δ₃为3号同步机与光伏戴维南等效系统的相角，δ_i为第i号同步机的相角；

以上已经推导得到单级式光伏并网电站第二接入场景单级式光伏并网电站接入等值三机系统时虚拟同步机O点的电压及此时的m_i和n_i，将其代入步骤2中振荡中心位置函数及失步振荡中心位置函数即可得到单级式光伏并网电站第二接入场景中线路振荡中心位置的变化函数及失步振荡中心变化函数：

单级式光伏并网电站第二接入场景振荡中心位置函数为：

其中，X₁'为星三角变换后线路1-O的电抗与1号同步发电机电抗之和，X₂'为星三角变换后线路2-O的电抗与2号同步发电机电抗之和，X₃”'为星三角变换后线路3-O的电抗与光伏电源的等效戴维南电抗X₀'之和，E₁为1号同步机的等值电势幅值，E₂为2号同步机的等值电势幅值，E₃′为3号同步机与光伏电源的戴维南等值电势幅值，δ₁为1号同步机的相角，δ₂为2号同步机的相角，δ₃为3号同步机与光伏戴维南等效系统的相角，δ_i为第i号同步机的相角；

单级式光伏并网电站第二接入场景失步振荡中心位置函数为：

其中，X₁'为星三角变换后线路1-O的电抗与1号同步发电机电抗之和，X₂'为星三角变换后线路2-O的电抗与2号同步发电机电抗之和，X₃”'为星三角变换后线路3-O的电抗与光伏电源的等效戴维南电抗X₀'之和，E₁为1号同步机的等值电势幅值，E₂为2号同步机的等值电势幅值，E₃′为3号同步机与光伏电源的戴维南等值电势幅值，δ₁为1号同步机的相角，δ₂为2号同步机的相角，δ₃为3号同步机与光伏戴维南等效系统的相角，δ_i为第i号同步机的相角；

上述单级式光伏并网电站第二接入场景分析所得的振荡中心位置函数及失步振荡中心迁移函数，建立了该场景下并网光伏出力与振荡中心及失步振荡中心位置的关系表达式，可反映并网光伏出力变化时振荡中心及失步振荡中心的变化规律，为失步解列装置的选址提供参考；

步骤5中所述选择对应的振荡中心和失步振荡中心位置函数为失步解列装置的选址提供参考为：

若单级式光伏并网电站接入场景为第一接入场景则根据单级式光伏并网电站第一接入场景的振荡中心和失步振荡中心位置函数，为失步解列装置的选址提供参考；

若单级式光伏并网电站接入场景为第二接入场景则根据单级式光伏并网电站第二接入场景的振荡中心和失步振荡中心位置函数，为失步解列装置的选址提供参考。