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      一種UPFC接入對于系統(tǒng)慣性響應(yīng)強弱的判別方法與流程

      文檔序號:11523003閱讀:929來源:國知局
      一種UPFC接入對于系統(tǒng)慣性響應(yīng)強弱的判別方法與流程
      本發(fā)明屬于電氣控制
      技術(shù)領(lǐng)域
      ,尤其是一種upfc接入對于系統(tǒng)慣性響應(yīng)強弱的判別方法。
      背景技術(shù)
      :統(tǒng)一潮流控制器(upfc)是迄今為止功能最為強大的facts裝置,其主要由一臺激勵變壓器(excitationtransformer,et)、一臺增壓變壓器(boostingtransformer,bt)、2個三相電壓源逆變器(voltagesourceconverter,vsc)和一個直流連接電容器組成。在智能電網(wǎng)中,vsc的類機電暫態(tài)特性是決定故障情況下upfc與交流系統(tǒng)動態(tài)交互的關(guān)鍵;upfc在系統(tǒng)機電暫態(tài)過程中的作用與故障有功功率是否穿越vsc以及穿越功率的大小和時間(能量)密切相關(guān)。在鎖相環(huán)不能及時、完全跟蹤裝置并網(wǎng)節(jié)點電壓相角的時間段內(nèi),vsc向電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出類機電暫態(tài)弱慣性;此時,upfc將通過vsc與交流系統(tǒng)產(chǎn)生有功功率動態(tài)交互,從而參與系統(tǒng)暫態(tài)功率的變化和分布,影響智能電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性。為此,需要建立upfc向電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出類機電暫態(tài)慣性強弱的的評價指標。技術(shù)實現(xiàn)要素:為了解決上述問題,本發(fā)明一種upfc接入對于系統(tǒng)慣性響應(yīng)強弱的判別方法,其特征在于,所述方法的具體步驟為1)收集數(shù)據(jù):收集系統(tǒng)發(fā)電機內(nèi)部數(shù)據(jù)、勵磁系統(tǒng)數(shù)據(jù);系統(tǒng)線路、節(jié)點參數(shù);upfc數(shù)據(jù);2)進行全系統(tǒng)潮流計算;3)計算upfc相關(guān)電氣量穩(wěn)態(tài)初值;4)選取目標振蕩模態(tài),計算各響應(yīng)函數(shù),判別upfc裝置向電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出類機電暫態(tài)慣性強弱:依據(jù)upfc線性化模型,計算upfc動態(tài)注入系統(tǒng)的功率偏差與upfc接入點的電壓相量偏差的比值,如果該比值為個位數(shù),則成為弱慣性響應(yīng);如果該比值為十位數(shù)及以上,則稱為強慣性響應(yīng)。所述步驟4)的具體過程為1)建立統(tǒng)一潮流控制器upfc狀態(tài)方程式(1)中第二、三行為upfc并聯(lián)側(cè)的電流環(huán)狀態(tài)方程,為upfc并聯(lián)側(cè)vsc電流相量,ied、ieq分別為的d、q軸分量;第四、五行為upfc串聯(lián)側(cè)的電流環(huán)狀態(tài)方程,為upfc串聯(lián)側(cè)vsc電流相量,ibd、ibq分別為的d、q軸分量;ω0為系統(tǒng)同步角頻率;xb、xe分別為upfc串、并聯(lián)側(cè)變壓器等值電抗;cdc為upfc電容參數(shù),vdc為upfc直流電容電壓,并聯(lián)vsc的有功交換pe=vedied+veqieq,串聯(lián)vsc的有功交換pb=vbdibd+vbqibq;v1d、v1q分別為upfc關(guān)聯(lián)節(jié)點電壓相量的d、q軸分量;v2d、v2q分別為upfc關(guān)聯(lián)節(jié)點電壓相量的d、q軸分量;2)建立upfc響應(yīng)方程式(2)中,δ為線性化算子;分別為式(1)中ied、ieq、ibd、ibq的參考指令值;v1為電壓相量的幅值,p2和q2分別為upfc調(diào)節(jié)線路的有功和無功功率;變量s為復(fù)頻率;kp11、ki11分別為pi外環(huán)控制器比例、積分參數(shù),kp12、ki12分別為pi內(nèi)環(huán)控制器比例、積分參數(shù);kp21、ki21、kp22、ki22、kp31、ki31、kp32、ki32、kp41、ki41、kp42、ki42為對應(yīng)pi控制器系數(shù);ged(s)、geq(s)為并聯(lián)電流內(nèi)環(huán)控制的傳遞函數(shù);gbd(s)、gbq(s)為串聯(lián)電流內(nèi)環(huán)控制的傳遞函數(shù);ged(s)=geq(s)=gbd(s)=gbq(s)=1;并聯(lián)vsc-e注入節(jié)點1的有功功率p1和無功功率q1有:p1+jq1=(v1d+jv1q)(ied-jieq)=v1died-jv1dieq(3)串聯(lián)vsc-b注入節(jié)點2的有功p2和無功q2有:p2+jq2=(v2d+jv2q)(ibd-jibq)=(v2dibd+v2qibq)+j(v2qibd-v2dibq)(4)對式(3)、(4)線性化,將式(2)代入,整理得:式(5)中,θ為電壓的相角;3)計算各響應(yīng)函數(shù)判別upfc裝置向電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出類機電暫態(tài)慣性強弱;表示為有功p1偏差與電壓幅值v1偏差的比值;表示為無功q1偏差與電壓幅值v1偏差的比值;表示為有功p2偏差與電壓幅值v2偏差的比值;表示為有功p2偏差與電壓相角θ偏差的比值;表示為無功q2偏差與電壓幅值v2偏差的比值;表示為無功q2偏差與電壓相角θ偏差的比值;有:式中,下標帶0的各變量表示各相關(guān)量的穩(wěn)態(tài)初值。本發(fā)明的有益效果為:具體的給出了upfc向電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出類機電暫態(tài)慣性強弱的判別指標,從而為upfc接入對于系統(tǒng)的動態(tài)影響提供了技術(shù)指導(dǎo)。附圖說明圖1是本發(fā)明的方法流程圖。圖2是本發(fā)明的統(tǒng)一潮流控制器upfc的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的upfc并聯(lián)側(cè)控制策略圖。圖4是本發(fā)明的upfc串聯(lián)側(cè)控制策略圖。圖5是本發(fā)明的裝有upfc的簡單四機兩區(qū)域電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式本發(fā)明提出了一種upfc接入對于系統(tǒng)慣性響應(yīng)強弱的判別方法,如圖1所示,包括如下步驟:1)建立upfc狀態(tài)方程upfc結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。式(1)中第二、三行與第四、五行分別為upfc并聯(lián)、串聯(lián)側(cè)的電流環(huán)狀態(tài)方程,為upfc并聯(lián)側(cè)vsc電流相量,ied、ieq分別為的d、q軸分量;為upfc串聯(lián)側(cè)vsc電流相量,ibd、ibq分別為的d、q軸分量;ω0為系統(tǒng)同步角頻率;xb、xe分別為upfc串、并聯(lián)側(cè)變壓器等值電抗。式(1)中第一行中,cdc為upfc電容參數(shù),vdc為upfc直流電容電壓,pe=vedied+veqieq為并聯(lián)vsc的有功交換,pb=vbdibd+vbqibq為串聯(lián)vsc的有功交換;v1d、v1q分別為upfc關(guān)聯(lián)節(jié)點電壓相量的d、q軸分量;v2d、v2q分別為upfc關(guān)聯(lián)節(jié)點電壓相量的d、q軸分量。upfc控制策略如圖3和圖4所示,并聯(lián)d軸分量控制直流電容電壓,q軸分量控制交流節(jié)點1的電壓幅值;串聯(lián)d軸分量控制upfc所在線路無功功率,q軸分量控制upfc所在線路有功功率。2)建立upfc響應(yīng)方程依據(jù)式(1)和圖3和圖4的upfc控制策略,可建立upfc電流響應(yīng)方程(2)式(2)中,δ為線性化算子;分別為式(1)中ied、ieq、ibd、ibq的參考指令值;v1為電壓相量的幅值,p2和q2分別為upfc調(diào)節(jié)線路的有功和無功功率;變量s稱作“復(fù)頻率”。kp11、ki11分別為圖2中pi外環(huán)控制器比例、積分參數(shù),kp12、ki12分別為圖2中pi內(nèi)環(huán)控制器比例、積分參數(shù);同理,kp21、ki21、kp22、ki22、kp31、ki31、kp32、ki32、kp41、ki41、kp42、ki42為對應(yīng)pi控制器系數(shù)。ged(s)、geq(s)和gbd(s)、gbq(s)分別為圖2和圖3中并聯(lián)、串聯(lián)電流內(nèi)環(huán)控制的傳遞函數(shù)。機電振蕩可忽略電流內(nèi)環(huán)特性,即(2)中:ged(s)=geq(s)=gbd(s)=gbq(s)=1由圖2得,并聯(lián)vsc-e注入節(jié)點1的有功功率p1和無功功率q1有:p1+jq1=(v1d+jv1q)(ied-jieq)=v1died-jv1dieq(3)串聯(lián)vsc-b注入節(jié)點2的有功p2和無功q2有:p2+jq2=(v2d+jv2q)(ibd-jibq)=(v2dibd+v2qibq)+j(v2qibd-v2dibq)(4)對式(3)、(4)線性化,將(2)代入,整理可得:式(6)中,θ為電壓的相角;表示為有功p1偏差與電壓幅值v1偏差的比值;表示為無功q1偏差與電壓幅值v1偏差的比值;表示為有功p2偏差與電壓幅值v2偏差的比值;表示為有功p2偏差與電壓相角θ偏差的比值;表示為無功q2偏差與電壓幅值v2偏差的比值;表示為無功q2偏差與電壓相角θ偏差的比值。有:式中,下標0表示各相關(guān)量的穩(wěn)態(tài)初值。1)收集數(shù)據(jù):收集系統(tǒng)發(fā)電機內(nèi)部數(shù)據(jù)、勵磁系統(tǒng)數(shù)據(jù);系統(tǒng)線路、節(jié)點參數(shù);upfc主要數(shù)據(jù)。如圖5所示,為裝有upfc的四機兩區(qū)域電力系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時,發(fā)電機1~4的輸出功率均為900mw;母線7和9的負荷為967mw和1767mw;upfc的參數(shù)為:cdc=1,vdc0=1,xe=0.01,xb=0.01,kp11=1、ki11=10,kp21=1、ki21=20,kp31=kp41=-0.25、ki31=ki41=2.5;發(fā)電機、輸電線路詳細參數(shù)分別見表1和表2:表1四機兩區(qū)系統(tǒng)的發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機tjxdxqx'dt′d0dkatag1131.81.70.380200.5g2131.81.70.380200.5g312.351.81.70.380200.5g412.351.81.70.380200.5tj表示為發(fā)電機轉(zhuǎn)子慣性常數(shù);d表示為發(fā)電機阻尼系數(shù);xd、xq分別表示為發(fā)電機直軸、交軸電抗;x'd表示為發(fā)電機直軸暫態(tài)電抗;td'0表示為發(fā)電機勵磁繞組本身時間常數(shù);ka、ta分別表示為勵磁調(diào)節(jié)器的增益和時間常數(shù)表2四機兩區(qū)系統(tǒng)的線路參數(shù)起始節(jié)點終止節(jié)點線路電阻線路電抗線路電納b1b500.01670b2b600.01670b3b1100.01670b4b1000.01670b5b60.00250.0250.0438b6b70.0010.010.0175b7b80.0110.110.1925b7b80.0110.110.1925b8b1200.0330b13b900.0770b8b90.0110.110.1925b9b100.0010.010.0175b10b110.00250.0250.04382)進行全系統(tǒng)潮流計算。潮流計算結(jié)果見如表3所示,表3穩(wěn)態(tài)運行情況下的系統(tǒng)潮流——節(jié)點電壓及功率注:upfc關(guān)聯(lián)節(jié)點12和13,等效為pq節(jié)點3)依據(jù)潮流計算結(jié)果,upfc各相關(guān)電氣量穩(wěn)態(tài)初值計算結(jié)果如下為:v10=0.9036,v20=0.9787,θ0=-0.4514,ied0=-0.1690,ieq0=0.0315,ibd0=2.0445,ibq0=-0.0792,vdc0=1.04)選取目標振蕩模態(tài),依據(jù)公式(5)計算各響應(yīng)函數(shù),判別upfc裝置向電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出類機電暫態(tài)慣性強弱。四機電力系統(tǒng)存在三個機電振蕩模態(tài):其中第一個模態(tài)為局部振蕩模態(tài)(g1-g2);第二個模態(tài)為局部振蕩模態(tài)(g3-g4);第三個模態(tài)為區(qū)域振蕩模態(tài)(g1g2-g3g4)。選定區(qū)域間模態(tài)λ3,對區(qū)域模態(tài)的振蕩進行分析;針對區(qū)域間模態(tài)λ3,根據(jù)式(6)計算頻率響應(yīng)函數(shù),計算結(jié)果列于表4。表4頻率響應(yīng)函數(shù)計算結(jié)果由表4可知,upfc并聯(lián)控制器頻率響應(yīng)的數(shù)量級小于串聯(lián)控制器頻率響應(yīng),表明:upfc并聯(lián)控制環(huán)節(jié)向電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出類機電弱慣性,串聯(lián)控制環(huán)節(jié)向電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出類機電強慣性。當前第1頁12
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