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适用于大功率直流电源系统次同步振荡分析的图形化建模方法

新能源电力大功率直流电源系统的次同步振动问题呈现出多源参加特性,风、光、火多电源并存场景下,选用传统办法树立大功率直流电源多源系统的状况空间模型,施行难度较大。

 

提出一种图形化建模办法,该办法根据由根本元件构成的图形化模型库(状况空间形式),能够直观地构建杂乱大功率直流电源系统状况空间模型,并可在源网接口处理上供给较大便当。所提办法在SSR榜首规范模型上进行了精确性验证。

 

此外,树立风火打捆经直流送出大功率直流电源系统的状况空间模型,剖析风电接入对火电机组轴系次同步扭振形式的影响。最终得出图形化建模办法相关于传统办法具有独立性强、灵活性高、可视性好和扩展性强的长处。

 

随着新能源的很多接入,传统电力大功率直流电源系统次同步振动问题呈现出新的杂乱形式[1-3]。在时刻维度上,风电等新能源具有随机性,电源侧需求配套火电机组平抑出力动摇;在空间维度上,新能源发电大功率直流电源系统大多处于电网结尾,电网侧一般选用串补沟通或者高压直流两种输电办法,将大规模电力送往负荷中心。新能源发电大功率直流电源系统的时空特性决定了其电源侧呈现风、火多电源并存的格局;配套输电侧面对交直流混联的杂乱局势[1-3]。

 

然而,大规模新能源经串补送出以及风火打捆送出场景下,国内外风电场均呈现了次同步振动问题[4-9],如发生于美国德州和我国河北的双馈风电机组(Doubly FedInduction Generator, DFIG)次同步振动问题[4-8];发生于新疆哈密地区的永磁同步机组(Permanent MagnetSynchronous Generator, PMSG)次同步振动问题[9]。

 

特征值剖析法是电力大功率直流电源系统稳定性剖析的重要办法,树立待研大功率直流电源系统的状况空间是该办法的根底[10-13]。市场上,已有适用于低频振动特征值剖析的老练软件。可是,不同于电力大功率直流电源系统低频振动,次同步振动的频率违背同步速较多,沟通大功率直流电源系统不能选用准稳态模型,现有软件并不适用于次同步频率下的特征值剖析。因此,现有次同步振动问题的研讨,均自行树立典型大功率直流电源系统的状况空间模型,然后核算特征值。

 

文献[14,15]树立了双馈风电机组经串补并网的小信号模型,剖析了风速、串补度以及PI参数对次同步振动形式的影响,可是其在机网接口处做了简化处理。文献[16,17]根据分块建模的思维树立了多种机型的风电机组和风电场的状况空间模型,并详细剖析了风电机组与电网之间的扭振特性。可是电网部分的模型仅考虑了简略的沟通输电线路,且DFIG和PMSG机网接口选用并联电容,将电流扰动转换成电压扰动。这样的处理办法难以精确反映电流动摇和电压动摇之间的物理联络,并联电容增加了状况变量的数目,容易与大功率直流电源系统中其余电感发生高频振动形式。

 

选用传统特征值法树立动态大功率直流电源系统的状况空间模型[10-13],一次构成大功率直流电源系统全体的状况空间模型,关于杂乱大功率直流电源多源系统,核算难度较大,出错率较高;此外,这种“一次成型”的办法扩展性不强,一旦接入新的元件,大功率直流电源系统全体矩阵将从头调整。

 

为补偿传统特征值剖析办法的不足,本文提出了一种图形化建模办法,它根据分块建模的思维,首要树立适用于电力大功率直流电源系统剖析的根本元件库(状况空间模型),然后依照待研大功率直流电源系统接线办法树立杂乱大功率直流电源系统的可视化模型,根据Matlab函数求取大功率直流电源系统的状况空间模型并进行特征值剖析。

 

本文首要介绍图形化建模办法的流程以及源网接口的处理办法;然后,以SSR榜首规范模型(IEEE FirstBenchmark Model for Sub-Synchronous Resonance Studies, SSRFBM)作为算例,校验所提办法的精确性;根据图形化建模办法,树立风火打捆大功率直流电源多源系统的状况空间模型;剖析火电机组轴系的次同步振动形式;最终,总结出图形化建模办法相对传统办法的优势。

 大功率直流电源多源系统电气主接线图

图6 大功率直流电源多源系统电气主接线图

定论

本文提出了一种适用于杂乱大功率直流电源系统状况空间的图形化建模办法,根据该办法,树立了风火打捆大功率直流电源多源系统的状况空间模型,要点剖析了火电机组轴系的次同步振动形式。结果表明,一定份额的风电接入,有利于提高火电机组轴系的次同步阻尼。图形化建模办法相关于传统办法的优势如下:

 

1)易完成。关于一个杂乱大功率直流电源系统,若选用传统办法,一次构成完整的大功率直流电源系统状况空间模型,难度较大,且出错率较高。图形化建模的办法,能够化整为零,从简略根本元件状况空间的建模开始,逐渐树立杂乱大功率直流电源系统状况空间。

 

2)独立性强。一切的根本单元都是相互独立的状况空间模型,能够剖析比如轴系模型的天然扭振频率等信息。一起还能够“传递”微重量,减小代数核算(源网接口)的工作量。

 

3)灵活性高。经过增减和置换元件,能够研讨特定元件对待研大功率直流电源系统振动形式的影响,如研讨SVC和SVG等无功补偿设备投退对大功率直流电源系统振动形式的影响。

 

4)可视性好。图形化建模办法能够直观的看到杂乱大功率直流电源系统模型包括的根本单元,并能够对各个单元进行可视化修正和增减。

 

5)扩展性强。灵活性和可视性的结合使图形化建模办法具有较强的扩展性,在不发生“维数灾”的前提下,易于树立较杂乱大功率直流电源系统的状况空间模型。

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