[发明专利]一种可再生能源发电系统稳定性量化分析方法

说明书

本发明公开了电力系统及其自动化技术领域的一种可再生能源发电系统稳定性量化分析方法。所述方法包括：提炼幅相等效参量表征各可再生能源发电子系统动态特性；深入挖掘参量信息，来反映各子系统间稳定性交互特性；进一步将各子系统幅相等效参量执行等值聚合，量化得原可再生能源发电系统稳定性量化指标。本发明可提炼可再生能源发电系统稳定性量化信息，在非同步可再生能源发电系统稳定性量化研究领域填补了技术空白，为进一步将大规模电力电子设备主导的可再生能源发电系统纳入稳定控制和优化决策环节、实现其精准控制，奠定了理论基础，具有重大的理论和工程意义。

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，尤其涉及一种可再生能源发电系统稳定性量化分析方法。

背景技术

随着大规模电力电子设备主导的可再生能源大力发展，常规机组的转动惯量被大量小惯量或无惯量的可再生能源取代，导致系统总体惯量不断减小。同时，电力电子化的电力系统，其控制和保护系统相对传统同步发电系统更为复杂，如风电系统，包含转子转速、直流电压和交流电流等不同时间尺度的控制；在系统故障期间的暂态过程中，风机为避免过电压和过电流损毁直流母线电容器和电力电子换流阀，还会采用复杂的辅助电路和保护控制。

可再生能源固有的随机波动特性，使得大规模可再生能源并网的电力系统不确定因素及时变因素剧增。电力系统安全稳定态势越趋复杂、且越来越接近临界，对系统稳定性分析及控制的准确性和快速性要求越趋严格，难度则不断增大。

正如《动态EEAC的自适应分段映射》一文中所提及，含有大规模可再生能源发电的电力系统，被换流器解耦割裂为机械转动惯量相互独立的众多非同步可再生能源发电子系统和常规同步机组成的同步发电系统。电力电子化电力系统的稳定性分析，分为：受非同步可再生能源发电系统影响的同步发电机系统的同步稳定性分析，以及受同步发电机系统影响的非同步可再生能源发电系统的稳定性分析。

同步发电机系统的同步稳定性分析问题，即在电力电子设备主导的可再生能源发电系统影响下、传统同步惯量发电机组间的同步稳定性问题。可利用时域仿真法获得可再生能源发电系统影响下，传统同步惯量发电机组的受扰轨迹，并基于稳定机理针对传统同步惯量发电机组摇摆曲线进行数据挖掘，实现量化分析。分析精度则决定于对电力电子设备主导的可再生能源发电系统建模的详细程度。已有研究多涉及这一领域。

非同步可再生能源发电系统受同步发电机系统影响下的稳定性分析，即在传统同步惯量发电机组的影响下、各非同步可再生能源发电子系统间及子系统内部各电力电子设备间交互影响特性及稳定性分析问题。已有研究大多在对同步发电机系统进行无穷大等值的前提下，应用小信号稳定性分析探究电力电子设备内各控制环节间交互影响特性。然而，利用小信号稳定性分析方法，可以评估平衡点处电力电子设备内各控制环节的渐进稳定性，却难以量化其全局稳定裕度；针对被大量换流器解耦割裂的各非同步可再生能源发电子系统及子系统内部各电力电子设备间交互影响特性的研究寥寥无几，非同步可再生能源发电系统全局稳定程度的量化则更是难题。

数据挖掘的终极目的是实现控制决策优化。若仅实现针对同步发电系统的量化分析，即忽略可再生能源发电系统的等效惯量(包括自身的转动惯量和虚拟的控制惯量等)对系统不平衡功率的影响，通过等值功率注入法计及可再生能源发电系统内各电力电子设备动态特性对同步发电系统的影响，量化控制决策优化仅限于同步发电机组；而对于非同步可再生能源发电系统，由于无法量化其受扰程度及稳定态势，只能通过实施相对保守的新能源场站级控制策略，无法实现针对电力电子设备主导的非同步可再生能源发电系统的精准控制和策略优化。其结果必然是以牺牲一定的经济性为代价，最大程度地满足控制可靠性，电力系统安稳控制可靠性及经济性就无法满足协调兼顾。