考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法技術

本發明專利技術公開了一種考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法，該方法包括如下步驟：(1)輸入電力系統拓撲模型和發電機模型，根據需求選定同調分組數K；(2)聯立全系統的網絡方程和發電機雙軸模型方程進行建模，得到全系統的線性化模型，所述線性化模型的特征系數矩陣為Asys；(3)利用模式分析法對特征矩陣Asys進行計算以識別區域振蕩模式和勵磁相關振蕩模式；(4)利用平均聚類法循環迭代直至求得系統性能指標J最小的最優分組結果。本發明專利技術采用發電機雙軸模型，考慮了轉子和電壓動態的影響，結合利用模式分析法和K平均聚類法進行機組分群，在不降低計算復雜度的前提下，采用了更加精準的電力系統模型，為了提高等值系統的精準度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電力系統的仿真，更具體地說，涉及一種考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法。
技術介紹
為了提高輸電的經濟性和可靠性，現代電力系統越來越趨向于區域互聯，系統規模不斷擴大，分析和計算電力系統暫態穩定性將耗費大量的計算時間。運用動態等值技術能有效簡化電力系統規模，減少暫態穩定性分析所需的計算機時。目前，動態等值技術可以分為兩大類：同調等值法和模式等值法。同調等值法主要包含了同調機群判別和同調發電機聚合兩個步驟，而模式等值法主要包含了模式選擇、解耦模型和等值模型的建立。在1978年，學者們提出了一種基于線性時域仿真的同調判別法。線性時域仿真法和慢同調法已在EPRI動態等值程序(DYNRED)中得到應用并受到較好評價。由于有功功率和電壓的弱耦合性，許多用于模型降階的同調判別法都忽略了電壓變化對發電機同調性的影響。然而在電力系統故障期間，電壓變化直接影響了發電機加速功率的大小，所以電壓變化是影響同調機群判別結果的一個重要因素。過去由于計算機數據處理能力的限制，許多模型都以降低精準性為代價來提高運算速度。隨著CPU計算能力的提高，以及并行計算技術、云計算技術的發展，計算機必將能夠承載并處理更加精準的電力系統模型。為了提高等值系統的精準度，去探索一種考慮電壓動態以及轉子動態的雙模式同調機群判別法是一種有效途徑。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：提供一種考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法，解決發電機的同調性受到與電壓相關因素影響的問題，提高了等值系統的精準度。為了實現上述目的，本專利技術提供了一種考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法，其包括如下步驟：A、選擇同調分組數K輸入電力系統拓撲模型和發電機模型，根據需求選定同調分組數K，K必須小于電力系統中的發電機模型總數m；B、求取系統特征矩陣Asys聯立全系統的網絡方程和發電機雙軸模型方程進行建模，得到全系統的線性化模型，線性化模型的特征系數矩陣即為Asys。C、利用模式分析法識別區域振蕩模式和勵磁相關振蕩模式在故障期間，電力系統有著多種振蕩模式，其中區域震蕩模式(在一些文獻中稱之為慢模式)在同調分組中起著最主要的作用，因為區域振蕩模式決定了發電機轉子角搖擺的根本趨勢。同時，與勵磁相關的振蕩模式也是決定發電機同調性的重要因素，它決定了同調機組在搖擺過程中局部趨勢的一致性。所以，在判別同調機組的過程中必須同時考慮區域振蕩模式和勵磁相關振蕩模式，而其他振蕩模式，如局域模式(在一些文獻中稱之為快模式)，可以忽略。利用模式分析法對特征矩陣Asys進行計算，可以識別出該特征矩陣所對應的電力系統的區域振蕩模式和勵磁相關振蕩模式。D、利用平均聚類法循環迭代直至求得性能指標J最小的最優分組結果本專利技術的方法給定一個同調發電機判據θij<ε,。如果θij越小，表明發電機i和發電機j的同調性越好。同調識別過程采用平均聚類法處理，在迭代中尋找使系統性能指標J最小的分組結果。作為本專利技術的一種改進，步驟A具體包括如下步驟：A1、獲取電力系統拓撲模型和發電機模型獲取電力系統的發電機總數m和母線總數n，以及獲取系統的網絡拓撲數據和發電機雙軸模型參數；A2、根據動態等值的規劃需求確定同調分組數K，K不應該大于發電機總數m。作為本專利技術的一種改進，步驟B具體包括如下步驟：B1、本專利技術的方法采用考慮了電壓及轉子動態的發電機雙軸模型進行建模，其差動方程如下：δ·i=ωi-ωs]]>Miω·i=Pmi-(Eqi′-Xdi′Idi)Iqi-(Edi′+Xqi′Iqi)Idi-Di(ωi-ωs)]]>Td0i′E·qi′=Efdi-Eqi′-(Xdi-Xdi′)Idi]]>Tq0i′E·di′=-Edi′+(Xqi-Xqi′)Iqi]]>TEiE·fdi′=-(KEi+SE(Efdi))Efdi+VRi]]>TAiV·Ri=-VRi+KAiVfi-KAiKFiTFiEfdi+KAi(Vrefi-Vi)]]>TFiR·fi=-Rfi+KFiTFiEfdi]]>(i＝1,…,m)B2、發電機i的定子代數方程如下：Edi′-Visin(δi-θi)-RsiIdi+Xqi′Iqi＝0Eqi′-Vicos(δi-θi)-RsiIqi-Xdi′Idi＝0(i＝1,…,m)B3、Pi和Qi分別為注入節點i的有功功率和無功功率。注入PV節點i的有功功率和無功功率用Idi和Iqi表示為：PGi＝Vi[Idisin(δi-θi)+Iqicos(δi-θi)]QGi＝Vi[Idicos(δi-θi)+Iqisin(δi-θi)](i＝1,…,m)B4、一般認為同一類型的擾動的大小差別不會影響發電機的同調性，因此可把式步驟B1至步驟B3的模型方程在某一運行點進行線性化變換，可得全系統的線性化模型如下：Δx·=AΔx+BΔy]]>0＝CΔx+DΔy其中x=[x1T...xmT]T]]>xi＝[δiωiEqi′Edi′EfdiVRiRfi]Ty＝[y1y2]Ty1＝[Id1Iq1…IdmIqm]Ty2＝[θ1V1…θnVn]T把Δy＝-D-1CΔx代入式(15)可得：Δx·=(A-BD-1C)Δx=AsysΔx]]>基于上述狀態空間方程可得發電機i的轉子角偏差時域響應為：Δδk(t)=Δx(7i-6)(t)=Σi=17mu(7i-6)kakeλit]]>式中uik是矩陣Asys的第i個特征值所對應的特征向量Ui的第k個元素，uik描述了振蕩模式i對發電機k的作用程度。ak是待求常數，決定于系統初始運行狀態和擾動的位置及類型。作為本專利技術的一種改進，步驟C具體包括如下步驟:C1、利用模式分析法識別區域振蕩模式和勵磁相關振蕩模式；C2、只考慮區域振蕩模式和勵磁相關振蕩模式的情況下，發電機i的轉子角偏差響應如下：Δδi(t)=ui1a1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)輸入電力系統拓撲模型和發電機模型，根據需求選定同調分組數K；(2)聯立全系統的網絡方程和發電機雙軸模型方程進行建模，得到全系統的線性化模型，所述線性化模型的特征系數矩陣為Asys；(3)利用模式分析法對特征矩陣Asys進行計算以識別區域振蕩模式和勵磁相關振蕩模式；(4)利用平均聚類法循環迭代直至求得系統性能指標J最小的最優分組結果。

【技術特征摘要】
1.一種考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法，其特征在于，該方法包
括如下步驟：
(1)輸入電力系統拓撲模型和發電機模型，根據需求選定同調分組數K；
(2)聯立全系統的網絡方程和發電機雙軸模型方程進行建模，得到全系統
的線性化模型，所述線性化模型的特征系數矩陣為Asys；
(3)利用模式分析法對特征矩陣Asys進行計算以識別區域振蕩模式和勵磁
相關振蕩模式；
(4)利用平均聚類法循環迭代直至求得系統性能指標J最小的最優分組結
果。
2.根據權利要求1所述的考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法，其特
征在于，所述步驟(1)包括如下步驟：
(101)獲取電力系統的發電機總數m和母線總數n，以及獲取系統的網絡
拓撲數據和發電機雙軸模型參數；
(102)根據動態等值的規劃需求確定同調分組數K，同調分組數K不大于
發電機總數m。
3.根據權利要求2所述的考慮電壓動態特性下的同調機組判別方法，其特
征在于，所述步驟(2)包括如下步驟：
(201)采用考慮電壓及轉子動態的發電機雙軸模型進行建模，其差動方程
如下：
δ·i=ωi-ωs]]>Miω·i=Pmi-(Eqi′-Xdi′Idi)Iqi-(Edi′+Xqi′Iqi)Idi-Di(ωi-ωs)]]>Td0i′E·qi′=Efdi-Eqi′-(Xdi-Xdi′)Idi]]>Tq0i′E·di′=-Edi′+(Xqi-Xqi′)Iqi]]>TEiE·fdi′=-(KEi+SE(Efdi))Efdi+VRi]]>TAiV·Ri=-VRi+KAiVfi-KAiKFiTFiEfdi+KAi(Vrefi-Vi)]]>TFiR·fi=-Rfi+KFiTFiEfdi]]>(i＝1,…,m)；
(202)發電機i的定子代數方程如下：
Edi′-Visin(δi-θi)-RsiIdi+Xqi′Iqi＝0
Eqi′-Vicos(δi-θi)-RsiIqi-Xdi′Idi＝0
(i＝1,…,m)；
(203)Pi和Qi分別為注入節點i的有功功率和無功功率。注入PV節點i的
有功功...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃冠標，
申請(專利權)人：中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心，南方電網科學研究院有限責任公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44