一種電力系統的次同步振蕩評估方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電力系統評估方法，尤其涉及一種包含統一潮流控制器（Unified PlowFlowController,簡稱UPFC)的電力系統的次同步振蕩評估方法，屬于電力系統規劃 和運行技術領域。
【背景技術】
[0002] 現代電力系統對電力的安全性、可靠性、經濟性提出了越來越高的要求，串聯電容 補償技術和柔性交流輸電（FACTS)技術是解決上述問題的有效措施之一，但在產生巨大經 濟效益的同時，也給電力系統安全穩定運行帶來一些問題，電力系統次同步振蕩SS0就是 其問題之一。次同步振蕩屬于系統的振蕩失穩，它是由電力系統中一種特殊的機電耦合作 用引起的，其最大的危害是，嚴重的機電耦合作用可能直接導致大型汽輪發電機組轉子軸 系的嚴重破壞，造成重大事故，危及電力系統的安全運行。
[0003] 1991年美國西屋科技中心的博士Gyugyi.L首先提出了統一潮流控制器的概念， UPFC是FACTS家族中最復雜也是最有吸引力的一種補償器，它綜合了許多器件的靈活控制 手段，被認為是最有創造性，且功能最強大的元件，它的成功運行被稱作FACTS技術發展的 重要里程碑，因而受到了產業界和學術界的普遍重視。傳統的元件功能都是單一的，就需要 在該處設置幾種裝置，增大了安裝、調試工作量，同時設備的投資也相當可觀。UPFC的基本 思想正是用一種統一的晶閘管控制裝置，僅僅通過控制規律的變化就能分別或同時實現并 聯補償、串聯補償、移相等幾種不同功能。UPFC是第三代元件，也是最有力、最全面的晶閘管 控制裝置，它是由并聯補償的靜止同步補償器（STATC0M)和串聯補償的靜止同步串聯補償 器（SSSC)相結合組成的新型潮流控制裝置，其功能是將一個由換流器產生的幅值和相角 均可以連續變化的交流電壓串聯加在輸電線相電壓上，從而實現線路有功、無功功率的準 確調節，并可以提高輸送能力以及阻尼系統振蕩。
[0004] 鑒于UPFC具有較強的改變線路潮流能力，投入后將對電力系統運行狀態帶來較 大影響，有必要在規劃和運行時評估其對電力系統的影響程度。然而目前并未有關于UPFC 如何影響電力系統次同步振蕩的研究成果被公開，因此亟需對包含統一潮流控制器的電力 系統的次同步振蕩行為進行研究，從UPFC元件模型、分析電力系統次同步諧振頻率和評估 UPFC參數變化對次同步振蕩影響等方面進行模型建立及評估，以對電力系統的規劃運行提 供指導。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決技術問題在于克服現有技術不足，提供一種電力系統的次同步振 蕩評估方法，能夠對包含UPFC的電力系統的次同步振蕩行為進行準確的評估預測。
[0006] 本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：
[0007] 一種電力系統的次同步振蕩評估方法，所述電力系統包含統一潮流控制器UPFC; 利用發電機到UPFC的等效模型對電力系統的次同步振蕩進行評估；所述發電機到UPFC的 等效模型具體按照以下方法構建：
[0008] 步驟1、建立UPFC次同步振蕩研究等效模型；
[0009] 步驟2、根據網架結構及發電機、UPFC安裝情況，對電力系統進行化簡，建立發電 機到UPFC的等效模型，具體如下：
[0010] ⑴以UPFC為中心，尋找與UPFC之間的主干網架電壓等級的變電站的數量不多于 兩個的發電機組；
[0011] (2)以UPFC和⑴中得到的發電機組為中心，向外保留距離一個主干網架電壓等 級的變電站區域，確定電力系統的等值邊界；
[0012] (3)基于（2)得到的電力系統等值范圍，計算系統各支路的等效阻抗；
[0013] (4)基于等效前系統的穩定運行狀態和潮流，結合邊界點的等效阻抗，確定外網等 值成電源或者負荷，并確定該電源或負荷的參數。
[0014] 優選地，所述建立UPFC次同步振蕩研究等效模型，具體如下：設UPFC并聯點電壓 為馬!；.，電流為從并聯點流入并聯換流器，串聯側電壓為電流為.?從串聯換流器流向 串聯側，直流電容電壓為vd。;將矢量分解到系統xy坐標系下，得到以下UPFC次同步振蕩研 究等效模型：
[0018] 式中，ω為發電機轉速，rE、1E分別為UPFC并聯側的等效電阻和電抗，rB、1B分別 為UPFC串聯側的等效電阻和電抗，mE、δ汾別為UPFC并聯側換流器的幅值調制比率和相 位角，mB、δB分別為UPFC串聯側換流器的幅值調制比率和相位角，p為微分算子。
[0019] 進一步地，所述利用發電機到UPFC的等效模型對電力系統的次同步振蕩進行評 估，包括根據所述發電機到UPFC的等效模型，計算系統在次同步頻率下的等效阻抗，并分 析系統的電氣諧振頻率，具體如下：
[0020] (1)將UPFC并聯側用一大小為mEvd。⑶8δΕ的可控電流源表示，并經阻抗為 rE+jω1Ε的線路接入并聯點；將UPFC串聯側等效為串入一大小為mBvd。sinδΒ的可控電壓 源和一條阻抗為rB+jω18的線路；
[0021] (2)確定待研發電機組，將其它非待研機組表示為電壓源和次暫態電抗串聯的形 式；對于待研發電機組，計算其內電路阻抗Ζ,，公式如下：
[0022]
[0023] 式中，，ra為發電機組定子電阻，U為發電機組次暫態電抗，分 別為發電機組的d軸和q軸的有效轉子電阻；
[0024] (3)計算電力系統在次同步頻率ω下的等值阻抗R^oO+jX^co)，令等值電抗 Xeq(w) = 〇,計算系統的諧振頻率《er，此《er即為次同步振蕩頻率。
[0025] 更進一步地，所述利用發電機到UPFC的等效模型對電力系統的次同步振蕩進行 評估，還包括：設定不同的UPFC并聯節點電壓幅值、UPFC串聯側傳輸有功功率和無功功率， 運用測試信號法計算電力系統電氣阻尼的變化，根據電氣阻尼值大小評估電力系統是否會 發生次同步振蕩及其強弱。
[0026] 相比現有技術，本發明具有以下有益效果：
[0027] 本發明針對包含UPFC的電力系統，利用UPFC次同步振蕩研究等效模型以及系統 其余部分的等效簡化，構建了發電機到UPFC的等效模型，可對系統的次同步振蕩行為進行 準確的模擬預測；本發明可在考慮UPFC并聯側電壓控制和串聯側潮流控制情況下，評估電 力系統是否會發生次同步振蕩以及次同步振蕩強弱，可有效分析統一潮流控制器對于次同 步振蕩的影響程度，對實際電網的規劃和運行有著重要的實際意義。
【附圖說明】
[0028] 圖1為UPFC的結構示意圖；
[0029] 圖2為本發明所使用的UPFC的等效注入模型。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明：
[0031] 為了便于公眾理解，下面以一個優選實施例來對本發明技術方案進行詳細說明。
[0032] 本發明實施例中的次同步振蕩評估方法，包括以下步驟：
[0033] 步驟1、建立UPFC次同步振蕩研究等效模型。
[0034] 要對包含UPFC的電力系統的次同步振蕩進行研究分析，首先要構建合理的UPFC 次同步振蕩研究等效模型。UPFC的基本結構如圖1所示。設UPFC并聯點電壓為，電流 為右從并聯點流入并聯換流器，一般用阻抗ZE=rE+jω1￡等值并聯變壓器的阻抗及對應 的換流器功率損耗。根據電路原理，可得并聯側模型為：
[0035]
[0036] 由于次同步振蕩需要計及電磁暫態過程，將上式中的電流&寫成微分形式，并分 解到系統xy坐標系下：
[0037]
[0038] 式中，ω為發電機轉速，mE、δE分別為UPFC并聯側換流