[發明專利]一種多機電力系統的頻率強度參數測定方法

有效

• 申請號: 202010804311.9
• 申請日: 2020-08-12
• 公開（公告）號: CN112152197B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 辛煥海;高暉勝;張雯欣;李知藝;胡鵬飛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/24;H02J3/48
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種多機電力系統的頻率強度參數測定方法，其特征在于包括以下步驟：

1)在包含發電機的多機電力系統中，由多機電力系統的拉普拉斯矩陣消去負荷節點和無源節點的恒功率節點的部分得到發電機節點的壓縮拉普拉斯矩陣L_r及等效擾動Δu_E(s)；結合壓縮拉普拉斯矩陣L_r與發電機的頻率-有功傳遞函數矩陣G(s)，得到發電機節點的等效擾動Δu_E(s)與頻率Δω(s)之間的關系；

2)根據發電機節點的等效擾動與頻率之間的關系處理獲得發電機節點下的若干頻率模態分量Δω_k(s)，進而獲得發電機節點的近似頻率

3)選擇多機電力系統在擾動下節點的頻率軌跡作為關鍵軌跡Δω_ck(s)，并確定關鍵軌跡所主導的頻率模態分量；

4)通過迭代算法，針對關鍵軌跡所主導的第k個頻率模態分量，將各發電機轉換為慣量-阻尼-積分結構，得到近似關鍵軌跡；

5)將近似關鍵軌跡參數分解歸一化，獲得有效模態慣量、有效模態阻尼及有效模態積分的三個參數；

6)利用有效模態慣量、有效模態阻尼、有效模態積分處理獲得頻率強度參數；

多機電力系統一共有n+m個節點，其中n個節點在m個節點之前，前n個節點均為發電機節點，后m個節點均為負荷節點或無源節點的恒功率節點；

所述步驟4)中，建立以下慣量-阻尼-積分結構表示為：

式中，J_u、D_u及K_u分別為慣量-阻尼-積分結構的慣量參數、阻尼參數、積分參數；u表示慣量-阻尼-積分結構；s表示拉普拉斯算子；

在不同的頻率模態分量下各發電機轉換為慣量-阻尼-積分結構后模態參數不同，針對主導關鍵軌跡的第k個頻率模態分量Δω_k(s)下各發電機慣量-阻尼-積分結構參數采用以下迭代算法處理獲得：

4.1)設置各臺發電機為慣量-阻尼-積分結構的慣量參數、阻尼參數、積分參數的初值，并計算初始參數矩陣和初始慣量-阻尼-積分結構矩陣：

其中，及分別表示慣量-阻尼-積分結構的慣量參數、阻尼參數、積分參數的初值；分別表示發電機的初始慣量參數矩陣、初始阻尼參數矩陣、初始積分參數矩陣，表示發電機的初始慣量-阻尼-積分結構矩陣；

再計算初始輔助慣量-阻尼-積分結構：

其中，表示發電機在自身容量下的初始慣量-阻尼-積分結構矩陣，表示發電機在自身容量下的第k個頻率模態分量的初始輔助慣量-阻尼-積分結構；F表示容量比例矩陣；

4.2)令循環變量r＝1；

4.3)在第r次迭代時，按照以下公式獲得頻率軌跡

其中，表示發電機在第r-1次迭代時自身容量下的第k個頻率模態分量的輔助慣量-阻尼-積分結構；表示第r-1次迭代的第k個頻率模態分量對應的頻率軌跡；Δu_E(s)表示發電機節點的等效擾動；C_k為加權拉普拉斯矩陣L_F第k個特征值對應的頻率模態分量的系數矩陣；H_k(s)為加權拉普拉斯矩陣L_F第k個特征值對應的頻率模態分量的傳遞函數；U_k表示加權拉普拉斯矩陣L_F的第k個特征向量；ω₀為頻率基值；λ_k表示加權拉普拉斯矩陣L_F的第k個特征值；

4.4)建立如下優化目標函數：

s.t.

其中t₀、t_f分別為選擇時間段的初始時刻與終端時刻；ΔP_k(s)為由發電機的頻率-有功功率傳遞函數矩陣G(s)計算出的功率軌跡，ΔP′_k(s)為發電機的慣量-阻尼-積分結構矩陣計算出的功率軌跡；表示發電機第r-1次迭代下的慣量-阻尼-積分結構矩陣；功率軌跡ΔP_k(s)經拉氏反變換得到ΔP_k(t)，功率軌跡ΔP′_k(s)經拉氏反變換得到ΔP′_k(t)；和分別表示發電機第r-1次迭代下的慣量參數矩陣、初始阻尼參數矩陣和初始積分參數矩陣；

通過最小二乘法求解優化目標函數，求解獲得參數和進而獲得慣量-阻尼-積分結構矩陣并按照以下公式獲得第r次迭代的輔助慣量-阻尼-積分結構：

其中，表示發電機第r次迭代下在自身容量的第k個頻率模態分量的輔助慣量-阻尼-積分結構；表示發電機在第r-1次迭代下的的初始慣量-阻尼-積分結構矩陣；

4.5)令r＝r+1，循環進行步驟4.2)～步驟4.4)，直到參數收斂，根據最后一次迭代獲得的輔助慣量-阻尼-積分結構采用以下公式計算獲得近似關鍵軌跡

其中，C_k[x,y]為系數矩陣C_k第x行、第y列的元素，為矩陣第x行、第y-n列的元素，P_uy表示第y個節點的功率擾動幅值；表示輔助慣量-阻尼-積分結構中的慣量參數，表示輔助慣量-阻尼-積分結構中的阻尼參數，表示輔助慣量-阻尼-積分結構中的積分參數；

所述步驟6)中，具體為：

頻率強度參數包括了綜合慣量系數和頻率最大偏移率，采用以下公式處理獲得：

其中，ζ＝D_ωk/2/(J_ωkK_ωk)^1/2為阻尼比，e為自然常數參數，n_t表示為對綜合慣量計算過程中由發生擾動到頻率發生最大偏移的時間進行分段的段數，J_zk為綜合慣量系數，a_k為頻率最大偏移率，J_ωk、D_ωk、K_ωk分別表示有效模態慣量、有效模態阻尼、有效模態積分。