一種發電機聚合的解析求解方法
【專利摘要】本發明提出了一種發電機聚合的解析求解方法，本發明精確考慮了聚合過程中需要將各發電機移到假想公共母線上時所產生的電壓復變比影響，保證等值前后注入電網功率不變；將發電機注入電力網絡中的電流作為體現發電機模型結構特征的載體，從而將發電機描述成由發電機結構參數和發電機運行狀態所構成的時域系數矩陣形式；考察聚合前后注入網絡電流情況，采用坐標系轉換的方式將待聚合發電機和等值機的電流相量移至全網同步平面的D軸和Q軸上并保證投影相等，從而在時域內以非迭代的方式直接獲得了等值發電機高階（6階）模型參數。本發明具有良好地通用性，彌補了頻域迭代求解方法由于工作點設置或尋優方向選取不合理而導致不能準確求解的不足，也解決了對發電機詳細模型的依賴性，計算量小，效率高，可適應于大規模電網的動態等值化簡應用。
【專利說明】一種發電機聚合的解析求解方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種適應于發電機聚合的解析方法，屬于電力系統動態等值技術應用的創新技術。
【背景技術】
[0002]發電機聚合是將多臺具有相似動態特性發電機進行合并化簡的過程，它是電力系統動態等值化簡中的核心工作。傳統的聚合方式可以大致分為經典聚合、詳細聚合和尋優聚合三種。經典聚合的常見思路是加權求和，但要求等值前后的元件模型具有相同的結構形式。詳細聚合是將4階模型發電機及其控制裝置(如等值勵磁機，原動機-調速器和電力系統穩定器)考慮在一起，但仍未涉及發電機高階(6階)詳細模型，難以滿足電力系統的實際工程需求。而尋優聚合則是圍繞等值機傳遞函數與待聚合發電機傳遞函數的頻率響應偏差最小這一優化目標，通過選擇不同的尋優算法，從而得到等值發電機的參數。但普遍存在耗時、運行效率低，具有一定不確定性，易陷入局部最優等缺點。
[0003]同時，傳統的發電機聚合方法對模型應具有明確的要求，存在較強的依賴性。通常，一種方法只適用于某特定模型。而實際電力系統中發電機的4階、5階和6階模型均得到廣泛采用。此外，傳統的發電機頻域聚合方法獲取發電機等值參數較為困難，而對工作點設置、尋優方向有依賴性，且難以適應于大規模電網(萬余節點，上千臺發電機)的在線應用。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種新穎的發電機聚合方法，它能直接獲取發電機聚合解析解，計算量小，耗時少，更可應用于在線計算。該方法能彌補傳統基于頻域傳遞函數擬合和時域仿真優化的方法對工作點設置或尋優方向選取的依賴性，解決聚合算法對模型的約束要求。
[0005]本發明的技術方案是:本發明發電機聚合的解析求解方法，包括如下實施步驟:
[0006]I)確定待聚合的發電機；
[0007]2)設置公共母線電壓Vy取待聚合發電機的額定電壓平均值，加入移相變壓器使各發電機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納支路，進而修改系統導納陣，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)檢驗處理后系統的潮流與原系統潮流是否相符，如果相符，則進行下面環節；否則重新選擇公共母線電壓，進行移相變壓器消去；
[0010]5 )通過發電機注入電力網絡中的電流，將發電機構造成由發電機結構參數和發電機運行狀態所組成的時域系數矩陣形式；
[0011]6)利用發電機的時域系數矩陣特點，采用坐標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，從而獲取聚合后發電機的解析參數；[0012]7)用前一步得到的等值機參數進行時域仿真，觀測聚合后發電機轉子角、母線電壓、線路有功功率等動態性能，若與原系統不一致，則返回第一步重新指定同調機組；若一致，則結束，輸出結果。
[0013]上述步驟5)獲取的聚合后發電機的解析參數包括D軸和Q軸的同步電抗Xd、XQ，暫態電抗Xd、XQ，次暫態電抗Xd、XQ，暫態時間常數T' Do；、T'QO 二次暫態時間常數T" Do；、T" Q0*。
[0014]上述步驟I)發電機聚合需要將若干臺接線在不同母線的發電機移置到一條公共母線上，然后用一臺等值機代替的過程，具體要求包括:(1)滿足恒等功率變換，即等值發電機注入網絡的功率與待聚合發電機群注入網絡功率之和相等；(2)具有相同動態特性，即待聚合發電機群具有相似的特性，在相同擾動下的對電網的暫態影響一致。
[0015]上述步驟2)將各支路分別串聯相應的移相變壓器接到公共母線e上的具體方法是:設一共m臺發電機，則第I~m臺發電機的復變比分別為1: a I: am ；
[0016]由恒等功率變換，將聚合機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間接入了一個存在復數變比為1: a,的等價移相變壓器，為保證注入網絡功率不變，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
接點之前相當于經接入了一個實數變比為的變壓器，在兩端進行對地支路導
納修正，其中&為第k臺待聚合機的額定電壓，K為等值機的額定電壓，整個過程考慮了將各同調機組移到假想公共母線上時所產生的復變比的影響，使兩端電壓無穩態偏差。
[0017]本發明聚合解析方法對發電機模型的詳細程度并不依賴，適應于發電機4階至6階的不同情況。
[0018]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
[0019]I)本發明精確考慮了聚合過程中需要將各發電機移置到假想公共母線上時所產生的復變比的影響，以加入等價移相變壓器，修正兩端對地支路導納，進而消除電壓偏差。然后利用發電機的時域系數矩陣，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電機可具有相同的動態特性，并能直接獲取聚合后發電機的解析參數。
[0020]2)本發明通過加入等價移相變壓器，修正了兩側對地支路導納，消除了將同調發電機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電機注入網絡功率相等，使發電機聚合滿足功率守恒。
[0021]3)本發明利用發電機結構約束所帶來的時域系數，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，從而保證發電機具有相同的動態性能。
[0022]4)本發明求解方法得到的發電機的參數是解析解，無須迭代、尋優過程，可適應于大規模電網在線化簡應用。
[0023]5)本發明求解方法對發電機高階模型的適應性。上述解析求解方法對實際系統中普遍采用的4階、5階或6階模型均有效。
[0024]6)本發明整個聚合過程計算量小，效率高，對發電機高階模型有良好的適應性，可滿足實際電力系統中普遍采用的4階、5階或6階模型的技術需求。【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的流程圖。
[0026]圖2為將待發電機移至公共母線的系統示意圖。
[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換關系示意圖。
【具體實施方式】
[0030]實施例:
[0031]本發明發電機聚合解析求解方法的包括如下實施步驟:
[0032]1)確定待聚合的發電機。
[0033]2)設置公共母線電壓Ve，可取待聚合發電機的額定電壓平均值，加入移相變壓器使各發電機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納支路，進而修改系統導納陣，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)檢驗處理后系統的潮流與原系統潮流是否相符。如果相符，則進行下面環節；否則重新選擇公共母線電壓，進行移相變壓器消去。
[0036]5)通過發電機注入電力網絡中的電流，將發電機構造成由發電機結構參數和發電機運行狀態所組成的時域系數矩陣形式；
[0037]6)利用發電機的時域系數矩陣特點，采用坐標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，從而獲取聚合后發電機的解析參數:包括D
軸和Q軸的同步電抗Au、％，暫態電抗X"、％，次暫態電抗ΙI、夂^，暫態時間常數
Ti do'T' </，次暫態時間常數T" D(；、T" 這10項等值發電機參數。
[0038]7)用前一步得到的等值機參數進行時域仿真，觀測聚合后發電機轉子角、母線電壓、線路有功功率等動態性能，若與原系統不一致則返回第一步重新指定同調機組；若一致則結束，輸出結果。
[0039]發電機聚合需要將若干臺接線在不同母線的發電機移置到一條公共母線上，然后用一臺等值機代替的過程。具體要求包括:(1)滿足恒等功率變換，即等值發電機注入網絡的功率與待聚合發電機群注入網絡功率之和相等；(2)具有相同動態特性，即待聚合發電機群具有相似的特性，在相同擾動下的對電網的暫態影響一致。
[0040]將各支路分別串聯相應的移相變壓器接到公共母線e上，如圖2所示。設一共m臺發電機，則第I~m臺發電機的復變比分別為1: a !-1: am0
[0041]由恒等功率變換，將聚合機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間接入了一個存在復數變比為1: a k的等價移相變壓器，如圖3所示。其中y為線
路阻抗，&、厶為第k臺待聚合機的額定電壓和注入電流相量，之、4為等值機的額定電
壓和注入電流相量。為保證注入網絡功率不變，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之前相當于經接入了一個實數變比為1%|=|^/?|的變壓器，在兩端進行對地支路導納修正。整
個過程精確考慮了將各同調機組移到假想公共母線上時所產生的復變比的影響，可使兩端電壓無穩態偏差。
[0042]本發明使用的聚合解析方法對發電機模型的詳細程度并不依賴，可適應于發電機低階(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]本發明中，發電機注入網絡電流可如式(I)所示，
【權利要求】
1.一種發電機聚合的解析求解方法，其特征在于包括如下實施步驟: 1)確定待聚合的發電機； 2)設置公共母線電壓I，取待聚合發電機的額定電壓平均值，加入移相變壓器使各發電機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納支路，進而修改系統導納陣，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)檢驗處理后系統的潮流與原系統潮流是否相符，如果相符，則進行下面環節；否則重新選擇公共母線電壓，進行移相變壓器消去； 5)通過發電機注入電力網絡中的電流，將發電機構造成由發電機結構參數和發電機運行狀態所組成的時域系數矩陣形式； 6)利用發電機的時域系數矩陣特點，采用坐標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，從而獲取聚合后發電機的解析參數； 7)用前一步得到的等值機參數進行時域仿真，觀測聚合后發電機轉子角、母線電壓、線路有功功率等動態性能，若與原系統不一致，則返回第一步重新指定同調機組；若一致，則結束，輸出結果。
2.根據權利要求1所述的發電機聚合解析求解方法，其特征在于上述步驟5)獲取的聚合后發電機的解析參數包括D軸和Q軸的同步電抗芯、％，暫態電抗XD,.dQ次暫態電抗XD,XQ ，暫態時間常數T' D0；、T' Qo，次暫態時間常數T" D(；、T" Q0*。
3.根據權利要求1所述的發電機聚合解析求解方法，其特征在于上述步驟I)發電機聚合需要將若干臺接線在不同母線的發電機移置到一條公共母線上，然后用一臺等值機代替的過程，具體要求包括:(I)滿足恒等功率變換，即等值發電機注入網絡的功率與待聚合發電機群注入網絡功率之和相等；(2)具有相同動態特性，即待聚合發電機群具有相似的特性，在相同擾動下的對電網的暫態影響一致。
4.根據權利要求1所述的發電機聚合解析求解方法，其特征在于上述步驟2)將各支路分別串聯相應的移相變壓器接到公共母線e上的具體方法是:設一共m臺發電機，則第I~m臺發電機的復變比分別為1: a r..1: am ； 由恒等功率變換，將聚合機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間接入了一個存在復數變比為1: ak的等價移相變壓器，為保證注入網絡功率不變，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之前相當于經接入了一個實數變比為|ak| = |Vk/Ve|的變壓器，在兩端進行對地支路導納修正，其中&為第k臺待聚合機的額定電壓為等值機的額定電壓，整個過程考慮了將各同調機組移到假想公共母線上時所產生的復變比的影響，使兩端電壓無穩態偏差。
5.根據權利要求1所述的發電機聚合解析求解方法，其特征在于聚合解析方法以發電機注入網絡電流為媒介構造發電機時域系數矩陣，能滿足多種適用場合的需求； 依據發電機雙軸結構，將發電機注入網絡電流描述成如式(I)所示:
6.根據權利要求5所述的發電機聚合解析求解方法，其特征在于聚合解析方法對發電機模型的詳細程度并不依賴，適應于發電機4階至6階的不同情況。
【文檔編號】H02J3/38GK103928941SQ201410133240
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】王長香, 武志剛, 朱林, 門錕, 趙利剛, 楊誠, 甄鴻越, 李盛川 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司