時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析和控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到時變電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性 分析技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電的發(fā)展是世界各國未來能源戰(zhàn)略的重要組成部分，但是風(fēng)機出力的波動往往 導(dǎo)致系統(tǒng)運行工況變化，這為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定與經(jīng)濟運行帶來了巨大風(fēng)險。因此，迫切 需要對含風(fēng)速隨機特征的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性進行深入分析。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，有關(guān)風(fēng)電接入下電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析技術(shù)主要分為兩類，一類是 基于風(fēng)機自身的穩(wěn)定性分析，另一類是基于電網(wǎng)側(cè)單一運行工況下的穩(wěn)定性分析?；陲L(fēng) 機自身的穩(wěn)定性分析以不同風(fēng)機接入下風(fēng)功率變化對風(fēng)機自身穩(wěn)定性的影響為研宄對象， 分析不同風(fēng)機的穩(wěn)定性差異，然而，這類分析并未對風(fēng)機接入后網(wǎng)側(cè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性進 行分析?；陔娋W(wǎng)側(cè)單一運行工況下的穩(wěn)定性分析以風(fēng)電接入下風(fēng)功率變化時網(wǎng)側(cè)電力系 統(tǒng)振蕩模式為分析對象，分析網(wǎng)側(cè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，然而，該方法僅針對電力系統(tǒng)的單一運 行工況進行分析，并未對風(fēng)機出力波動較大導(dǎo)致系統(tǒng)運行工況發(fā)生大范圍變化的情況進行 分析。因此，現(xiàn)有技術(shù)中，對于風(fēng)電接入下電力系統(tǒng)的分析不全面，準確性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的困難，避免僅對風(fēng)力發(fā)電機自身進行 穩(wěn)定性分析，因而忽視了風(fēng)力發(fā)電機接入后網(wǎng)側(cè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；也避免了以風(fēng)電接入 下風(fēng)功率變化時網(wǎng)側(cè)電力系統(tǒng)振蕩模式為分析目標，因此忽視了風(fēng)力發(fā)電機出力波動較大 導(dǎo)致系統(tǒng)運行工況發(fā)生大范圍變化的問題。為此本發(fā)明提出一種考慮風(fēng)速隨機特征的時變 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)及方法。
[0005] 本發(fā)明從電力系統(tǒng)實際狀況出發(fā)，能夠有效解決風(fēng)機接入下風(fēng)速隨機特征導(dǎo)致的 電力系統(tǒng)時變穩(wěn)定性不易判別的難題。首先利用雙參數(shù)韋伯分布模型對短時間內(nèi)條件風(fēng)速 趨勢進行擬合預(yù)測，再將風(fēng)速區(qū)間化，計算各區(qū)間的條件特征風(fēng)速概率密度矩陣，根據(jù)條件 特征風(fēng)速確定系統(tǒng)的運行工況。然后，根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)架信息建立考慮風(fēng)速隨機特征的連續(xù)馬 爾科夫時變電力系統(tǒng)模型，并降階系統(tǒng)。其次，本發(fā)明構(gòu)建含連續(xù)馬爾科夫時變電力系統(tǒng)模 型的李雅普諾夫泛函，并在該泛函的弱無窮小算子中運用鄧肯引理，推導(dǎo)滿足干擾衰減度 的魯棒隨機穩(wěn)定性的線性矩陣不等式，最后將穩(wěn)定性問題轉(zhuǎn)化為可行性問題求解系統(tǒng)是否 穩(wěn)定。
[0006] 為了實現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為如下。
[0007] -種時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次連接的數(shù)據(jù)采集模塊，風(fēng) 速擬合預(yù)測模塊、時變系統(tǒng)建立與降階模塊、穩(wěn)定判據(jù)求解模塊和結(jié)果輸出模塊，數(shù)據(jù)采集 模塊還連接至?xí)r變系統(tǒng)建立與降階模塊；
[0008] 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集風(fēng)電場風(fēng)速與風(fēng)機出力信息、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)、系統(tǒng)內(nèi) 發(fā)電機頻率、功角，并將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至風(fēng)速擬合預(yù)測模塊和時變系統(tǒng)建立與降階模塊；
[0009] 所述風(fēng)速擬合預(yù)測模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的信息與風(fēng)電場歷史實際數(shù)據(jù)，對 短時間內(nèi)條件風(fēng)速趨勢進行擬合預(yù)測，并將風(fēng)速區(qū)間化，根據(jù)擬合模型計算各區(qū)間的條件 特征風(fēng)速概率密度矩陣；
[0010] 所述時變系統(tǒng)建立與降階模塊將每個區(qū)間作為時變系統(tǒng)的一個子工況，根據(jù)風(fēng)機 風(fēng)速與出力對應(yīng)關(guān)系以及數(shù)據(jù)采集模塊的采集數(shù)據(jù)建立考慮風(fēng)速隨機特征的連續(xù)馬爾科 夫時變電力系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)進行降階；
[0011] 所述的穩(wěn)定判據(jù)求解模塊用于形成時變電力系統(tǒng)魯棒隨機穩(wěn)定判據(jù)，利用線性矩 陣不等式中的可行性問題求解方法求解系統(tǒng)是否穩(wěn)定；
[0012] 所述的結(jié)果輸出模塊用于輸出系統(tǒng)穩(wěn)定性判別結(jié)果。
[0013] -種時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，所述方法包括：
[0014] A、采集風(fēng)電場風(fēng)速與風(fēng)機出力信息、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)、系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機頻率、功角；
[0015] B、根據(jù)采集的數(shù)據(jù)與風(fēng)電場歷史實際數(shù)據(jù)，對短時間內(nèi)條件風(fēng)速趨勢進行擬合預(yù) 測，并將風(fēng)速區(qū)間化，根據(jù)擬合模型計算各區(qū)間的條件特征風(fēng)速概率密度矩陣；
[0016] C、將每個區(qū)間作為時變系統(tǒng)的一個子工況，根據(jù)風(fēng)機風(fēng)速與出力對應(yīng)關(guān)系以及采 集的數(shù)據(jù)建立考慮風(fēng)速隨機特征的連續(xù)馬爾科夫時變電力系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)進行降階；
[0017]D、形成時變電力系統(tǒng)魯棒隨機穩(wěn)定判據(jù)，利用線性矩陣不等式中的可行性問題求 解方法求解系統(tǒng)是否穩(wěn)定；
[0018] E、輸出時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析結(jié)果。
[0019] 步驟B中，所述的條件特征風(fēng)速概率密度為某一條件特征風(fēng)速下，預(yù)定時間間隔 后的風(fēng)速概率密度。
[0020] 另外步驟B中，對短時間內(nèi)條件風(fēng)速趨勢進行擬合預(yù)測，并將風(fēng)速區(qū)間化，根據(jù)擬 合模型計算各區(qū)間的條件特征風(fēng)速概率密度矩陣包括：
[0021] B1、利用雙參數(shù)韋伯分布模型擬合時變系統(tǒng)各條件風(fēng)速下的變化趨勢；
[0022] B2、按照一定的區(qū)間長度將風(fēng)速在切入風(fēng)速與切出風(fēng)速之間進行區(qū)間化，利用步 驟Bl中各條件風(fēng)速下的擬合模型確定各區(qū)間的條件特征風(fēng)速概率密度矩陣。
[0023] 其中，所述雙參數(shù)韋伯分布模型為：
【主權(quán)項】
1. 一種時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次連接的數(shù)據(jù)采集模塊，風(fēng)速 擬合預(yù)測模塊、時變系統(tǒng)建立與降階模塊、穩(wěn)定判據(jù)求解模塊和結(jié)果輸出模塊，數(shù)據(jù)采集模 塊還連接至?xí)r變系統(tǒng)建立與降階模塊； 所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集風(fēng)電場風(fēng)速與風(fēng)機出力信息、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)、系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電 機頻率、功角，并將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至風(fēng)速擬合預(yù)測模塊和時變系統(tǒng)建立與降階模塊； 所述風(fēng)速擬合預(yù)測模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的信息與風(fēng)電場歷史實際數(shù)據(jù)，對短時 間內(nèi)條件風(fēng)速趨勢進行擬合預(yù)測，并將風(fēng)速區(qū)間化，根據(jù)擬合模型計算各區(qū)間的條件特征 風(fēng)速概率密度矩陣； 所述時變系統(tǒng)建立與降階模塊將每個區(qū)間作為時變系統(tǒng)的一個子工況，根據(jù)風(fēng)機風(fēng)速 與出力對應(yīng)關(guān)系以及數(shù)據(jù)采集模塊的采集數(shù)據(jù)建立考慮風(fēng)速隨機特征的連續(xù)馬爾科夫時 變電力系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)進行降階； 所述的穩(wěn)定判據(jù)求解模塊用于形成時變電力系統(tǒng)魯棒隨機穩(wěn)定判據(jù)，利用線性矩陣不 等式中的可行性問題求解方法求解系統(tǒng)是否穩(wěn)定； 所述的結(jié)果輸出模塊用于輸出系統(tǒng)穩(wěn)定性判別結(jié)果。
2. -種時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，所述方法包括： A、 采集風(fēng)電場風(fēng)速與風(fēng)機出力信息、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)、系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機頻率、功角； B、 根據(jù)采集的數(shù)據(jù)與風(fēng)電場歷史實際數(shù)據(jù)，對短時間內(nèi)條件風(fēng)速趨勢進行擬合預(yù)測， 并將風(fēng)速區(qū)間化，根據(jù)擬合模型計算各區(qū)間的條件特征風(fēng)速概率密度矩陣； C、 將每個區(qū)間作為時變系統(tǒng)的一個子工況，根據(jù)風(fēng)機風(fēng)速與出力對應(yīng)關(guān)系以及采集的 數(shù)據(jù)建立考慮風(fēng)速隨機特征的連續(xù)馬爾科夫時變電力系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)進行降階； D、 形成時變電力系統(tǒng)魯棒隨機穩(wěn)定判據(jù)，利用線性矩陣不等式中的可行性問題求解方 法求解系統(tǒng)是否穩(wěn)定； E、 輸出時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，步驟B中所述 的條件特征風(fēng)速概率密度為某一條件特征風(fēng)速下，預(yù)定時間間隔后的風(fēng)速概率密度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，步驟B中對短 時間內(nèi)條件風(fēng)速趨勢進行擬合預(yù)測，并將風(fēng)速區(qū)間化，根據(jù)擬合模型計算各區(qū)間的條件特 征風(fēng)速概率密度矩陣包括： B1、利用雙參數(shù)韋伯分布模型擬合時變系統(tǒng)各條件風(fēng)速下的變化趨勢； B2、按照一定的區(qū)間長度將風(fēng)速在切入風(fēng)速與切出風(fēng)速之間進行區(qū)間化，利用步驟Bl 中各條件風(fēng)速下的擬合模型確定各區(qū)間的條件特征風(fēng)速概率密度矩陣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4中所述的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，所述雙參數(shù) 韋伯分布模型為：
其中，Vi為當(dāng)前時刻風(fēng)速； Vj為條件風(fēng)速； k為形狀系數(shù)； C為尺度系數(shù)； g (Vi I Vp為條件風(fēng)速為\時當(dāng)前風(fēng)速為V i的概率密度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，步驟C中，根 據(jù)風(fēng)機風(fēng)速與出力對應(yīng)關(guān)系以及采集的數(shù)據(jù)建立考慮風(fēng)速隨機特征的連續(xù)馬爾科夫時變 電力系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)進行降階包括： C1、將每個區(qū)間作為時變系統(tǒng)的一個子工況，根據(jù)風(fēng)機風(fēng)速與出力的對應(yīng)關(guān)系確定各 區(qū)間特征風(fēng)速對應(yīng)的風(fēng)機輸出功率，并利用該風(fēng)機輸出功率以及采集的數(shù)據(jù)建立考慮風(fēng)速 隨機特征的連續(xù)馬爾科夫時變電力系統(tǒng)模型； C2、在保證所關(guān)心頻帶輸入輸出特性不變的前提下對連續(xù)馬爾科夫時變電力系統(tǒng)模型 降階。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，所述風(fēng)機風(fēng) 速與出力對應(yīng)關(guān)系為：
其中，Vcd為風(fēng)機切入風(fēng)速； v。。為風(fēng)機切出風(fēng)速； Vr為風(fēng)機額定風(fēng)速； PkS風(fēng)機額定輸出功率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6中所述的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，步驟C2中所 述對系統(tǒng)進行降階包括： C21、將系統(tǒng)狀態(tài)方程X = AY劃分為：
其中，X1= [Δ ω τ, Δ δ τ]為保留變量，Δ ω表示發(fā)電機功角轉(zhuǎn)速的變化量，Δ δ表示 發(fā)電機功角變化量，&為待消去的其他變量； C22、消去X2后為（，其中I為單位陣，P為微分算 子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，步驟D中，形 成時變電力系統(tǒng)魯棒隨機穩(wěn)定判據(jù)，利用線性矩陣不等式中的可行性問題求解方法求解系 統(tǒng)是否穩(wěn)定包括： D1、構(gòu)建含連續(xù)馬爾科夫時變電力系統(tǒng)模型的李雅普諾夫泛函，并在該泛函的弱無窮 小算子中適用鄧肯引理，獲得滿足干擾衰減度γ的魯棒隨機穩(wěn)定性的線性矩陣不等式，得 到時變電力系統(tǒng)魯棒隨機穩(wěn)定判據(jù)； D2、利用線性矩陣不等式中的可行性問題求解方法確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，其特征在于，所述魯棒隨 機穩(wěn)定性判據(jù)具體可以表示為：給定正常數(shù)γ>〇,如果存在一組正定對稱矩陣PiX^i e s， 使得如下一組矩陣不等式成立：
則當(dāng)u (t) = 0時，時變系統(tǒng)魯棒隨機穩(wěn)定，且滿足擾動衰減度γ，即：
【專利摘要】一種時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊，風(fēng)速擬合預(yù)測模塊、時變系統(tǒng)建立與降階模塊、穩(wěn)定判據(jù)求解模塊和結(jié)果輸出模塊，數(shù)據(jù)采集模塊用于采集數(shù)據(jù)；風(fēng)速擬合預(yù)測模塊對短時間內(nèi)條件風(fēng)速趨勢進行擬合預(yù)測，并將風(fēng)速區(qū)間化，根據(jù)擬合模型計算各區(qū)間的條件特征風(fēng)速概率密度矩陣；時變系統(tǒng)建立與降階模塊建立考慮風(fēng)速隨機特征的連續(xù)馬爾科夫時變電力系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)進行降階；穩(wěn)定判據(jù)求解模塊利用線性矩陣不等式中的可行性問題求解方法求解系統(tǒng)是否穩(wěn)定。通過本發(fā)明的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析系統(tǒng)及方法，能夠有效解決風(fēng)機接入下風(fēng)速隨機特征導(dǎo)致的時變電力系統(tǒng)穩(wěn)定性不易判別的難題。
【IPC分類】H02J3-38, G06F19-00
【公開號】CN104680017
【申請?zhí)枴緾N201510099154
【發(fā)明人】馬靜, 高翔, 李益楠, 邱揚
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月6日