一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法和系统，包括：基于预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型分析电力系统的频率动态分析计算式；将电力系统的实时数据代入所述电力系统的频率动态分析计算式，得到电力系统的频率动态分析结果；其中，所述电力系统的频率动态分析结果包括：电力系统临界状态的频率变化率、初始时刻的频率变化率和稳态的频率；本发明专利技术通过含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型可以直接得到电力系统频率变化率，为动态分析提供了依据。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法和系统
本专利技术属于风电机组的电力系统频率动态分析领域，具体涉及一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法和系统。
技术介绍
电力电子变换装备以其在电能形式及其参数变换方面的灵活性在风力发电中得到了越来越广泛的应用。然而以电力电子变换装备为接口的风力发电系统无法提供系统安全运行所需的惯量和阻尼，大量通过电力电子装置并网装备的接入使得系统动态特性恶化，稳定性下降，给系统的安全稳定运行带来了不利影响。为实现风电机组的友好并网，现有研究人员提出了多种电力电子变换器的控制方法，其中，通过模拟同步机的运行机制使新能源机组自然具备类似于同步机动态特性的虚拟同步控制技术成为了一种很有前景的技术发展趋势。现有使用的同步机动态特性的虚拟同步控制设备会在不同系统状态下，虚拟同步双馈风电机组对电网将表现出不同的频率特性。当大规模虚拟同步控制的双馈风电机组接入系统后，系统的频率动态的刻画和描述将面临新的挑战。加之现行的含虚拟同步双馈风电机组的系统频率的定量分析存在一定的困难，使得系统在动态分析方面有待加强。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法，包括：基于预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型分析电力系统的频率动态分析计算式；将电力系统的实时数据代入所述电力系统的频率动态分析计算式，得到电力系统的频率动态分析结果；其中，所述电力系统的频率动态分析结果包括：电力系统临界状态的频率变化率、初始时刻的频率变化率和稳态的频率。优选的，所述基于预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型分析电力系统的频率动态分析计算式，包括：忽略预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型中的同步机调速器的传递函数，得到电力系统临界状态的频率变化率的计算式；基于所述电力系统临界状态的频率变化率的计算式，采用初值定理求电力系统初始时刻的频率变化率的计算式；基于所述预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型，采用终值定理求电力系统稳态的频率的计算式。优选的，所述电力系统的实时数据，包括:电力系统发生有功阶跃扰动时的功率、同步机和虚拟同步双馈风电机组总的等效惯量、同步机数量以及各同步机的转子机械惯量。优选的，所述电力系统临界状态的频率变化率的计算式如下：其中，B表示稳态状态的频率变化率，ΔPstep表示电力系统发生有功阶跃扰动时的功率，Mtotal表示同步机和虚拟同步双馈风电机组总的等效惯量，s表示拉普拉斯算子。优选的，所述电力系统初始时刻的初始状态的频率变化率的计算式如下：其中，A表示初始时刻的初始状态的频率变化率，ΔPstep表示电力系统发生有功阶跃扰动时的功率，MSGi表示同步机i的转子机械惯量，i表示同步机，n表示同步机数量。优选的，所述电力系统稳态的频率的计算式如下：其中，C表示稳态的频率，ΔPstep表示系统发生有功阶跃扰动时的功率，Ggovi(·)表示同步机i的调速器的传递函数，s表示拉普拉斯算子，i表示同步机，n表示同步机数量。优选的，所述含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型的计算式如下：其中，表示电力系统频率变化率，ΔPl(·)表示系统功率发生总量的函数，Mtotal表示同步机和虚拟同步双馈风电机组总的等效惯量，i表示同步机，n表示同步机数量，Ggovi(·)表示同步机i的调速器的传递函数，s表示拉普拉斯算子。基于同一专利技术构思，本申请还提供了一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析系统，包括：分析计算模块和得出结果模块；所述分析计算模块，用于基于预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型分析电力系统的频率动态分析计算式；所述得出结果模块，用于将电力系统的实时数据代入所述电力系统的频率动态分析计算式，得到电力系统的频率动态分析结果；其中，所述电力系统的频率动态分析结果包括：电力系统临界状态的频率变化率、初始时刻的频率变化率和稳态的频率。优选的，所述分析计算模块，包括：临界子模块、初始子模块和稳态子模块；所述临界子模块，用于忽略预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型中的同步机调速器的传递函数，得到电力系统临界状态的频率变化率的计算式；所述初始子模块，用于基于所述电力系统临界状态的频率变化率的计算式，采用初值定理求电力系统初始时刻的频率变化率的计算式；所述稳态子模块，用于基于所述预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型，采用终值定理求电力系统稳态的频率的计算式。优选的，所述电力系统的实时数据，包括:电力系统发生有功阶跃扰动时的功率、同步机和虚拟同步双馈风电机组总的等效惯量、同步机数量以及各同步机的转子机械惯量。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有的有益效果如下：本专利技术提供的一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法和系统，包括：基于预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型分析电力系统的频率动态分析计算式；将电力系统的实时数据代入所述电力系统的频率动态分析计算式，得到电力系统的频率动态分析结果；其中，所述电力系统的频率动态分析结果包括：电力系统临界状态的频率变化率、初始时刻的频率变化率和稳态的频率。本专利技术解决了含虚拟同步双馈风电机组的系统频率的定量分析困难的问题，提高了系统的频率动态的刻画能力，通过模型可以直接得到电力系统频率变化率，为动态分析提供了依据。附图说明图1是本专利技术提供一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法的流程示意图；图2是本专利技术提供的虚拟同步双馈风电机组的运动方程模型示意图；图3是本专利技术提供的虚拟同步双馈风电机组运动方程简化模型示意图；图4是本专利技术提供的含虚拟同步双馈风电机组的系统频率动态分析模型示意图；图5是本专利技术提供的实施例的IEEE三机九节点仿真系统示意图；图6是本专利技术提供的实施例的虚拟同步双馈风电机组在MPPT区仿真对比结果图；图7是本专利技术提供的实施例的虚拟同步双馈风电机组在恒转速区仿真对比结果图；图8是本专利技术提供的实施例的虚拟同步双馈风电机组在恒功率区仿真对比结果图；图9是本专利技术提供的实施例的虚拟同步双馈风电机组在改变Tj和D对系统总等效惯量的影响图；图10是本专利技术提供的实施例的虚拟同步双馈风电机组在改变Tj和D对系统开环传递函数的影响图；图11是本专利技术提供的实施例的虚拟同步双馈风电机组在改变Tj和D对系统频率动态响应的影响图；图12是本专利技术提供一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析系统结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法，其特征在于，包括：/n基于预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型分析电力系统的频率动态分析计算式；/n将电力系统的实时数据代入所述电力系统的频率动态分析计算式，得到电力系统的频率动态分析结果；/n其中，所述电力系统的频率动态分析结果包括：电力系统临界状态的频率变化率、初始时刻的频率变化率和稳态的频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种双馈风电机组的电力系统频率动态分析方法，其特征在于，包括：
基于预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型分析电力系统的频率动态分析计算式；
将电力系统的实时数据代入所述电力系统的频率动态分析计算式，得到电力系统的频率动态分析结果；
其中，所述电力系统的频率动态分析结果包括：电力系统临界状态的频率变化率、初始时刻的频率变化率和稳态的频率。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型分析电力系统的频率动态分析计算式，包括：
忽略预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型中的同步机调速器的传递函数，得到电力系统临界状态的频率变化率的计算式；
基于所述电力系统临界状态的频率变化率的计算式，采用初值定理求电力系统初始时刻的频率变化率的计算式；
基于所述预先建立的含虚拟同步双馈风电机组的电力系统频率计算模型，采用终值定理求电力系统稳态的频率的计算式。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电力系统的实时数据，包括:电力系统发生有功阶跃扰动时的功率、同步机和虚拟同步双馈风电机组总的等效惯量、同步机数量以及各同步机的转子机械惯量。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述电力系统临界状态的频率变化率的计算式如下：



其中，B表示稳态状态的频率变化率，ΔPstep表示电力系统发生有功阶跃扰动时的功率，Mtotal表示同步机和虚拟同步双馈风电机组总的等效惯量，s表示拉普拉斯算子。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述电力系统初始时刻的初始状态的频率变化率的计算式如下：



其中，A表示初始时刻的初始状态的频率变化率，ΔPstep表示电力系统发生有功阶跃扰动时的功率，MSGi表示同步机i的转子机械惯量，i表示同步机，n表示同步机数量。


6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述电力系统稳态的...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟永宁，李琰，雷雨，田新首，何维，胡家兵，刘超，胡健祖，刘俊旭，辛向君，刘杰，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，华中科技大学，国网山东省电力公司烟台供电公司，
类型：发明
国别省市：北京;11