[发明专利]一种基于暂态电抗后电势的异步电动机等效惯量评估方法

说明书

本发明属于异步电动机惯量评估技术领域，针对现有评估方法不能深刻反映异步电动机内部规律、直观理解异步电动机在系统频率扰动时的惯量评估问题，公开了一种基于暂态电抗后电势的异步电动机等效惯量评估方法。该方法首先在异步电动机暂态电抗后电势与输入、输出功率之间的关系的基础上，提出了基于暂态电抗后电势的幅相运动方程。其次，利用小信号分析方法得到异步电动机机电时间尺度下，含等效惯量的暂态电抗后电势相位运动方程，进而评估异步电动机的等效惯量。最后，通过时域仿真，验证了所提异步电动机等效惯量评估方法的正确性和有效性。

技术领域

本发明属于异步电动机惯量评估技术领域，具体为一种基于暂态电抗后电势的异步电动机等效惯量评估方法。

背景技术

随着可再生能源的快速发展，大量同步电源逐渐被风、光等非同步电源所取代。由于传统控制策略下的非同步电源无惯量响应特性，因此同步电源的不断减少，使得系统总的惯量水平下降，系统频率特性恶化，严重时可能造成系统故障甚至电网解列。而在负荷侧，占比较高的异步电动机本质上能对电网频率扰动提供惯量支撑。在此背景下，异步电动机惯量对黑启动过程中系统频率特性的影响尤为突显。因此，针对黑启动过程中系统频率稳定问题，评估异步电动机惯量就显得尤为重要。

异步电机因能够通过释放转子动能对系统频率扰动提供惯量支撑而在近年来引起了学者们的关注。为了准确评估异步电机在系统频率扰动时的惯量水平，Morren J、Keung P K等通过计算转子动能与其容量的比值来得到异步电机的转动惯量，进而分析异步电机对系统频率特性的影响。Prabha Kundur、Pradhan C等在研究中将异步电机对系统频率特性的影响定义为阻尼系数，实际上异步电机通过直接并网的方式能够对系统频率扰动提供一定的惯量支撑。上述现有技术描述的是异步电机的转动惯量，而转动惯量决定的是发生功率扰动时转子转速的变化率，并不能代表异步电机在系统频率扰动时体现出的总惯量。实际上，当系统能量不平衡时，异步电机输出功率与系统频率变化率之间的灵敏度决定了其在系统中所体现出的惯量。基于异步电机的详细模型，Chen L等人通过传递函数研究了异步电机输出功率与系统频率变化率之间的关系，阐明了异步电动机惯量对系统频率响应特性的影响。基于平均系统频率的概念及多项式拟合的方法，Inoue T等人通过系统扰动功率变化与扰动时刻系统频率变化率的比值来得到系统总的惯量，在此基础上，将系统总惯量减去系统中同步发电机与固定速风力发电机的惯量，得到异步电机负荷的惯量。上述评估方法对发电机参数的要求较高并且过于数学化的理论推导在一定程度上忽略了异步电机本身的物理规律。此外，文献“异步电机机电时间尺度有效惯量评估及其对可再生能源并网系统频率动态的影响”定义异步电机内电势概念，通过小信号建模的方法建立其相位运动方程，以此评估异步电机有效惯量，虽然这种方法可以直观理解异步电机对频率特性的影响，但是忽略了异步电机内部的物理规律，需要进一步地研究。

发明内容

针对现有评估方法不能深刻反映异步电动机内部规律、直观理解异步电动机在系统频率扰动时的惯量评估问题，本发明提供了一种基于暂态电抗后电势的异步电动机等效惯量评估方法。本方法首先在异步电动机暂态电抗后电势与输入、输出功率之间的关系的基础上提出了基于暂态电抗后电势的幅相运动方程。其次，利用小信号分析方法得到异步电动机机电时间尺度下含等效惯量的暂态电抗后电势相位运动方程，进而评估异步电动机的等效惯量。最后，通过时域仿真，验证了异步电动机等效惯量的正确性和有效性。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

本发明提供了一种基于暂态电抗后电势的异步电动机等效惯量评估方法，包括以下步骤：

步骤1，提出基于暂态电抗后电势的幅相运动方程；

步骤2，利用小信号分析方法得到异步电动机机电时间尺度下，含等效惯量的暂态电抗后电势相位运动方程，进而评估异步电动机的等效惯量。

进一步，所述步骤1中基于暂态电抗后电势的幅相运动方程提出的具体过程为：