一种考虑调速器强化型死区的同步机系统频率响应解析计算方法

1.本发明属于电力系统调频领域，尤其涉及一种考虑调速器强化型死区的同步机系统频率响应解析计算方法。


背景技术：

2.随着化石能源的逐渐开采，对能源的需求逐渐增加，人类与大自然的关系也日益紧张。在此背景下，提出要构建以新能源为主体的新型电力系统，考虑新能源并网及其相关技术已成为未来电力技术发展的重要方向。
3.我国的新能源占比逐年增加，但由于新能源本身的波动性以及弱惯量的特性，导致在区域电网发生负荷扰动之后，新能源对系统频率的支撑效果不佳，因此同步机依然承担主要的调频作用。
4.虽然目前同步机系统的频率响应的研究已经比较深入，但是目前主流的频率响应计算方法无法考虑调速器强化型死区的影响，针对调速器非线性环节的建模还有待完善，如何更好地为电网制定抗扰动能力强的日前调度计划服务还有待研究。
5.发明目的
6.本发明的目的即在于应对上述问题，提出了一种考虑调速器强化型死区的同步机系统频率响应解析计算方法，能够在考虑调速器强化型死区的前提下，更准确的解析计算全网惯性中心的频率响应，同时使得其计算效果进一步贴近真实电网，从而更好地为电网制定日前调度计划服务。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种考虑调速器强化型死区的同步机系统频率响应解析计算方法，包括以下步骤：
8.步骤1、在适用调速器强化型死区的频率响应解析计算之前，通过pmu装置量测计算，获知全网同步机的关键调频参数，包括所述全网同步机中各同步机的调速器死区δω
dz
、惯量h、调差系数r、再热时间常数tr、高压涡轮功率分数 fh、阻尼系数ξ、机械增益系数km和扰动功率p
step
；
9.步骤2、根据所述全网同步机中各同步机的装机容量和系统总容量整定机械增益系数，利用整定后的各同步机的机械增益系数km，整定惯量h、调差系数r、再热时间常数tr、高压涡轮功率分数fh，最后对所述关键调频参数进行聚合得到单机等值模型；
10.步骤3、根据所述单机等值模型进行结构图化简，考虑调速器强化型死区的影响，通过分段线性化的方法得到惯性中心频率的分段传递函数；
11.步骤4、对调速器介入之后的第二段传递函数利用非零初始状态分析法，得到全网惯性中心的频率响应分段时域解析模型。
12.优选地，步骤4进一步包括：通过非零初始状态分析法对步骤3中所得到的惯性中
心频率的分段传递函数进行拉普拉斯反变换，从而得到全网惯性中心的频率响应分段时域解析模型。
13.优选地，步骤1中所述获知全网同步机的关键调频参数是根据全网同步机的的运行要求，由人机界面获取。
14.优选地，所述步骤2中，整定后各同步机的机械增益系数k
mg
由式(1)计算：
[0015][0016]
其中，sg为各同步机的装机容量；
[0017]
所述单机等值模型的等效调频参数由式(2)-(6)计算：
[0018][0019][0020][0021][0022][0023]
其中，rg、f
hg
、t
rg
、hg分别为同步机整定后的调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量，λg为辅助计算的中间变量。
[0024]
优选地，步骤3中所述通过分段线性化的方法得到惯性中心频率的分段传递函数表示为如式(7)所示：
[0025][0026]
其中，t
dz
、r、fh、tr、h、km、p
step
分别为所述单机等值模型的跨越调速器死区的时刻、调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量、机械增益系数、不平衡功率，ξ为阻尼比，ωn为二阶模型的自然频率。
[0027]
优选地，步骤4中得到全网惯性中心的频率响应分段时域解析模型的推导过程如式(8)所示：
[0028][0029]
其中，δω(0)、r、fh、tr、h、km、p
step
分别为所述单机等值模型的零初始状态转速偏差、调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量、机械增益系数、不平衡功率，ξ为阻尼比，ωn为二阶模型的自然频率，s为拉普拉斯算子，d 为同步机阻尼系数。
[0030]
将式(8)转化到时域模型，表示为如式(9)所示：
[0031][0032]
将式(9)提取公因式并合并同类项化简为如式(10)所示：
[0033][0034]
从而得到全网惯性中心的频率响应分段时域解析模型如式(11)-(14)所示：
[0035][0036][0037][0038][0039]
其中，ω1、ω2、a1、a2、a5、a6均为方便列写公式的中间变量，无特定物理意义。
附图说明
[0040]
图1为本发明实施例中一种3机9节点电力系统的拓扑图；
[0041]
图2为验证算法有效性的效果对比图；
具体实施方式
[0042]
下面结合附图，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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0043]
本发明提供了一种考虑调速器强化型死区的同步机系统频率响应解析计算方法，具体包括以下步骤：
[0044]
步骤1：关键调频参数获取。
[0045]
根据具体的运行要求，由人机界面获取关键调频参数如：调速器死区δω
dz
、惯量h、调差系数r、再热时间常数tr、高压涡轮功率分数fh、阻尼系数ξ、机械增益系数km、扰动功率p
step
，完毕后进入步骤2。
[0046]
步骤2：多机系统聚合。
[0047]
通过全网同步机中各同步机的装机容量和系统总容量整定机械增益系数，整定后各同步机的机械增益系数由式(1)计算：
[0048][0049]
其中，sg为各同步机的装机容量；
[0050]
根据整定后的同步机的机械增益系数整定惯量、调差系数、再热时间常数、高压涡轮功率分数，最后对调频参数进行聚合得到单机等值模型，单机等值模型的等效调频参数由式(2)-(6)计算：
[0051][0052][0053][0054][0055][0056]
其中，rg、f
hg
、t
rg
、hg分别为同步机的调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量，λg为辅助计算的中间变量，完毕后进入步骤3。
[0057]
步骤3：结构图进行化简，得到惯性中心频率的分段传递函数；
[0058]
根据单机等值模型把结构图进行化简，考虑调速器强化型死区的影响，通过分段线性化的方法得到惯性中心频率的分段传递函数如式(7)所示：
[0059][0060]
其中t
dz
、r、fh、tr、h、km、p
step
分别为所述单机等值模型的跨越调速器死区的时刻、调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量、机械增益系数、不平衡功率，ξ为阻尼比，ωn为二阶模型的自然频率。
[0061]
步骤4：越过死区时间判定和非零初始状态分析
[0062]
对调速器介入之后的第二段传递函数利用非零初始状态分析法，得到全网惯性中心的频率响应分段时域解析模型，其时域解析模型推导过程如式(8)所示：
[0063][0064]
其中，δω(0)、r、fh、tr、h、km、p
step
分别为所述单机等值模型的零初始状态转速偏差、调差系数、高压涡轮功率分数、再热时间常数、惯量、机械增益系数、不平衡功率，ξ为阻尼比，ωn为二阶模型的自然频率，s为拉普拉斯算子，d 为同步机阻尼系数。
[0065]
将其转化到时域模型，表示为如式(9)所示：
[0066][0067]
将式(9)提取公因式并合并同类项化简为如式(10)所示：
[0068][0069]
得到全网惯性中心的频率响应分段时域解析模型如式(11)-(14)所示：
[0070][0071][0072][0073][0074]
其中，ω1、ω2、a1、a2、a5、a6均为方便列写公式的中间变量，无特定物理意义。
[0075]
下面通过一个具体实例来对本发明所述方法进行说明。
[0076]
实施例
[0077]
图1为一种3机9节点电力系统的拓扑图，如图所示，包括g1、g2、g3 共三个同步机，1～9共9个节点。该地区系统电压等级为220kv，发电机总体容量为402mw，负荷总量350mw，该系统关键调频参数聚合后如下所示：
[0078]
该地区同步机调速器死区设定为0.15hz，标幺化后为0.003，将关键调频参数带入已有的方法与本发明所述计算方法得到系统在扰动后的频率响应，如图2 所示。
[0079]
经过对比发现，本发明所述方法可以在考虑调速器强化型死区的基础上计算扰动后系统的频率响应。
[0080]
本发明具有如下有益效果：
[0081]
本发明所述方法能够在已知电网关键调频参数的基础上，根据同步机的装机容量和系统总容量进行多机聚合，在单机等值模型考虑调速器强化型死区的影响，利用非零初始状态分析法计算得到全网惯性中心的频率响应时域解析模型，该时域解析模型可以计算
考虑调速器强化型死区的扰动后电网频率响应。