[發明專利]基于二階非均勻Kuramoto模型頻率同步理論的電力系統擾動極限切除時間方法

在審

• 申請號: 201410649039.6
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104331571A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 郭鈺鋒;龐愛平;楊柳;萬杰;李祝春;于達仁;薛小平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種電力系統受擾動后的極限切除時間方法。

背景技術

自20世紀20年代開始，電力系統領域的學者就已經認識到了電力系統穩定問題，并將其作為確保系統安全運行的重要方面加以研究。系統不穩定事故不僅造成了巨大的經濟損失和社會影響，同時也反映出研究電力系統穩定問題的重要性和必要性。隨著電力系統的不斷互聯，以及智能電網的興起，電網的規模變得越來越龐大，電網的復雜性變得越來越高；并且伴隨新能源發電技術的發展，越來越多的分布式能源接入到了電力系統，由于分布式能源的隨機性和波動性，電網將承受越來越多的擾動。因此電力系統的暫態穩定問題將會變得越發嚴峻，這就要求暫態穩定分析方法：簡潔、快速、準確。

關于暫態穩定問題的分析方法大致可分為時域仿真和直接法兩大類別，時域仿真法可以觀察系統受擾后狀態變量的變化軌跡。但對于大規模電力系統，運用時域仿真法判別系統的暫態穩定性需要很大的計算量，因此很難在線運行；直接法根據動力系統的穩定性理論來構造系統的暫態能量函數，并由暫態能量函數的性質來判斷受擾系統的穩定性。直接法計算速度快，可以用于在線運行。但是，暫態能量函數的構造、系統臨界能量的確定以及穩定平衡點吸引域的求解是一項十分困難的工作。

近年來，復雜網絡領域的學者們開始把目光轉向了電力系統這個龐大而復雜的非線性網絡，并逐漸意識到復雜網絡中的頻率同步問題與電力系統中的暫態穩定問題之間的相似性。其中Kuramoto模型作為研究同步問題時最常見的模型，其動力學特性越來越深入地被人們所理解。其避免直接法在處理暫態穩定問題時的困難，直接體現受擾系統穩定平衡點的吸引域，Kuramoto能夠對系統的動力學特性進行刻畫，給出同步點的吸引域估計，將Kuramoto模型對應到暫態穩定分析所用的電力系統模型，即可運用Kuramoto模型同步理論估計系統受擾后平衡點的吸引域范圍，從而能夠對系統的暫態穩定情況作出快速判斷。

但目前的研究僅限于一階Kuramoto模型，采用的方法多是將模型線性化后進行分析，而一階的模型不含有旋轉慣量項，不能與電力系統模型很好的對應；并且研究多關注于對臨界耦合強度的限定，以及用概率和仿真的方法統計吸引域的大小來研究網絡結構對電力系統穩定性的影響。由于沒有對系統平衡點的吸引域度進行研究，所以無法應用到暫態穩定分析中。

發明內容

本發明是要解決現有方法是將模型線性化后進行分析，而一階的模型不含有旋轉慣量項，不能與電力系統模型很好的對應；現有方法沒有對系統平衡點的吸引域度進行研究，無法應用到暫態穩定分析中的問題，而提供了基于二階非均勻Kuramoto模型頻率同步理論的電力系統擾動極限切除時間方法。

基于二階非均勻Kuramoto模型頻率同步理論的電力系統擾動極限切除時間方法，它按以下步驟實現：

步驟一：建立與電力系統模型對應的二階非均勻Kuramoto模型，并對電力系統功率輸出和傳輸功率進行計算，將電網網絡簡化至僅含發電機內節點的全連通電網網絡，形成二階非均勻Kuramoto模型中的自然頻率項和網絡的耦合系數與電力系統中的功率輸出和傳輸功率的對應；

步驟二：若電力系統內某節點發生擾動，根據擾動切除后電網網絡的結構，對二階非均勻Kuramoto模型參數修改；

步驟三：對原電網網絡從擾動開始時刻到擾動切除時刻的時間段內進行時域數值仿真，并求解擾動切除瞬間系統的狀態變量，根據此狀態變量求解判據中參數C(δ₀,ω₀,α)；

步驟四：根據同步判據中參數，判定系統受一定擾動后是否能夠保持同步穩定，并計算系統受擾動后能夠保持不穩定的的極限切除時間。

發明效果：

本發明突破了這個局限，估出了二階非均勻Kuramoto模型的吸引域，給出了基于二階非均勻Kuramoto模型的同步判據，并建立電力系統暫態穩定和二階非均勻Kuramoto模型同步判據的對應方法，從而給出系統受擾后的極限切除時間計算方法。將此方法與時域仿真結果進行比較分析，足見此方計算簡單，快速，準確，方便用于在線運行。