机理模型分析方法优化

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：图1.8给出了电压源系统等效电路模型。

1.复转矩系数法

复转矩系数法在1982年由Canay提出，已经成为分析系统动态问题的基本方法之一。该方法以待研究系统的线性化模型为基础，首先使发电机组在轴系的自然频率附近做等幅振荡，然后通过计算求出风电机组机械转矩和电磁转矩对该振荡的响应曲线，通过相应的机械阻尼和电气阻尼的正负判断该振荡是否收敛通过相应的机械阻尼和电气阻尼的大小判断该振荡的收敛速度，进而判定系统是否会发生相应的相互作用。

复转矩系数法可以用于大型电力系统相互作用的分析，不仅能够将电气阻尼系数随频率变化的趋势完全展现出来，还可以研究系统参数变化对电气阻尼的影响，有助于制定有效的抑制策略。另外，该方法还将各种控制系统的动态过程及机组运行工况对相互作用的影响考虑进去，具有很高的工程实用价值。但是对该研究方法的适用性还存在较大争议，虽然有很多研究人员在多机的电力系统中采用复转矩系数法对各种相互作用进行分析，但是如果对多机系统进行分析，需要将待研究机组外的其他发电机等效为无穷大电源，因此，复转矩系数法只适用于单机对无穷大系统。

2.阻抗分析法

阻抗分析法的基本原理是将系统分成电源和负载两个子系统，电源子系统通常用其戴维南等效电路来表示，即由一个理想的电压源Us和输出阻抗Zs相串联构成；负载子系统可由一个负载输入阻抗Z1来表示。图1.8给出了电压源系统等效电路模型。

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图1.8　电压源系统等效电路模型

从电源流向负载的电流为

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假设空载时电源电压稳定，理想电源供电时负载电流稳定，在这种情况下，Us（s）和1/Zl（s）是稳定的，此时负载电流稳定性取决于式（1.3）右边第2项：

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因此交互系统的稳定性取决于H（s），注意到H（s）类似于一个拥有负反馈控制的系统闭环传递函数，该负反馈的前向通道增益是1，同时反馈通道增益为Zs（s）／Z1（s），即电源输出阻抗与负载输入阻抗之比。根据线性控制理论，只有在Zs（s）／Z1（s）满足奈奎斯特稳定判据时，H（s）是稳定的。在推导出风力发电系统的Zs（s）／Z1（s）后，可以代入相应参数的实际取值，分析开环系统Zs（s）／Z1（s）的根轨迹，当取值范围内满足奈奎斯特稳定判据，系统是稳定的；当系统失稳时，通过闭环传递函数H（s）／Zs（s），对其输入端施加电流信号，可以获得输出电压信号，利用Prony算法，FFT算法和HHT算法等对输出波形进行分析，可以识别振荡的模态和振荡类型。

3.小信号分析法

小信号分析法又称为特征值分析法，是一种准确的、基于线性系统理论的分析方法，能够提供被研究对象的大量特征信息。在采用小信号分析法时，先对研究对象在稳态运行点进行线性化得到其小扰动模型，然后求解系统状态方程状态矩阵的特征值和特征向量，最后通过模态分析和灵敏度分析找到与特定扭振模态强相关系统变量，以便进行监测和制定相应的抑制策略。

小信号分析法的最大优点是所使用的模型非常精确，可以得到所研究系统所有的模态信息和起主导作用的系统变量，分析准确度高，通过控制参数调整前后特征值的变化趋势制定能够有效抑制各种相互作用的控制策略。由于采用小信号分析法时对系统进行了精细建模，因此对大型风电场进行分析时其状态矩阵阶数将会非常高，可能出现“维数灾问题”，但是通过建立风电场的等值简化模型，可以有效地避免该问题的出现。

机理模型分析方法优化

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