[发明专利]一种基于电气解耦的发电机组经两直流送出系统模型简化方法

摘要

本发明公开了一种基于电气解耦的发电机组经两直流送出系统模型简化方法。该方法主要适用于两直流换流站系统相互对称的网络结构，通过该方法的等值简化，实现在等值前后发电机组电气阻尼特性不变的情况下将两直流换流站系统简化为两个独立的直流系统，实现两直流系统的解耦，降低了系统维数。在研究次同步振荡(SSO)问题时，系统所有元件需采用详细的电磁暂态模型，包括交流系统，输电线路，发电机电气部分，多质量块轴系模型，励磁系统，调速器，电力系统稳定器，直流系统等。本发明提出的一种基于电气解耦的发电机组经两直流送出系统模型简化方法，实现仿真模型的简化。

主权项

一种基于电气解耦的发电机组经两直流送出系统模型简化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将发电机组经两直流送出系统划分成3部分，即，待研究机组，HVDC1系统和HVDC2系统；(2)将两直流换流站的实际电力系统所有的状态变量分为三部分，分别是发电机电磁回路、励磁系统以及发电机出口母线电压状态变量，直流换流站HVDC1及其送端电网、受端电网状态变量，直流换流站HVDC2及其送端电网、受端电网状态变量；列写各部分状态变量如下所示：①发电机侧状态变量X_g1如式(1)所示： X_G1＝[Δψ_d1 Δψ_q1 Δψ_f1 Δψ_D1 Δψ_g1 Δψ_Q1]^T X_E1＝[Δx1₁ Δx1₂ Δx1_f]^T             (1)其中，X_G1是待研究发电机G1电磁回路的状态变量；Δψ表示状态变量为磁通，下标1表示待研究发电机G1；交流abc坐标系统经派克变换后得到旋转dq0坐标系统，下标d、q、g分别代表发电机直轴、交轴和等效的零轴；下标D、Q、f分别代表直轴阻尼绕组、交轴阻尼绕组和励磁绕组；X_E1是待研究发电机G1励磁系统状态变量；Δx1₁、Δx1₂、Δx1_f的选取是根据励磁系统的简化传递函数图得到的，其中x1_f是励磁电压，x1₁、x1₂是传递变量；X_ACU0是待研究发电机G1出口母线电压的状态变量，对母线A侧对地电容线性化所得，是电压量，下标0代表发电机，以区分换流站HVDC1、HVDC2侧中的交流系统的状态变量下标表示；u_A、指与待研究发电机G1相连的母线A的电压和相角；②换流站HVDC1侧的状态变量X_dc1如式(2)所示： X_DC1＝[Δα_c1 Δi_d1 Δβ₀₁] X_ACIac1＝[Δi_out1x Δi_out1y Δi_ac1x Δi_ac1y]其中，X_DC1是换流站HVDC1侧直流系统的状态变量；整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定熄弧角控制；i_d为直流电流，α_c为触发延迟角，β₀为触发超前角，下标1表示换流站HVDC1，X_ACU1是换流站HVDC1侧送端交流系统的状态变量，分为电压量，即接地电容状态变量，和电流量，即输电线路状态变量，下标1代表换流站HVDC1系统；u_B、u_C、指整流侧母线B和逆变侧母线C的电压和相角；i_abx、i_aby代表HVDC1整流侧接地电容上流过的电流i_ab的x、y轴分量，X_ACIac1是HVDC1侧受端交流系统的状态变量；i_out1x表示母线B流向等值电源1的电流，i_ac表示母线C流向等值电源2的电流；下标1表示HVDC1系统，x、y表示电流在x轴与y轴的分量；③换流站HVDC2侧的状态变量X_dc2如式(3)所示： X_DC2＝[Δα_c2 Δi_d2 Δβ₀₂] X_ACIac2＝[Δi_out2x Δi_out2y Δi_ac2x Δi_ac2y]其中，X_DC2是换流站HVDC2侧直流系统的状态变量；整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定熄弧角控制；i_d为直流电流，α_c为触发延迟角，β₀为触发超前角，下标2表示换流站HVDC2，X_ACU2是换流站HVDC2侧送端交流系统的状态变量，分为电压量(接地电容状态变量)和电流量(输电线路状态变量)，下标2代表换流站HVDC1系统；u_D、u_E、指整流侧母线D和逆变侧母线E的电压和相角；i_adx、i_ady代表HVDC2整流侧接地电容上流过的电流i_ad的x、y轴分量，X_ACIac2是HVDC2侧受端交流系统的状态变量；i_out1x表示母线D流向等值电源3的电流，i_ac表示母线E流向等值电源4的电流；下标2表示HVDC2系统，x、y表示电流在x轴与y轴的分量；(3)根据(2)中分类得到的状态变量列写状态方程，表示成矩阵形式，如(4)‑(7)所示：$\stackrel{\·}{X}=AX$$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{X_{dc1}}\\ \stackrel{\·}{X_{dc2}}\\ \stackrel{\·}{X_{g1}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{A}_{11}& 0& A_{1g}\\ 0& A_{11}& A_{1g}\\ A_{g1}& A_{g1}& A_{gg}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_{dc1}\\ X_{dc1}\\ X_g\end{array}\right]---\left(4\right)$其中，$\stackrel{\·}{X_{dc1}}=A_{11}{X}_{dc1}+A_{1g}{X}_g$代表方程组：pX_DC1＝A_DC1‑DC1X_DC1+A_DC1‑ACU1X_ACU1pX_ACIac1＝A_{ACIac1‑ACIac1}X_ACIac1+A_{ACIaac1‑ACU1}X_ACU1           (5)pX_ACU1＝A_ACU1‑ACU1X_ACU1+A_ACU1‑ACU0X_ACU0+A_{ACU1‑ACIac1}X_ACIac1+A_ACU1‑DC1X_DC1$\stackrel{\·}{X_{dc2}}=A_{11}{X}_{dc2}+A_{1g}{X}_g$代表方程组：pX_DC1＝A_DC1‑DC1X_DC1+A_DC1‑ACU1X_ACU1pX_ACIac2＝A_{ACIac2‑ACIac2}X_ACIac2+A_{ACIaac2‑ACU2}X_ACU2(6)pX_ACU2＝A_ACU2‑ACU2X_ACU2+A_ACU2‑ACU0X_ACU0+A_{ACU2‑ACIac2}X_ACIac2+A_ACU2‑DC2X_DC2$\stackrel{\·}{X_{g1}}=A_{g1}{X}_{dc1}+A_{g1}{X}_{dc2}+A_{gg}{X}_g$代表方程组：pX_G1＝A_G1‑G1X_G1+A_G1‑ACU0X_ACU0+A_G1‑δX_δ+A_G1‑E1X_E1pX_ACU0＝A_ACU0‑ACU0X_ACU0+A_ACU0‑ACU1X_ACU1+A_ACU0‑ACU2X_ACU2+A_ACU0‑G1X_G1+A_ACU‑δX_δ         (7)pX_E1＝A_E1‑E1X_E1+A_E1‑ACU0X_ACU0+A_E1‑G1X_G1+A_E1‑δX_δ(4)分析上述矩阵方程，由于换流站HVDC1和换流站HVDC2结构对称，因此矩阵A是一个对称矩阵；由于相似矩阵具有相同特征根，并且通过矩阵变化后原系统的特征信息被保留，因此，采用矩阵变换的方法，将两直流换流站系统进行等值简化，简化为两个独立的直流系统：选取正交变化矩阵如式(8)所示，$P=\left[\begin{array}{ccc}0.5I_1& I_1& 0\\ -0.5I_1& I_1& 0\\ 0& 0& I_g\end{array}\right]---\left(8\right)$其逆矩阵为式(9)：$P^{-1}=\left[\begin{array}{ccc}{I}_1& -I_1& 0\\ 0.5I_1& {0.51}_1& 0\\ 0& 0& I_g\end{array}\right]---\left(9\right)$其中I₁和I_g为单位矩阵，维数分别与A₁₁和A_gg相等，求出矩阵A的相似矩阵B如式(10)所示：$P^{-1}AP=B=\left[\begin{array}{ccc}{A}_{11}& 0& 0\\ 0& A_{11}& A_{1g}\\ 0& 2A_{g1}& A_{gg}\end{array}\right]---\left(10\right)$(5)分析矩阵A、B，其中矩阵B为分块矩阵，并且两个矩阵块相互独立，表示两个独立运行的系统；其中一个系统等价于直流换流站HVDC1与无穷大母线相连，实现与机组的扭振互作用解耦；另一个系统等价于直流换流站HVDC2先将接口中的互作用系数放大一倍，再经由线路与发电机连接。