[發明專利]一種基于廣域信息的電力系統慣性水平評估方法

在審

• 申請號: 201711364766.8
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN107947172A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 褚曉東;黃昊怡;張磊
• 申請（專利權）人: 山東大學;國網山東省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/24
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 李圣梅

技術領域

本發明涉及電力系統運行與控制技術領域，特別是涉及一種基于廣域信息的電力系統慣性水平評估方法。

背景技術

隨著以風電為代表的可再生能源發電的開發和利用，電力系統能源結構也隨之變化，火力發電機組等傳統同步發電機組所占比例逐漸降低。傳統上，當電力系統遭受擾動時，同步發電機組通過調節存儲在旋轉質量塊中的動能，補償由擾動引起的系統總有功功率差額，以此抑制系統頻率的波動。可再生能源發電機組通常通過電力電子換流器接入電力系統，實現解耦控制，不能直接響應系統的頻率波動。

為了反映可再生能源發電并網對電力系統頻率響應能力的影響，需要對系統的慣性水平進行準確的評估。在電力系統出現有功功率差額時，頻率波動特性受系統慣性水平的影響。單臺同步發電機組的慣性水平可以由其慣性時間常數來表征，但是系統整體慣性水平受多種因素影響，并不是各臺同步發電機組慣性水平的簡單加和。

在可再生能源發電比例不斷增加的趨勢下，對電力系統整體慣性水平進行準確評估，增強系統頻率響應能力，保證系統安全穩定運行，是亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種基于廣域信息的電力系統慣性水平評估方法，本發明根據慢同調理論對電力系統同步發電機組進行分群，選取各機群中起主導作用的機組，確定主導機組相關參變量與有功功率差額之間的關系，利用各主導機組的廣域信息，得到系統總有功功率差額的估計值，評估電力系統整體慣性水平。

一種基于廣域信息的電力系統慣性水平評估方法，包括以下步驟：

步驟1：根據慢同調理論，將電力系統同步發電機組分為多個慢同調機群；

步驟2：對每個慢同調機群，計算其包含的同步發電機組的參與因子和相關因子，選擇起主導作用的機組，獲得該機組的慣性時間常數；

步驟3：根據慢同調機群主導機組轉子運動方程，確定主導機組電角速度、電角速度變化率、慣性時間常數與有功功率差額之間的關系；

步驟4：根據主導機組有功功率差額與慣性時間常數等參數間的關系，利用各慢同調機群主導機組的廣域信息，包括電角速度、電角速度變化率，得到系統總有功功率差額的估計值，用來評估電力系統整體慣性水平。

進一步的，所述步驟1，根據慢同調理論，將電力系統同步發電機組分為多個慢同調機群的具體步驟為：

步驟1.1：根據同步發電機二階經典模型，構造收縮到同步發電機內電勢節點的導納矩陣，并在此基礎上求取系統狀態矩陣；

步驟1.2：根據步驟1.1中所求系統狀態矩陣，求其特征值與特征向量，并在此基礎上確定慢同調分群數，選取慢同調分群的參考機組，計算分群矩陣，得到慢同調機群。

進一步的，所述步驟1.1中，構造收縮到同步發電機內電勢節點的導納矩陣的具體步驟為：

在不計入同步發電機內電勢節點時，設系統共計有m+n個節點，其中，前m個節點為同步發電機端節點，后n個節點為其他節點，系統節點導納矩陣可以寫為：

其中，Y_A、Y_B、Y_C、Y_D分別為同步發電機端節點的自導納矩陣、同步發電機端節點與其他節點的互導納矩陣、其他節點與同步發電機端節點的互導納矩陣、其他節點的自導納矩陣。

計入同步發電機內電勢節點，并將負荷表示為等值導納的形式，形成增廣節點導納矩陣為：

其中，Y_m為由同步發電機的等值導納構成的對角子矩陣，Y_m的對角線元素為Y_mi＝1/jx'_d，x'_d為同步發電機暫態電抗；Y_Lm與Y_Ln分別為由同步發電機端節點所連接負荷和其他節點所連接負荷的等值導納構成的對角子矩陣，定義為：

其中

P_li+jQ_li為第i個節點的負荷功率，U_li為第i個節點的電壓幅值；

為求出收縮到同步發電機內電勢節點的導納矩陣，將前述增廣節點導納矩陣表示為：

其中，Y₁＝Y_m，Y₂＝[-Y_m 0]，

對應的網絡方程為：