风电汇集地区动态无功控制交互影响的分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明是关于风电场无功电压控制技术，具体地，是关于一种风电汇集地区动态 无功控制交互影响的分析方法。
【背景技术】
[0002] 风能因其可再生、分布广、无污染等特性，已经成为世界可再生能源发展的重要方 向。由于我国风能资源主要集中在"三北"地区，而负荷中心多分布在东部地区，决定了目 前我国所采取的风电大规模集中接入，长距离输送供给负荷的方式，而这种方式给电力系 统带来很多挑战，其中，风电场接入系统的无功电压问题就是比较突出的一个。为应对此问 题，《风电接入电网技术规定》中要求并网风电场应配置无功一电压控制系统。
[0003] 目前，在内蒙、冀北等风电汇集地区已经配备自动电压控制系统，风电场自动电压 控制（AVC)子站作为二级电压控制模块，将上级调度的电压指令转换为无功指令，下发给 动态无功补偿装置的控制器，从而调节并网点母线电压；但在新疆、甘肃等地区的风电场 内，动态无功补偿装置则直接接收调度的电压指令来调节并网点母线电压。
[0004] 为避免上述事故的发生，需对静止无功补偿器（SVC)控制方式的风电汇集地区进 行电压稳定性评价，现有的电压稳定性评价方法存在的缺点是：该方法仅针对动态无功补 偿装置的感性支路恒无功控制方式在系统有电容扰动时汇集地区电压的稳定性，无法评价 SVC采用恒电压控制时的电压稳定性，而目前风电场中SVC控制方式多样，除恒无功控制方 式，还有高压侧恒电压控制、低压侧恒电压控制等方式。
[0005] 因此，如何能够更加全面、准确地评价风电汇集地区中系统在动态无功补偿装置 的不同控制方式下的电压稳定性是当前需要解决的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例的主要目的在于提供一种风电汇集地区动态无功控制交互影响的 分析方法，以更加全面、准确地评价风电汇集地区中系统在动态无功补偿装置的不同控制 方式下的电压稳定性。
[0007] 为了实现上述目的，本发明实施例提供一种风电汇集地区动态无功控制交互影响 的分析方法，该方法包括：根据待分析的风电汇集地区的网架结构形成节点导纳矩阵及网 络方程；根据待分析的风电汇集地区的动态无功补偿装置的控制方式建立所述动态无功补 偿装置的动态方程及输出方程；根据所述网络方程、动态方程及输出方程形成待分析的风 电汇集地区的线性化微分方程及线性化状态矩阵；根据所述线性化状态矩阵获取在动态无 功补偿装置的不同控制方式下的特征根；通过对所述特征根进行参与向量分析生成待分析 的评风电汇集地区态无功控制相互作用的分析结果。
[0008] 在一实施例中，上述的网络方程为：I = YU，其中，I为系统中各母线的注入电流矩 阵、U为系统中各母线的节点电压矩阵，Y为系统的所述节点导纳矩阵。
[0009] 在一实施例中，上述的动态方程为：
[0011] 其中，Bsll为第一状态变量；T H为采样延时时间；U为从系统中得到的控制点的实 际电压；Bs2l第二状态变量；Κ π为控制器积分系数；K Pl为控制器比例系数；U rafl为SVC的参 考电压；Bsv"为第三状态变量，即SVC输出的导纳；T 21为SVC触发时间常数。
[0012] 在一实施例中，上述的输出方程为山=，其中，1^为控制点的节点电压、I 控制点的注入电流，动态无功补偿装置在控制点的等效导纳。
[0013] 在一实施例中，上述的根据所述网络方程、动态方程及输出方程形成待分析的风 电汇集地区的线性化微分方程及线性化状态矩阵，包括：根据二阶同步发电机的控制模型、 所述动态方程及输出方程生成状态方程；对所述网络方程及状态方程分别进行线性化，并 将线性化后的状态方程代入线性化后的网络方程，生成所述的线性化微分方程及线性化状 态矩阵。
[0014] 在一实施例中，上述的二阶同步发电机的控制模型为：
[0016] 其中，δ为功率角；ω为发电机转子角频率；ω。为发电机转子额定角频率；T ;为 惯性时间常数；P"为输入功率；P e为电磁功率；D为阻尼系数；U d为定子d轴电压；Ε'，为d 轴暂态电势；X' q为q轴暂态电抗；I q为定子q轴电流；r为定子电阻；I d为定子d轴电流； Uq为定子q轴电压；E' q为q轴暂态电势；X' dSd轴暂态电抗。
[0017] 在一实施例中，上述的状态方程为：
[0019] 其中，&为发电机状态变量的微分矩阵；Xs为发电机状态变量矩阵；U (；为发电机 的输出电压矩阵；1(；为发电机的输出；为SVC状态变量的微分矩阵；xsveiSsvc状态变 量矩阵；1"为SVC的输出电压矩阵；I ^为SVC的输出电流矩阵；A (；、Bp Q、Dp AsvCi、BsvCi、 CSVCl、Dsv"为各矩阵前面的系数矩阵，无确定的物理含义。
[0020] 在一实施例中，上述的线性化微分方程为：
[0023] 在一实施例中，上述的线性化状态矩阵为：
[0024] 在一实施例中，上述的根据所述线性化状态矩阵获取在动态无功补偿装置的不同 控制方式下的特征根，包括：根据所述线性化状态矩阵分别获取在动态无功补偿装置的恒 无功控制方式下的特征根
及恒电压控制方式下的特征根λν(Α)= '{入 1，· · ·，入 rJ。
[0025] 本发明实施例的有益效果在于，本发明实施例的风电汇集地区动态无功控制交互 影响的分析方法，从动态无功补偿装置的控制方式入手研究风电汇集地区电压振荡的原 因，通过小干扰稳定分析法求解系统的特征根，并分析系统在动态无功补偿装置的不同控 制方式下特征根的变化，可以分析系统在动态无功补偿装置的不同控制方式下的稳定性， 对汇集地区动态无功控制方式的选择起到指导意义。
【附图说明】
[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
[0027] 图1为根据本发明实施例的风电汇集地区动态无功控制交互影响的分析方法的 流程图；
[0028] 图2为典型风电汇集地区拓扑结构图；
[0029] 图3为SVC恒电压控制框图；
[0030] 图4为SVC采用不同无功控制方式时的根轨迹示意图；
[0031 ] 图5为SVC高压侧恒电压控制下的时域仿真图；
[0032] 图6为SVC低压侧恒电压控制下的时域仿真图；
[0033] 图7为SVC恒无功控制下的时域仿真图。
【具体实施方式】
[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 本发明实施例提供一种风电汇集地区动态无功控制交互影响的分析方法。以下结 合附图对本发明进行详细说明。
[0036] 本发明实施例提供一种风电汇集地区动态无功控制交互影响的分析方法，如图1 所示，该分析方法主要包括以下各步骤：
[0037] 步骤S101 :根据待分析的风电汇集地区的网架结构形成节点导纳矩阵及网络方 程；
[0038] 步骤S102 :根据待分析的风电汇集地区的动态无功补偿装置的控制方式建立动 态无功补偿装置的动态方程及输出方程；
[0039] 步骤S103 :根据网络方程、动态方程及输出方程形成待分析的风电汇集地区的线 性化微分方程及线性化状态矩阵；
[0040] 步骤S104 :根据线性化状态矩阵获取在动态无功补偿装置的不同控制方式下的 特征根；
[0041] 步骤S105 :通过对特征根进行参与向量分析生成待分析的评风电汇集地区态无 功控制相互作用的分析结果。
[0042] 通过上述步骤S101~步骤S105,本发明实施例的风电汇集地区动态无功控制交 互影响的分析方法，从动态无功补偿装置的控制方式入手研究风电汇集地区电压振荡的原 因，通过小干扰稳定分析法求解系统的特征根，并分析系统在动态无功补偿装置的不同控 制方式下特征根的变化，可以分析系统在动态无功补偿装置的不同控制方式下的稳定性， 对汇集地区动态无功控制方式的选择起到指导意义。
[0043] 以下结合上述各步骤的具体内容，对本发明实施例的风电汇集地区动态无功控制 交互影响的分析方法进行详细描述。
[0044] 上述的步骤S101，根据待分析的风电汇集地区的网架结构形成节点导纳矩阵及网 络方程。
[0045] 图2为典型风电汇集地区拓扑结构图，图2中，B1~Bn为风电场低压侧母线，A1~ An为风电场高压侧母线，PCC为该地区所有风电场汇入的系统母线，风电场配有SVC。
[0046] 根据图2所示内容，按照发电机节点、SVC节点、其它节点的顺序对系统所有母线 编号，并列出系统的网络方程：
[0047] I = YU， (1)
[0048] 式中I、U表示系统中个母线的注入电流矩阵和节点电压矩阵，Y则表示系统的节 点导纳矩阵。
[0049] 上述步骤S102,根据待分析的风电汇集地区的动态无功补偿装置的控制方式建立 动态无功补偿装置的动态方程及输出方程。
[0050] 经典二阶同步发电机的控制模型可描述为：
[0053] 其中，δ为功率角；ω为发电机转子角频率；ω。为发电机转子额定角频率；T ;为 惯性时间常数；P"为输入功率；P e为电磁功率；D为阻尼系数；U d为定子d轴电压；Ε'，为d 轴暂态电势；X' q为q轴暂态电抗；I q为定子q轴电流；r为定子电阻；I d为定子d轴电流； uq为定子q轴电压；E' q为q轴暂态电势；x' dSd轴暂态电抗。
[0054] 为保证调节精度，风电场SVC控制器多采用PI调节器，以恒电压控制为例，说明 SVC的控制框图及动态方程。
[0055] 图3表示SVC恒电压控制框图，该恒无功控制框图与图2类似，输入量则变为SVC 安装点的无功。根据图3所示的SVC恒电压控制框图，第i个SVC的动态方程可表示为：
[0057] 其中，Bsll为第一状态变量；T H为采样延时时间；U为从系统中得到的控制点的实 际电压；Bs2l第二状态变量；Κ π为控制器积分系数；K Pl为控制器比例系数；U rafl为SVC的参 考电压；Bsv"为第三状态变量，即SVC输出的导纳；T 21为SVC触发时间常数。
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