[发明专利]基于聚合RLC电路模型的电力系统次同步谐振分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种基于聚合RLC电路模型的电力系统次同步谐振分析方法。

背景技术

固定串联电容补偿能有效的提高线路的输电能力和电力系统的暂态稳定性，在现代电力系统中的应用越来越广泛。然而，固定串补与周围的汽轮发电机组或者风力发电机组相互作用容易引发一种特殊的电力系统稳定性问题，也就是SSR(Subsynchronous Resonance，次同步谐振)。SSR对机网稳定性和设备安全带来不良影响，例如SSR对汽轮机组大轴机械系统造成疲劳损伤，降低机组寿命甚至引起大轴断裂，造成严重的设备损坏乃至人身安全事故；SSR能导致周边风电场中大量风机的脱网和撬棒电路的损坏。

相关技术中，针对电力系统SSR问题的分析方法主要有特征值分析法、频率扫描法、复数力矩系数法和时域仿真法等。近年来，广泛应用于电力电子设备和电力系统相互作用研究的阻抗模型分析法提供了新思路。在实际应用中，阻抗模型具有以下几个优点：1)经推导可以得到各子系统的阻抗模型和整体系统阻抗模型，且物理意义相对明确；2)改变系统参数时，仅影响某个或几个子系统的阻抗模型，对整体阻抗模型影响小；3)可采用基于阻抗模型的Nyquist稳定判据判断系统稳定性，形象直观。

然而，在以往的阻抗建模过程中，为了推导方便，大多采用电机的准稳态模型，不考虑其动态特性。并且，对系统中控制器的控制策略也做了相应的简化，忽略了部分控制器的动态特性。虽然这些简化操作有利于系统阻抗模型的建立，却带来了不容忽视的分析误差，原阻抗模型仅能采用Nyquist稳定判据判断系统的稳定性，不适用于SSR风险的精确评估和量化分析。本发明中提出了一种基于聚合RLC电路模型的次同步谐振问题量化分析方法，即建立电厂及其串补输电系统详细的阻抗模型，并在谐振频率处将其聚合为二阶RLC电路模型，基于聚合电路参数实现了SSR的精确量化分析。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于聚合RLC电路模型的电力系统次同步谐振分析方法，该分析方法可以减小分析误差，实现SSR精确量化分析。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于聚合RLC电路模型的电力系统次同步谐振分析方法，包括以下步骤：获取电厂参数和电力系统参数，并分别根据所述电厂参数和电力系统参数建立电厂模型和串补输电系统模型，以分别获取所述电厂模型和所述串补输电系统模型中各子系统的非线性微分方程模型；获取特殊工况下的电厂参数和电力系统参数，并根据所述特殊工况下的电厂参数和电力系统参数和所述各子系统的非线性微分方程模型生成所述各子系统的状态方程模型；根据拉普拉斯变换和所述各子系统的状态方程模型生成所述各子系统的代数方程模型；分别结合所述电厂模型中各子系统的代数方程模型和所述串补输电系统模型中各子系统的代数方程模型获取电厂的阻抗模型和串补输电系统的等效阻抗模型，以根据所述电厂的阻抗模型和所述串补输电系统的等效阻抗模型生成最终等效阻抗模型；获取所述最终等效阻抗模型的串联谐振点；根据所述串联谐振点将所述最终等效阻抗模型聚合为等效二阶RLC电路模型；以及量化SSR分析。

根据本发明实施例提出的基于聚合RLC电路模型的电力系统次同步谐振分析方法，通过建立电厂和串补输电系统的阻抗模型，并在谐振频率处将等效阻抗模型聚合为等效二阶RLC电路模型，从而进行量化SSR分析，实现SSR的精确量化评估，减小分析误差，提高分析精确度。

另外，根据本发明上述实施例的基于聚合RLC电路模型的电力系统次同步谐振分析方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述电厂参数包括电厂内每个发电机和变压器组的参数、厂内连接线的拓扑结构和厂用电情况信息中的一个或多个参数，所述电力系统参数包括系统的拓扑结构和线路参数、串联补偿装置的参数中的一个或多个参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述各子系统的状态方程模型为：

其中，Δx_i为状态变量增量列向量，Δu_i为输出变量增量列向量，Δy_i为控制变量增量列向量，A_i，B_i，C_i，D_i分别为相应维度的系数矩阵，Δ表示增量计算，下标i表示第i个子系统。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述各子系统的代数方程模型为：