[发明专利]一种同步电机对系统阻尼特性的分析方法

说明书

本发明提供了一种同步电机对系统阻尼特性的分析方法，涉及电力仿真的技术领域，包括：构建MGP系统的小干扰状态方程；基于MGP系统的小干扰状态方程获取在干扰下MGP系统的特征方程并求取特征方程的特征值；基于特征方程获取MGP系统的阻尼比以及单个同步电机的阻尼比。通过本发明提供的方法可以建立同步电机对系统(MGP)小干扰动态仿真模型，用以验证MGP系统可以有效增强新能源机组的阻尼水平，从而抑制不稳定问题。

技术领域

本发明涉及电力仿真的技术领域，尤其是涉及一种同步电机对系统阻尼特性的分析方法。

背景技术

在化石能源日趋枯竭和环境问题日益凸显背景下，大力发展新能源发电取代传统火力发电厂逐渐成为世界各国解决能源和环境问题的一种有效举措，被视为未来电力发展的必然趋势。随着风电和光伏的成本下降和电力电子技术的快速发展，新能源在电力系统中的占比迅速增加。高比例新能源并网后，一方面新能源的随机波动性给电网带来了不稳定的因素；另一方面，越来越多的传统同步发电机被大量的新能源并网换流器所替代，使得高比例新能源电网呈现高度电力电子化特性，给电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战。主要体现在：1)新能源机组缺乏可靠的惯性响应，导致系统频率调节能力显著下降；2)新能源换流器的暂态电压支撑能力不足，系统的短路容量大幅降低，电网电压崩溃风险加大；3)电力电子装置的快速响应特性引发中频带(5～300Hz)的新稳定问题，新能源并网呈现的负阻尼效应加剧了系统振荡。

在提高新能源系统阻尼抑制振荡方面，现有技术剖析了新能源并网引发的次同步振荡问题的新特点，并通过机械控制桨距角来提高风机的阻尼，但机械调节速度较慢且能力十分有限，同时可利用同步电机PSS的原理，在风机的换流器中引入附加阻尼控制器来提高阻尼，抑或通过控制双馈风机的有功和无功来提供系统所需的阻尼。

上述措施虽然在一定程度上能缓解大量电力电子器件带来的负阻尼效应，但是其局限性很大，依靠光伏自身一定的无功调节能力存在固有局限性，无法达到超高占比新能源系统阻尼水平的更高要求，较复杂的控制策略在实际运行中不易实现，且受限于变换器容量的限制。

综上，依靠新能源自身的调控作用无法从根本上解决超高占比新能源系统弱阻尼的问题，需要寻求新的解决方式。有学者提出同步电机对系统(motor-generator pair,MGP)的概念，最初用于提升高比例新能源电网的惯性，MGP系统由两台同轴连接的同步电机构成，新能源发电设备通过MGP系统并入电网运行。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同步电机对系统阻尼特性的分析方法，以建立同步电机对系统(MGP)小干扰动态仿真模型，用以验证通过MGP系统可以有效增强新能源机组的阻尼水平，从而抑制不稳定问题。

本发明提供了一种同步电机对系统阻尼特性的分析方法，包括：

构建MGP系统的小干扰状态方程；

基于所述MGP系统的小干扰状态方程获取在干扰下MGP系统的特征方程并求取特征方程的特征值；

基于特征方程获取MGP系统的阻尼比以及单个同步电机的阻尼比。

优选的，采用如下公式构建MGP系统的小干扰状态方程：

T_eM—电动机的电磁转矩；

ω₀—基准转子角速度；

H—惯性时间常数相等；

K_DM—电动机和发电机的阻尼系数

δ_M和δ_G分别是电动机以及发电机母线侧的母线电压U_BM和U_BG功率角；