基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方法，它包括獲取電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)；得到電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程；通過(guò)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，得到系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)；在平衡點(diǎn)處對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行模態(tài)級(jí)數(shù)法分析；計(jì)算模式j(luò)與復(fù)合模式對(duì)(k,l)的非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)，求出非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)中的最大值，并確定與非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的復(fù)合模式對(duì)(k,l)；計(jì)算復(fù)合模式對(duì)(k,l)與第i個(gè)狀態(tài)變量x間的非線(xiàn)性參與因子，求出非線(xiàn)性參與因子中的最大值，并確定與非線(xiàn)性參與因子中的最大值對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量x；根據(jù)狀態(tài)變量x，判斷系統(tǒng)失穩(wěn)模式；解決了現(xiàn)有技術(shù)不能正確判別系統(tǒng)的失穩(wěn)模式，并且無(wú)法采取針對(duì)性穩(wěn)定控制策略來(lái)確保穩(wěn)定控制措施的有效性等問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定 的關(guān)聯(lián)性分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大和互聯(lián)程度不斷增加，電力系統(tǒng)的運(yùn)行越來(lái)越接近其 極限狀態(tài)，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題日益突出。功角穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 的兩個(gè)方面，且常常交織在一起，若孤立地對(duì)某一方面進(jìn)行研究都是不全面的。明確功角失 穩(wěn)和電壓失穩(wěn)的區(qū)別和聯(lián)系，有助于了解系統(tǒng)失穩(wěn)原因 W及穩(wěn)定特性，更合理地安排系統(tǒng) 運(yùn)行方式，制定系統(tǒng)穩(wěn)定控制方案。因此，必須對(duì)電力系統(tǒng)的各個(gè)方面加 W詳細(xì)考察，來(lái)研 究電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性，W便采取有效的并且有針對(duì)性的預(yù)防控制措施阻止系統(tǒng) 失穩(wěn)的發(fā)生。
[0003] 現(xiàn)代電力系統(tǒng)是強(qiáng)非線(xiàn)性系統(tǒng)，運(yùn)種強(qiáng)非線(xiàn)性導(dǎo)致了系統(tǒng)內(nèi)部的非線(xiàn)性相互作用 主導(dǎo)著系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。系統(tǒng)的非線(xiàn)性相互作用越強(qiáng)，表現(xiàn)出的非線(xiàn)性特性越強(qiáng)。目前，電 壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方法主要有小擾動(dòng)分析法、能量函數(shù)法、分岔理論、混濁理 論、戴維南等值跟蹤法、概率特征根分析法等，雖然運(yùn)些方法都計(jì)及了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，能 夠判別出系統(tǒng)的失穩(wěn)類(lèi)別，但是都未給出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的任何信息，也未考慮系統(tǒng)內(nèi) 部的非線(xiàn)性相互作用，如模式間的非線(xiàn)性相互作用，模式與狀態(tài)變量間的非線(xiàn)性相互作用， 導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正確判別系統(tǒng)的失穩(wěn)模式，并且無(wú)法采取針對(duì)性穩(wěn)定控制策略來(lái)確保穩(wěn)定控 制措施的有效性等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題:提供一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān) 聯(lián)性分析方法，W解決現(xiàn)有技術(shù)中電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定關(guān)聯(lián)性分析中，由于沒(méi) 有考慮系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的任何信息，也未考慮系統(tǒng)內(nèi)部的非線(xiàn)性相互作用，如模式間的 非線(xiàn)性相互作用，模式與狀態(tài)變量間的非線(xiàn)性相互作用，導(dǎo)致的無(wú)法正確判別系統(tǒng)的失穩(wěn) 模式，并且無(wú)法采取針對(duì)性穩(wěn)定控制策略來(lái)確保穩(wěn)定控制措施的有效性等問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明技術(shù)方案：
[0006] -種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方法，它包括：
[0007] 步驟A:獲取電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)；
[000引步驟B:根據(jù)電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)，得到電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程；
[0009] 步驟C:通過(guò)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，得到系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)Xsep;
[0010] 步驟D:在系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)Xsep處對(duì)電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程進(jìn)行模態(tài)級(jí)數(shù)法分 析；
[00川步驟E:計(jì)算模式j(luò)與復(fù)合模式對(duì)(k，l)的非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)出非線(xiàn)性相關(guān)系 數(shù)中的最大值，并確定與非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的復(fù)合模式對(duì)化，1)。
[0012]步驟F:計(jì)算復(fù)合模式對(duì)化，I)與第i個(gè)狀態(tài)變量X間的非線(xiàn)性參與因子P2iki，求出 非線(xiàn)性參與因子中的最大值，并確定與非線(xiàn)性參與因子中的最大值對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量X;
[0013] 步驟G:根據(jù)狀態(tài)變量X，判斷系統(tǒng)失穩(wěn)模式。
[0014] 步驟A所述電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)包括發(fā)電機(jī)參數(shù)、變壓器參數(shù)、線(xiàn)路參數(shù)，HVDC的設(shè) 備參數(shù)、FACTS的設(shè)備參數(shù)和控制系統(tǒng)參數(shù)。
[0015] 步驟B所述電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程其表達(dá)式為：
[0016]
(1)
[0017] 其中，XGR為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，yGR為系統(tǒng)的代數(shù)變量，y為系統(tǒng)的控制參數(shù)和運(yùn) 行參數(shù)。
[0018] 步驟D所述在系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)Xsep處對(duì)系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程進(jìn)行模態(tài)級(jí)數(shù)法分 析，其分析表達(dá)式為：
[0019]
[0020] (2)
[0021 ] Ijacobian矩陣A的第i行，i = l ,2,... ,N;
[0022] 巧essian矩陣，表達(dá)式為2階表達(dá)式；
[0023] 步驟E所述求非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)表達(dá)式為表示模式j(luò)與復(fù)合模式對(duì)化，1)的非 線(xiàn)性相互作用，其值越大，非線(xiàn)性相互作用越強(qiáng)，其中，復(fù)合模式對(duì)化，1)由第k個(gè)模式與第1 個(gè)模式組成。
[0024] 步驟F所述計(jì)算由復(fù)合模式對(duì)化，1)與第i個(gè)狀態(tài)變量X間的非線(xiàn)性參與因子，其計(jì) 算公式為：
[0025] C 4)
[00%]其中，P2iki表示第k個(gè)模式與第1個(gè)模式所組成的復(fù)合模式對(duì)化，1)與第i個(gè)狀態(tài)變 量X的非線(xiàn)性相關(guān)程度，V和U表示系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程中矩陣A的左、右特征向量。
[0027] 步驟G所述根據(jù)狀態(tài)變量X，判斷失穩(wěn)模式其判斷方法為:狀態(tài)變量X為功角量，貝U 判定為功角失穩(wěn)模式;狀態(tài)變量X為電壓量，則判定為電壓失穩(wěn)模式;狀態(tài)變量X為電壓量和 功角量同時(shí)存在，則判定為功角與電壓共同失穩(wěn)模式。
[0028] 本發(fā)明的有益效果：
[0029] 本發(fā)明采用模態(tài)級(jí)數(shù)法從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性入手，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的非線(xiàn)性相互 作用來(lái)研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，通過(guò)相關(guān)指標(biāo)識(shí)別出系統(tǒng)的主導(dǎo)失穩(wěn)模式、分析模式間的非 線(xiàn)性相互作用程度，對(duì)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，從而正確判別系統(tǒng)的 失穩(wěn)模式，并且采取針對(duì)性穩(wěn)定控制策略，確保穩(wěn)定控制措施的有效性和電力系統(tǒng)的安全 穩(wěn)定運(yùn)行;本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定與功角穩(wěn)定關(guān)聯(lián)性分析中，由于 沒(méi)有考慮系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的任何信息，也未考慮系統(tǒng)內(nèi)部的非線(xiàn)性相互作用，如模式間 的非線(xiàn)性相互作用，模式與狀態(tài)變量間的非線(xiàn)性相互作用，導(dǎo)致的無(wú)法正確判別系統(tǒng)的失 穩(wěn)模式，并且無(wú)法采取針對(duì)性穩(wěn)定控制策略來(lái)確保穩(wěn)定控制措施的有效性等問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】：
[0030] 圖1為本發(fā)明分析方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0031] -種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方法，它包括：
[0032] 步驟A:獲取電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)；
[0033] 步驟B:根據(jù)電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)，得到電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程；
[0034] 步驟C:通過(guò)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，得到系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)Xsep;
[0035] 步驟D:在系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)Xsep處對(duì)電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程進(jìn)行模態(tài)級(jí)數(shù)法分 析；
[0036] 步驟E:計(jì)算模式j(luò)與復(fù)合模式對(duì)化，1)的非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)求出非線(xiàn)性相關(guān)系 數(shù)中的最大值，并確定與非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的復(fù)合模式對(duì)化，1)。
[0037] 步驟F:計(jì)算復(fù)合模式對(duì)化，1)與第i個(gè)狀態(tài)變量X間的非線(xiàn)性參與因子P2iki，求出 非線(xiàn)性參與因子中的最大值，并確定與非線(xiàn)性參與因子中的最大值對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量X;
[0038] 步驟G:根據(jù)狀態(tài)變量X，判斷系統(tǒng)失穩(wěn)模式。
[0039] 步驟A所述電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)包括發(fā)電機(jī)參數(shù)、變壓器參數(shù)、線(xiàn)路參數(shù)，HVDC的設(shè) 備參數(shù)、FACTS的設(shè)備參數(shù)和控制系統(tǒng)參數(shù)。
[0040] 步驟B所述電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程其表達(dá)式為：
[0041 ]
(J)
[0042] 其中，X為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，y為系統(tǒng)的代數(shù)變量，y為系統(tǒng)的控制參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)。
[0043] 步驟D所述在系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)Xsep處對(duì)系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程進(jìn)行模態(tài)級(jí)數(shù)法分 析，其分析表達(dá)式為：
[0044] (2)
[0045] 第 i 行，i = l，2，...，N;
[0046]
巧essian矩陣;表達(dá)式為2階表達(dá)式，省略號(hào)表示更高階的 展開(kāi)表達(dá)式。
[0047] 步驟E所述求非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)，表達(dá)式為：
[004 引 A2 占 。：
[0049] 表示模式j(luò)與復(fù)合模式對(duì)化，1)的非線(xiàn)性相互作用，其值越大，非線(xiàn)性相互作 用越強(qiáng)。其中，復(fù)合模式對(duì)化，1)由第k個(gè)模式與第1個(gè)模式組成。
[0050] 步驟F所述由復(fù)合模式對(duì)化，1)與第i個(gè)狀態(tài)變量X間的非線(xiàn)性參與因子 [0化1] 表達(dá)式為：
[0化2] (4)
[0053] 其中，P2iki表示第k個(gè)模式與第1個(gè)模式所組成的復(fù)合模式對(duì)化，1)與第i個(gè)狀態(tài)變 量X的非線(xiàn)性相關(guān)程度。V和U表示式(2)中矩陣A的左、右特征向量。
[0054] 步驟G所述根據(jù)狀態(tài)變量X，判斷失穩(wěn)模式的判斷方法為：
[0055] 若狀態(tài)變量X為功角量，則判定為功角失穩(wěn)模式；
[0056] 若狀態(tài)變量X為電壓量，則判定為電壓失穩(wěn)模式；
[0057] 若狀態(tài)變量X為電壓量和功角量同時(shí)存在，則判定為功角與電壓共同失穩(wěn)模式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方法，它包括： 步驟A:獲取電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)； 步驟B:根據(jù)電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)，得到電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程； 步驟C:通過(guò)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，得到系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)XSEP; 步驟D:在系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)XsEP處對(duì)電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程進(jìn)行模態(tài)級(jí)數(shù)法分析； 步驟E:計(jì)算模式j(luò)與復(fù)合模式對(duì)化，1)的非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)求出非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)中 的最大值，并確定與非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的復(fù)合模式對(duì)化，1); 步驟F:計(jì)算復(fù)合模式對(duì)化，1)與第i個(gè)狀態(tài)變量X間的非線(xiàn)性參與因子P2iki，求出非線(xiàn) 性參與因子中的最大值，并確定與非線(xiàn)性參與因子中的最大值對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量X; 步驟G:根據(jù)狀態(tài)變量X，判斷系統(tǒng)失穩(wěn)模式。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方 法，其特征在于：步驟A所述電力系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)包括發(fā)電機(jī)參數(shù)、變壓器參數(shù)、線(xiàn)路參數(shù)， HVDC的設(shè)備參數(shù)、FACTS的設(shè)備參數(shù)和控制系統(tǒng)參數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方 法，其特征在于:步驟B所述電力系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程其表達(dá)式為：(：1) 其中，xeR為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，yeR為系統(tǒng)的代數(shù)變量，μ為系統(tǒng)的控制參數(shù)和運(yùn)行參 數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方 法，其特征在于:步驟D所述在系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)XsEP處對(duì)系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程進(jìn)行模態(tài)級(jí) 數(shù)法分析，其分析表達(dá)式為：(2) 其4是Jacobian矩陣A的第i行，i = 1,2,...，N;卽essian矩陣，表達(dá)式為2階表達(dá)式。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方 法，其特征在于:步驟E所述求非線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)表達(dá)式為：表示模式j(luò)與復(fù)合模式對(duì)化， 1)的非線(xiàn)性相互作用，其值越大，非線(xiàn)性相互作用越強(qiáng)，其中，復(fù)合模式對(duì)化，1)由第k個(gè)模 式與第1個(gè)模式組成。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方 法，其特征在于:步驟F所述計(jì)算由復(fù)合模式對(duì)化，1)與第i個(gè)狀態(tài)變量X間的非線(xiàn)性參與因 子，其計(jì)算公式為：(4) 其中，P2iki表示第k個(gè)模式與第1個(gè)模式所組成的復(fù)合模式對(duì)(k，l)與第i個(gè)狀態(tài)變量X 的非線(xiàn)性相關(guān)程度，V和U表示系統(tǒng)微分代數(shù)狀態(tài)方程中矩陣A的左、右特征向量。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模態(tài)級(jí)數(shù)法的功角穩(wěn)定與電壓穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)性分析方 法，其特征在于:步驟G所述根據(jù)狀態(tài)變量X，判斷失穩(wěn)模式其判斷方法為:狀態(tài)變量X為功角 量，則判定為功角失穩(wěn)模式;狀態(tài)變量X為電壓量，則判定為電壓失穩(wěn)模式;狀態(tài)變量X為電 壓量和功角量同時(shí)存在，則判定為功角與電壓共同失穩(wěn)模式。
【文檔編號(hào)】H02J3/00GK105977960SQ201510867560
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日
【發(fā)明人】范強(qiáng), 林呈輝, 文賢馗, 肖永, 陳建國(guó), 桂軍國(guó), 徐長(zhǎng)寶
【申請(qǐng)人】貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院