專利名稱：一種電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域及其確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析與運(yùn)行技術(shù)，尤其涉及一種用以判斷電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定器對(duì)低頻振蕩、次同步振蕩問題的適應(yīng)性的電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域及其確定方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)次同步振蕩(Sub-Synchronous Oscillation, SS0)是指電力系統(tǒng)的一種不正常運(yùn)行狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，電氣系統(tǒng)和汽輪發(fā)電機(jī)組以低于系統(tǒng)同步頻率的某個(gè)或多個(gè)振蕩頻率交換顯著的能量。長期處于這種狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組大軸疲勞積累，甚至斷裂，從而嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。國內(nèi)外的眾多學(xué)者和電力工作者對(duì)次同步振蕩問題做了大量的研究和試驗(yàn)，并開發(fā)了一些用于抑制次同步振蕩的阻尼控制器，如附加勵(lì)磁阻尼控制器(supplementary excitation damping controller, SEDC)、FACTS附加阻尼控制器等，但阻尼控制器往往針對(duì)簡單系統(tǒng)、單一運(yùn)行狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)，存在魯棒性不足的問題，而且對(duì)阻尼控制器的魯棒性好壞缺乏統(tǒng)一的評(píng)判依據(jù)。因此，提出一種具有普遍適用性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，用于評(píng)判各種次同步振蕩阻尼控制器優(yōu)劣、輔助控制器的設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)非常具有意義的工作。傳統(tǒng)的次同步振蕩阻尼控制器設(shè)計(jì)時(shí)，往往只針對(duì)單一的系統(tǒng)運(yùn)行模式，這種阻尼控制器對(duì)特定的系統(tǒng)起到很好的阻尼作用，但當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)，其魯棒性難以得到保證。現(xiàn)有的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)往往是針對(duì)某個(gè)特定的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，使得不穩(wěn)定的次同步振蕩模式變?yōu)榉€(wěn)定，或是某個(gè)振蕩模式的阻尼比提升到一定的程度上，但這種評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)難以適應(yīng)復(fù)雜的電網(wǎng)運(yùn)行情況。不少學(xué)者使用非線性分岔分析來確定系統(tǒng)的參數(shù)空間可行域， 該方法不失為一種考慮比較全面的方法，其中與電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩相對(duì)應(yīng)的是hopf分岔，但hopf分岔以虛軸為界，在實(shí)際工程中的意義不大。實(shí)際運(yùn)行中，總是希望各振蕩模式的阻尼比保持在一定的水平之上，例如，參照低頻振蕩的阻尼比要求，根據(jù)《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計(jì)算規(guī)定》，區(qū)域振蕩模式以及與主要大電廠、大機(jī)組強(qiáng)相關(guān)的振蕩模式的阻尼比一般應(yīng)達(dá)到0. 03以上。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域及其確定方法，針對(duì)次同步振蕩電氣阻尼特性受電網(wǎng)運(yùn)行方式影響較大，從而導(dǎo)致次同步振蕩阻尼控制器適應(yīng)性不強(qiáng)的問題，采用阻尼穩(wěn)定域作為阻尼控制器的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并給出了阻尼穩(wěn)定域的相關(guān)計(jì)算方法。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為—種電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域，以特征根穿越阻尼軸時(shí)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的大小為阻尼穩(wěn)定域邊界，劃分電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行范圍，位于所述阻尼穩(wěn)定域邊界內(nèi)的范圍為符合電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩安全標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行范圍，即阻尼穩(wěn)定域。所述阻尼軸上的任意一點(diǎn)所代表的特征根，具有相同的阻尼比，該阻尼比的取值可由工程運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)確定。本發(fā)明以阻尼穩(wěn)定域作為評(píng)判電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行范圍的新指標(biāo)，當(dāng)電力系統(tǒng)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)在該阻尼穩(wěn)定域的安全范圍內(nèi)時(shí)，電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩的阻尼比均在一定的標(biāo)準(zhǔn)之上，可確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；阻尼穩(wěn)定域可用來判斷電力系統(tǒng)阻尼控制器的適應(yīng)性，安裝阻尼控制器后，阻尼穩(wěn)定域越大，則說明控制器的參數(shù)適應(yīng)性越強(qiáng)。一種電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域的確定方法，包括如下步驟(1)根據(jù)電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩問題的特性和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，選定合適的阻尼比，確定阻尼軸；(2)將對(duì)低頻振蕩、次同步振蕩影響較大、同時(shí)在電力系統(tǒng)中調(diào)節(jié)控制頻率大的變量，設(shè)為關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)；(3)建立低頻振蕩、次同步振蕩統(tǒng)一模型；(4)以較大步調(diào)調(diào)節(jié)步驟O)中的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，直至第一對(duì)特征根穿越阻尼軸， 記錄此時(shí)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的值，獲得初值；(5)采用直接法求取阻尼軸穿越點(diǎn)，確定阻尼穩(wěn)定域邊界。有益效果本發(fā)明提供的電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域法，與目前以hopf分岔點(diǎn)構(gòu)成的小擾動(dòng)穩(wěn)定域相比，本發(fā)明采用特定阻尼比構(gòu)成的阻尼軸代替虛軸，求解阻尼軸穿越點(diǎn)，構(gòu)成阻尼穩(wěn)定域，該穩(wěn)定域確保了在所求得的穩(wěn)定范圍內(nèi)，電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩特征根能夠滿足一定的阻尼比要求，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可以用于判斷阻尼控制器的適應(yīng)性。


圖1為阻尼軸、阻尼軸穿越點(diǎn)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。一種電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域，以滿足特定阻尼比的特征根穿越阻尼軸時(shí)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的大小為阻尼穩(wěn)定域邊界，劃分電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行范圍，位于所述阻尼穩(wěn)定域邊界內(nèi)的范圍為符合電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定器對(duì)低頻振蕩、次同步振蕩安全標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行范圍，即阻尼穩(wěn)定域；所述阻尼軸上的任意一點(diǎn)所代表的特征根，具有相同的阻尼比，該阻尼比的取值可由工程運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)確定；如圖1所示為阻尼軸、阻尼軸穿越點(diǎn)示意圖。阻尼軸是一個(gè)較為廣泛的概念，當(dāng)其定義的特定阻尼比為0時(shí)，則阻尼軸就是通常所說的虛軸或y軸。有了阻尼軸的概念，便可方便地將系統(tǒng)特征根分類，凡特征根在阻尼軸左邊的，則滿足運(yùn)行要求，凡特征根在阻尼軸右邊的，則為弱阻尼或不穩(wěn)定振蕩模式。以阻尼比0.03為例，可畫出阻尼軸如圖1中藍(lán)色折線Α0Β。圖中還給出了一系列特征根，類似于分岔分析，假設(shè)變化系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)z，系統(tǒng)的一對(duì)共軛特征根的變化如圖2中所示，則 A、B點(diǎn)可定義為阻尼軸穿越點(diǎn)，而C、D點(diǎn)即為傳統(tǒng)的虛軸穿越點(diǎn)，在C、D點(diǎn)，發(fā)生了 hopf分岔。而以特征根穿越阻尼時(shí)參數(shù)ζ的值，可以確定關(guān)鍵參數(shù)ζ的安全穩(wěn)定范圍，從而解得阻尼穩(wěn)定域。上述電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域的確定方法，包括如下步驟(1)根據(jù)電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩問題的特性和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，選定合適的阻尼比，確定阻尼軸；(2)將對(duì)低頻振蕩、次同步振蕩影響較大、同時(shí)在電力系統(tǒng)中調(diào)節(jié)控制頻率大的變量，設(shè)為關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)；(3)建立低頻振蕩、次同步振蕩統(tǒng)一模型；(4)以較大步調(diào)調(diào)節(jié)步驟O)中的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，直至第一對(duì)特征根穿越阻尼軸， 記錄此時(shí)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的值，獲得初值；(5)采用直接法求取阻尼軸穿越點(diǎn)，確定阻尼穩(wěn)定域邊界。下面結(jié)合實(shí)例對(duì)該方法進(jìn)行描述。第一步根據(jù)電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩問題的特性和現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，選定合適的阻尼比k，確定阻尼軸。第二步選取關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，如有功發(fā)電調(diào)度量、負(fù)荷因子、TCSC的電抗參考值等，分析其在需要考察的系統(tǒng)中對(duì)低頻振蕩、次同步振蕩特征根的影響，選取影響最大、需要重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵參數(shù)μ，設(shè)為關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)。第三步建立低頻振蕩、次同步振蕩統(tǒng)一模型。電力系統(tǒng)可以描述為一組微分代數(shù)方程(DAE)
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域，其特征在于所述阻尼穩(wěn)定域以特征根穿越阻尼軸時(shí)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的大小為阻尼穩(wěn)定域邊界，劃分電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行范圍，位于所述阻尼穩(wěn)定域邊界內(nèi)的范圍為符合電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩安全標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域，其特征在于所述阻尼軸上的任意一點(diǎn)所代表的特征根，具有相同的阻尼比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域的確定方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)根據(jù)電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩問題的特性和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，選定合適的阻尼比， 確定阻尼軸；(2)將對(duì)低頻振蕩、次同步振蕩影響較大、同時(shí)在電力系統(tǒng)中調(diào)節(jié)控制頻率大的變量， 設(shè)為關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)；(3)建立低頻振蕩、次同步振蕩統(tǒng)一模型；(4)以較大步調(diào)調(diào)節(jié)步驟O)中的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，直至第一對(duì)特征根穿越阻尼軸，記錄此時(shí)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的值，獲得初值；(5)采用直接法求取阻尼軸穿越點(diǎn)，確定阻尼穩(wěn)定域邊界。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)阻尼穩(wěn)定域及其確定方法，以特征根穿越阻尼軸時(shí)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的大小為阻尼穩(wěn)定域邊界，劃分電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行范圍，位于阻尼穩(wěn)定域邊界內(nèi)的范圍為符合電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩安全標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)運(yùn)行范圍，即阻尼穩(wěn)定域。本發(fā)明提供的阻尼穩(wěn)定域，與以hopf分岔點(diǎn)構(gòu)成的小擾動(dòng)穩(wěn)定域相比，采用任意一點(diǎn)所代表的特征根具有相同阻尼比的阻尼軸代替虛軸，求解阻尼軸穿越點(diǎn)，構(gòu)成阻尼穩(wěn)定域，確保了在該阻尼穩(wěn)定域內(nèi)，電力系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩特征根能夠滿足一定的阻尼比要求，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可用于判別電力系統(tǒng)阻尼控制器的適應(yīng)性，安裝阻尼控制器后，阻尼穩(wěn)定域越大，則控制器的參數(shù)適應(yīng)性越強(qiáng)。
文檔編號(hào)H02J3/24GK102290821SQ20111025493
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者吳熙, 蔣平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)