一種發(fā)電機(jī)聚合的解析求解方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種發(fā)電機(jī)聚合的解析求解方法，本發(fā)明精確考慮了聚合過程中需要將各發(fā)電機(jī)移到假想公共母線上時(shí)所產(chǎn)生的電壓復(fù)變比影響，保證等值前后注入電網(wǎng)功率不變；將發(fā)電機(jī)注入電力網(wǎng)絡(luò)中的電流作為體現(xiàn)發(fā)電機(jī)模型結(jié)構(gòu)特征的載體，從而將發(fā)電機(jī)描述成由發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)所構(gòu)成的時(shí)域系數(shù)矩陣形式；考察聚合前后注入網(wǎng)絡(luò)電流情況，采用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的方式將待聚合發(fā)電機(jī)和等值機(jī)的電流相量移至全網(wǎng)同步平面的D軸和Q軸上并保證投影相等，從而在時(shí)域內(nèi)以非迭代的方式直接獲得了等值發(fā)電機(jī)高階（6階）模型參數(shù)。本發(fā)明具有良好地通用性，彌補(bǔ)了頻域迭代求解方法由于工作點(diǎn)設(shè)置或?qū)?yōu)方向選取不合理而導(dǎo)致不能準(zhǔn)確求解的不足，也解決了對發(fā)電機(jī)詳細(xì)模型的依賴性，計(jì)算量小，效率高，可適應(yīng)于大規(guī)模電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等值化簡應(yīng)用。
【專利說明】一種發(fā)電機(jī)聚合的解析求解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種適應(yīng)于發(fā)電機(jī)聚合的解析方法，屬于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電機(jī)聚合是將多臺(tái)具有相似動(dòng)態(tài)特性發(fā)電機(jī)進(jìn)行合并化簡的過程，它是電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值化簡中的核心工作。傳統(tǒng)的聚合方式可以大致分為經(jīng)典聚合、詳細(xì)聚合和尋優(yōu)聚合三種。經(jīng)典聚合的常見思路是加權(quán)求和，但要求等值前后的元件模型具有相同的結(jié)構(gòu)形式。詳細(xì)聚合是將4階模型發(fā)電機(jī)及其控制裝置(如等值勵(lì)磁機(jī)，原動(dòng)機(jī)-調(diào)速器和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)考慮在一起，但仍未涉及發(fā)電機(jī)高階(6階)詳細(xì)模型，難以滿足電力系統(tǒng)的實(shí)際工程需求。而尋優(yōu)聚合則是圍繞等值機(jī)傳遞函數(shù)與待聚合發(fā)電機(jī)傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)偏差最小這一優(yōu)化目標(biāo)，通過選擇不同的尋優(yōu)算法，從而得到等值發(fā)電機(jī)的參數(shù)。但普遍存在耗時(shí)、運(yùn)行效率低，具有一定不確定性，易陷入局部最優(yōu)等缺點(diǎn)。
[0003]同時(shí)，傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)聚合方法對模型應(yīng)具有明確的要求，存在較強(qiáng)的依賴性。通常，一種方法只適用于某特定模型。而實(shí)際電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的4階、5階和6階模型均得到廣泛采用。此外，傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)頻域聚合方法獲取發(fā)電機(jī)等值參數(shù)較為困難，而對工作點(diǎn)設(shè)置、尋優(yōu)方向有依賴性，且難以適應(yīng)于大規(guī)模電網(wǎng)(萬余節(jié)點(diǎn)，上千臺(tái)發(fā)電機(jī))的在線應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種新穎的發(fā)電機(jī)聚合方法，它能直接獲取發(fā)電機(jī)聚合解析解，計(jì)算量小，耗時(shí)少，更可應(yīng)用于在線計(jì)算。該方法能彌補(bǔ)傳統(tǒng)基于頻域傳遞函數(shù)擬合和時(shí)域仿真優(yōu)化的方法對工作點(diǎn)設(shè)置或?qū)?yōu)方向選取的依賴性，解決聚合算法對模型的約束要求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明發(fā)電機(jī)聚合的解析求解方法，包括如下實(shí)施步驟:
[0006]I)確定待聚合的發(fā)電機(jī)；
[0007]2)設(shè)置公共母線電壓Vy取待聚合發(fā)電機(jī)的額定電壓平均值，加入移相變壓器使各發(fā)電機(jī)移置到假想公共母線上；
[0008]3)修正移相變壓器兩端的對地支路導(dǎo)納支路，進(jìn)而修改系統(tǒng)導(dǎo)納陣，將移相變壓器化為理想變壓器，消除移置接入母線所帶來的電壓偏差；
[0009]4)檢驗(yàn)處理后系統(tǒng)的潮流與原系統(tǒng)潮流是否相符，如果相符，則進(jìn)行下面環(huán)節(jié)；否則重新選擇公共母線電壓，進(jìn)行移相變壓器消去；
[0010]5 )通過發(fā)電機(jī)注入電力網(wǎng)絡(luò)中的電流，將發(fā)電機(jī)構(gòu)造成由發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)所組成的時(shí)域系數(shù)矩陣形式；
[0011]6)利用發(fā)電機(jī)的時(shí)域系數(shù)矩陣特點(diǎn)，采用坐標(biāo)變換求取聚合前后注入電流在在同步平面各軸系投影分量，利用投影分量相等，從而獲取聚合后發(fā)電機(jī)的解析參數(shù)；[0012]7)用前一步得到的等值機(jī)參數(shù)進(jìn)行時(shí)域仿真，觀測聚合后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角、母線電壓、線路有功功率等動(dòng)態(tài)性能，若與原系統(tǒng)不一致，則返回第一步重新指定同調(diào)機(jī)組；若一致，則結(jié)束，輸出結(jié)果。
[0013]上述步驟5)獲取的聚合后發(fā)電機(jī)的解析參數(shù)包括D軸和Q軸的同步電抗Xd、XQ，暫態(tài)電抗Xd、XQ，次暫態(tài)電抗Xd、XQ，暫態(tài)時(shí)間常數(shù)T' Do；、T'QO 二次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)T" Do；、T" Q0*。
[0014]上述步驟I)發(fā)電機(jī)聚合需要將若干臺(tái)接線在不同母線的發(fā)電機(jī)移置到一條公共母線上，然后用一臺(tái)等值機(jī)代替的過程，具體要求包括:(1)滿足恒等功率變換，即等值發(fā)電機(jī)注入網(wǎng)絡(luò)的功率與待聚合發(fā)電機(jī)群注入網(wǎng)絡(luò)功率之和相等；(2)具有相同動(dòng)態(tài)特性，即待聚合發(fā)電機(jī)群具有相似的特性，在相同擾動(dòng)下的對電網(wǎng)的暫態(tài)影響一致。
[0015]上述步驟2)將各支路分別串聯(lián)相應(yīng)的移相變壓器接到公共母線e上的具體方法是:設(shè)一共m臺(tái)發(fā)電機(jī)，則第I~m臺(tái)發(fā)電機(jī)的復(fù)變比分別為1: a I: am ；
[0016]由恒等功率變換，將聚合機(jī)群移置至等值母線后，為消除電壓偏差影響，需要在母線e-k間接入了一個(gè)存在復(fù)數(shù)變比為1: a,的等價(jià)移相變壓器，為保證注入網(wǎng)絡(luò)功率不變，并考慮簡化聚合過程，需要消去等值的移相變壓器，具體處理方法是，等值母線和各連
接點(diǎn)之前相當(dāng)于經(jīng)接入了一個(gè)實(shí)數(shù)變比為的變壓器，在兩端進(jìn)行對地支路導(dǎo)
納修正，其中&為第k臺(tái)待聚合機(jī)的額定電壓，K為等值機(jī)的額定電壓，整個(gè)過程考慮了將各同調(diào)機(jī)組移到假想公共母線上時(shí)所產(chǎn)生的復(fù)變比的影響，使兩端電壓無穩(wěn)態(tài)偏差。
[0017]本發(fā)明聚合解析方法對發(fā)電機(jī)模型的詳細(xì)程度并不依賴，適應(yīng)于發(fā)電機(jī)4階至6階的不同情況。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]I)本發(fā)明精確考慮了聚合過程中需要將各發(fā)電機(jī)移置到假想公共母線上時(shí)所產(chǎn)生的復(fù)變比的影響，以加入等價(jià)移相變壓器，修正兩端對地支路導(dǎo)納，進(jìn)而消除電壓偏差。然后利用發(fā)電機(jī)的時(shí)域系數(shù)矩陣，要求聚合前后注入電流在在同步平面各軸系投影分量相等，從而確保聚合前后發(fā)電機(jī)可具有相同的動(dòng)態(tài)特性，并能直接獲取聚合后發(fā)電機(jī)的解析參數(shù)。
[0020]2)本發(fā)明通過加入等價(jià)移相變壓器，修正了兩側(cè)對地支路導(dǎo)納，消除了將同調(diào)發(fā)電機(jī)移置到假想公共母線所帶來的電壓偏差，從而保證聚合前后發(fā)電機(jī)注入網(wǎng)絡(luò)功率相等，使發(fā)電機(jī)聚合滿足功率守恒。
[0021]3)本發(fā)明利用發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)約束所帶來的時(shí)域系數(shù)，使聚合前后注入電流在同步平面D、Q軸上的分量投影不變，從而保證發(fā)電機(jī)具有相同的動(dòng)態(tài)性能。
[0022]4)本發(fā)明求解方法得到的發(fā)電機(jī)的參數(shù)是解析解，無須迭代、尋優(yōu)過程，可適應(yīng)于大規(guī)模電網(wǎng)在線化簡應(yīng)用。
[0023]5)本發(fā)明求解方法對發(fā)電機(jī)高階模型的適應(yīng)性。上述解析求解方法對實(shí)際系統(tǒng)中普遍采用的4階、5階或6階模型均有效。
[0024]6)本發(fā)明整個(gè)聚合過程計(jì)算量小，效率高，對發(fā)電機(jī)高階模型有良好的適應(yīng)性，可滿足實(shí)際電力系統(tǒng)中普遍采用的4階、5階或6階模型的技術(shù)需求?！緦＠綀D】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0026]圖2為將待發(fā)電機(jī)移至公共母線的系統(tǒng)示意圖。
[0027]圖3為加入移相變壓器示意圖。
[0028]圖4為修正對地支路消去電壓偏差示意圖。
[0029]圖5為同步平面各軸系投影分量的轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例:
[0031]本發(fā)明發(fā)電機(jī)聚合解析求解方法的包括如下實(shí)施步驟:
[0032]1)確定待聚合的發(fā)電機(jī)。
[0033]2)設(shè)置公共母線電壓Ve，可取待聚合發(fā)電機(jī)的額定電壓平均值，加入移相變壓器使各發(fā)電機(jī)移置到假想公共母線上。
[0034]3)修正移相變壓器兩端的對地支路導(dǎo)納支路，進(jìn)而修改系統(tǒng)導(dǎo)納陣，將移相變壓器化為理想變壓器，消除移置接入母線所帶來的電壓偏差。
[0035]4)檢驗(yàn)處理后系統(tǒng)的潮流與原系統(tǒng)潮流是否相符。如果相符，則進(jìn)行下面環(huán)節(jié)；否則重新選擇公共母線電壓，進(jìn)行移相變壓器消去。
[0036]5)通過發(fā)電機(jī)注入電力網(wǎng)絡(luò)中的電流，將發(fā)電機(jī)構(gòu)造成由發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)所組成的時(shí)域系數(shù)矩陣形式；
[0037]6)利用發(fā)電機(jī)的時(shí)域系數(shù)矩陣特點(diǎn)，采用坐標(biāo)變換求取聚合前后注入電流在在同步平面各軸系投影分量，利用投影分量相等，從而獲取聚合后發(fā)電機(jī)的解析參數(shù):包括D
軸和Q軸的同步電抗Au、％，暫態(tài)電抗X"、％，次暫態(tài)電抗ΙI、夂^，暫態(tài)時(shí)間常數(shù)
Ti do'T' </，次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)T" D(；、T" 這10項(xiàng)等值發(fā)電機(jī)參數(shù)。
[0038]7)用前一步得到的等值機(jī)參數(shù)進(jìn)行時(shí)域仿真，觀測聚合后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角、母線電壓、線路有功功率等動(dòng)態(tài)性能，若與原系統(tǒng)不一致則返回第一步重新指定同調(diào)機(jī)組；若一致則結(jié)束，輸出結(jié)果。
[0039]發(fā)電機(jī)聚合需要將若干臺(tái)接線在不同母線的發(fā)電機(jī)移置到一條公共母線上，然后用一臺(tái)等值機(jī)代替的過程。具體要求包括:(1)滿足恒等功率變換，即等值發(fā)電機(jī)注入網(wǎng)絡(luò)的功率與待聚合發(fā)電機(jī)群注入網(wǎng)絡(luò)功率之和相等；(2)具有相同動(dòng)態(tài)特性，即待聚合發(fā)電機(jī)群具有相似的特性，在相同擾動(dòng)下的對電網(wǎng)的暫態(tài)影響一致。
[0040]將各支路分別串聯(lián)相應(yīng)的移相變壓器接到公共母線e上，如圖2所示。設(shè)一共m臺(tái)發(fā)電機(jī)，則第I~m臺(tái)發(fā)電機(jī)的復(fù)變比分別為1: a !-1: am0
[0041]由恒等功率變換，將聚合機(jī)群移置至等值母線后，為消除電壓偏差影響，需要在母線e-k間接入了一個(gè)存在復(fù)數(shù)變比為1: a k的等價(jià)移相變壓器，如圖3所示。其中y為線
路阻抗，&、厶為第k臺(tái)待聚合機(jī)的額定電壓和注入電流相量，之、4為等值機(jī)的額定電
壓和注入電流相量。為保證注入網(wǎng)絡(luò)功率不變，并考慮簡化聚合過程，需要消去等值的移相變壓器。本專利的處理方法是，可將其等值為圖4所示電路，即等值母線和各連接點(diǎn)之前相當(dāng)于經(jīng)接入了一個(gè)實(shí)數(shù)變比為1%|=|^/?|的變壓器，在兩端進(jìn)行對地支路導(dǎo)納修正。整
個(gè)過程精確考慮了將各同調(diào)機(jī)組移到假想公共母線上時(shí)所產(chǎn)生的復(fù)變比的影響，可使兩端電壓無穩(wěn)態(tài)偏差。
[0042]本發(fā)明使用的聚合解析方法對發(fā)電機(jī)模型的詳細(xì)程度并不依賴，可適應(yīng)于發(fā)電機(jī)低階(4階)至高階(6階)的不同情況，能滿足多種適用場合的需求。
[0043]本發(fā)明中，發(fā)電機(jī)注入網(wǎng)絡(luò)電流可如式(I)所示，
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)電機(jī)聚合的解析求解方法，其特征在于包括如下實(shí)施步驟: 1)確定待聚合的發(fā)電機(jī)； 2)設(shè)置公共母線電壓I，取待聚合發(fā)電機(jī)的額定電壓平均值，加入移相變壓器使各發(fā)電機(jī)移置到假想公共母線上； 3)修正移相變壓器兩端的對地支路導(dǎo)納支路，進(jìn)而修改系統(tǒng)導(dǎo)納陣，將移相變壓器化為理想變壓器，消除移置接入母線所帶來的電壓偏差； 4)檢驗(yàn)處理后系統(tǒng)的潮流與原系統(tǒng)潮流是否相符，如果相符，則進(jìn)行下面環(huán)節(jié)；否則重新選擇公共母線電壓，進(jìn)行移相變壓器消去； 5)通過發(fā)電機(jī)注入電力網(wǎng)絡(luò)中的電流，將發(fā)電機(jī)構(gòu)造成由發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)所組成的時(shí)域系數(shù)矩陣形式； 6)利用發(fā)電機(jī)的時(shí)域系數(shù)矩陣特點(diǎn)，采用坐標(biāo)變換求取聚合前后注入電流在在同步平面各軸系投影分量，利用投影分量相等，從而獲取聚合后發(fā)電機(jī)的解析參數(shù)； 7)用前一步得到的等值機(jī)參數(shù)進(jìn)行時(shí)域仿真，觀測聚合后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角、母線電壓、線路有功功率等動(dòng)態(tài)性能，若與原系統(tǒng)不一致，則返回第一步重新指定同調(diào)機(jī)組；若一致，則結(jié)束，輸出結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)聚合解析求解方法，其特征在于上述步驟5)獲取的聚合后發(fā)電機(jī)的解析參數(shù)包括D軸和Q軸的同步電抗芯、％，暫態(tài)電抗XD,.dQ次暫態(tài)電抗XD,XQ ，暫態(tài)時(shí)間常數(shù)T' D0；、T' Qo，次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)T" D(；、T" Q0*。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)聚合解析求解方法，其特征在于上述步驟I)發(fā)電機(jī)聚合需要將若干臺(tái)接線在不同母線的發(fā)電機(jī)移置到一條公共母線上，然后用一臺(tái)等值機(jī)代替的過程，具體要求包括:(I)滿足恒等功率變換，即等值發(fā)電機(jī)注入網(wǎng)絡(luò)的功率與待聚合發(fā)電機(jī)群注入網(wǎng)絡(luò)功率之和相等；(2)具有相同動(dòng)態(tài)特性，即待聚合發(fā)電機(jī)群具有相似的特性，在相同擾動(dòng)下的對電網(wǎng)的暫態(tài)影響一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)聚合解析求解方法，其特征在于上述步驟2)將各支路分別串聯(lián)相應(yīng)的移相變壓器接到公共母線e上的具體方法是:設(shè)一共m臺(tái)發(fā)電機(jī)，則第I~m臺(tái)發(fā)電機(jī)的復(fù)變比分別為1: a r..1: am ； 由恒等功率變換，將聚合機(jī)群移置至等值母線后，為消除電壓偏差影響，需要在母線e-k間接入了一個(gè)存在復(fù)數(shù)變比為1: ak的等價(jià)移相變壓器，為保證注入網(wǎng)絡(luò)功率不變，并考慮簡化聚合過程，需要消去等值的移相變壓器，具體處理方法是，等值母線和各連接點(diǎn)之前相當(dāng)于經(jīng)接入了一個(gè)實(shí)數(shù)變比為|ak| = |Vk/Ve|的變壓器，在兩端進(jìn)行對地支路導(dǎo)納修正，其中&為第k臺(tái)待聚合機(jī)的額定電壓為等值機(jī)的額定電壓，整個(gè)過程考慮了將各同調(diào)機(jī)組移到假想公共母線上時(shí)所產(chǎn)生的復(fù)變比的影響，使兩端電壓無穩(wěn)態(tài)偏差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)聚合解析求解方法，其特征在于聚合解析方法以發(fā)電機(jī)注入網(wǎng)絡(luò)電流為媒介構(gòu)造發(fā)電機(jī)時(shí)域系數(shù)矩陣，能滿足多種適用場合的需求； 依據(jù)發(fā)電機(jī)雙軸結(jié)構(gòu)，將發(fā)電機(jī)注入網(wǎng)絡(luò)電流描述成如式(I)所示:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電機(jī)聚合解析求解方法，其特征在于聚合解析方法對發(fā)電機(jī)模型的詳細(xì)程度并不依賴，適應(yīng)于發(fā)電機(jī)4階至6階的不同情況。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK103928941SQ201410133240
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】王長香, 武志剛, 朱林, 門錕, 趙利剛, 楊誠, 甄鴻越, 李盛川 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司