[發明專利]一種基于耦合評價指標的電力系統暫態穩定性分析方法

有效

• 申請號: 202010008148.5
• 申請日: 2020-01-05
• 公開（公告）號: CN111210145B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 夏楊紅;李悅;彭勇剛;韋巍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06;H02J3/00;H02J3/32
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及電力系統領域中的穩定性分析技術，旨在提供一種基于耦合評價指標的電力系統暫態穩定性分析方法。包括：針對電力系統狀態建立空間模型，利用耦合評價指標和非線性解耦方法對空間模型進行解耦，將原高階的非線性系統近似地轉化為一系列解耦的一階二次和二階二次系統；然后再以低階二次系統分析工具判斷各狀態變量的吸引域，通過狀態變量的數值和所得出的吸引域的關系來反映電力系統的暫態穩定性。本發明根據耦合評價指標和線性部分的特征值，篩選不同的耦合對和孤立狀態變量，用于指導系統解耦。能夠獲得可克服電力電子化電力系統的高維和非線性挑戰，相比于傳統的Lyapunov方法能顯著降低結果的保守性進而更有效地指導參數設計的技術優勢。

技術領域

本發明涉及一種基于耦合評價指標的電力系統暫態穩定性分析方法，即基于耦合評價指標的非線性解耦方法，屬于電力系統領域中的穩定性分析技術。

背景技術

可再生能源大多數以電力電子裝置作為接口接入電力系統，隨著可再生能源在電力系統滲透率不斷提高，電力系統電力電子化趨勢日趨明顯。相比于以同步機為主導的傳統電力系統，電力電子化電力系統具有新的特征，主要表現為電力電子化電力系統慣性較低，系統遭受擾動時系統的狀態變量容易在大范圍內變化，從而嚴重影響系統穩定性，尤其是暫態穩定性。

目前對于電力電子化電力系統的穩定性研究主要集中在對其進行小信號穩定性分析上，且已經取得了豐富的研究成果。然而，小信號穩定性分析不能提供吸引域等信息，無法確定使得系統失穩/致穩或使小信號穩定性分析結論成立的擾動變化范圍，因而局限了小信號穩定新分析方法的應用。

相對而言，暫態穩定性分析(或大信號穩定性分析)無需小信號近似，直接對原非線性微分方程進行處理并判斷受擾動后的軌跡是否收斂，因此可以評估系統吸引域，獲得使系統致穩/失穩的擾動范圍。但是，由于暫態穩定性分析需要處理非線性微分方程組，其難度比處理線性微分方程組大得多。對于電力電子化電力系統而言，其非線性和高維性特征明顯，目前仍沒有有效的針對電力電子化電力系統的暫態穩定性分析方法與框架。

本發明提出基于耦合評價指標的非線性解耦方法用于解決電力電子化電力系統暫態穩定性分析的難題，通過形成有效的分析框架，克服暫態穩定性分析中面臨的高維和非線性帶來的挑戰。所提出的基于耦合評價指標的非線性解耦方法普適性廣，對所研究的電力電子化電力系統結構無特殊要求，是一種新的暫態穩定性分析框架。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種基于耦合評價指標的電力系統暫態穩定性分析方法。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種基于耦合評價指標的電力系統穩定性分析方法，是針對電力系統狀態建立空間模型，利用耦合評價指標和非線性解耦方法對空間模型進行解耦，將原高階的非線性系統近似地轉化為一系列解耦的一階二次和二階二次系統；然后再以低階二次系統分析工具判斷各狀態變量的吸引域，通過狀態變量的數值和所得出的吸引域的關系來反映電力系統的暫態穩定性；

該方法具體包括如下步驟：

(1)選取電力系統中不可突變量且存在一階微分的量作為狀態變量，對所需要分析的電力系統建立狀態空間模型如下：

其中X＝[x₁，x₂，...，x_n]^T為X空間(即原空間)選取的狀態變量向量，x₁，x₂，...，x_n表示分別選取的n個狀態變量，f(X)為關于X的狀態方程組；由于非線性系統的穩定性分析是針對具體運行點而言的，因此不失一般性，設系統平衡點為X^*＝0，系統的狀態變量變換為相對于各自穩態值的變化值；

電力系統狀態模型中f(X)是光滑的，將式(1)根據Taylor公式展開，計算截止到二次項，即