本發(fā)明屬于電氣工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及交直流電力系統(tǒng)運(yùn)行故障和緊急狀態(tài)下的功率協(xié)調(diào)控制，具體涉及一種電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)注入功率靈敏度系數(shù)的確定方法。
背景技術(shù)：
超/特高壓直流輸電技術(shù)在我國西電東送和區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)方面得到大力推廣應(yīng)用，已經(jīng)形成了一些具有特點(diǎn)鮮明的典型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如西南水電基地電力通過三大特高壓直流外送的多直流外送系統(tǒng)，西北風(fēng)光火電經(jīng)特高壓交直流通道外送的交直流混合外送系統(tǒng)，華中地區(qū)多直流饋入/多直流外送的交直流混合系統(tǒng)，華東地區(qū)多直流通道饋入受端電力系統(tǒng)，規(guī)劃中的南方異步互聯(lián)電網(wǎng)，等，此外還出現(xiàn)了大容量直流通道受端分層多點(diǎn)饋入的形式。電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，直流輸電擔(dān)負(fù)著跨區(qū)域大容量電力輸送的任務(wù)。故障和緊急狀態(tài)下，直流輸電的快速可控能力可為電網(wǎng)穩(wěn)定控制提供較好的手段，可以通過多回直流通道之間的協(xié)調(diào)控制，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。利用直流功率緊急控制可以提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，也可為將系統(tǒng)從失步狀態(tài)拉回同步狀態(tài)提供控制作用。但是選取哪一條或哪幾條直流通道實(shí)施控制，控制量多少，控制時(shí)刻如何確定，如果采用多直流協(xié)調(diào)該如何優(yōu)化，等，需要研究合適的理論方法作為控制設(shè)計(jì)依據(jù)。除了利用直流緊急功率控制外，儲(chǔ)能以及緊急負(fù)荷控制都是可用的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)手段，這其中就涉及到儲(chǔ)能的安裝位置、選取哪些節(jié)點(diǎn)負(fù)荷進(jìn)行控制，以及控制量取多少合適和各節(jié)點(diǎn)注入功率控制之間如何協(xié)調(diào)等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)注入功率靈敏度系數(shù)的確定方法，解決了多條直流或是直流與多個(gè)儲(chǔ)能及緊急負(fù)荷之間的協(xié)調(diào)控制的技術(shù)問題。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問題的：
電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)注入功率靈敏度系數(shù)的確定方法，利用直流功率緊急控制提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，為系統(tǒng)從失步狀態(tài)拉回同步狀態(tài)提供控制作用。儲(chǔ)能以及緊急負(fù)荷控制是可用的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)手段。這些技術(shù)手段都表現(xiàn)為某個(gè)節(jié)點(diǎn)注入功率的變化，從網(wǎng)絡(luò)方程可以求解該注入功率作用對(duì)電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)電磁功率的影響，即所謂節(jié)點(diǎn)注入功率靈敏度的概念。因此，定義由于某節(jié)點(diǎn)注入單位功率引起的發(fā)電機(jī)電磁功率變化，為節(jié)點(diǎn)注入功率對(duì)該發(fā)電機(jī)電磁功率的靈敏度，就可以依據(jù)靈敏度來確定應(yīng)該在哪些節(jié)點(diǎn)注入功率，注入功率的大小，注入功率時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間，多個(gè)節(jié)點(diǎn)注入功率之間的協(xié)調(diào)。
具體步驟如下：
第一步、電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入功率與各節(jié)點(diǎn)電壓幅值相角之間的關(guān)系表達(dá)式為：
；
第二步、對(duì)節(jié)點(diǎn)功率方程進(jìn)行線性化，可得：
；
式中：ΔP=[ΔP1ΔP2… ΔPn]T，ΔQ=[ΔQ1ΔQ2… ΔQn]T，分別為節(jié)點(diǎn)注入有功功率和無功功率偏差；Δθ=[Δθ1Δθ2… Δθn]T，ΔV=[ΔV1ΔV2… ΔVn]T，分別為節(jié)點(diǎn)電壓相角和幅值偏差；VD=diag[V1V2… Vn]為節(jié)點(diǎn)電壓幅值組成的對(duì)角陣；
第三步、當(dāng)i≠j時(shí)：
；
當(dāng)i＝j時(shí)：
；
第四步、對(duì)第二步得到的公式求逆運(yùn)算：
；
式中：S11，S21分別表示節(jié)點(diǎn)注入有功功率對(duì)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角和幅值的影響；S12，S22分別表示節(jié)點(diǎn)注入無功功率對(duì)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角和幅值的影響；
第五步、發(fā)電機(jī)電磁功率線性化：
假定全網(wǎng)共有m臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，且在網(wǎng)絡(luò)中編號(hào)為1-m，均采用經(jīng)典模型（暫態(tài)電勢(shì)E′恒定），其中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的電磁功率可表示為：
；
式中：EGi＇為第臺(tái)發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢(shì)，VGi為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓幅值，機(jī)端節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i； i＇為發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)與機(jī)端電壓之間的相角差，等于發(fā)電機(jī)功角與機(jī)端電壓相角之差；發(fā)電機(jī)功角為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于同步參考坐標(biāo)系XY的X軸的角位移，擾動(dòng)瞬間不會(huì)突變；機(jī)端電壓相角i為機(jī)端電壓相量相對(duì)于同步參考坐標(biāo)系XY的X軸的相位，暫態(tài)穩(wěn)定分析中，包括發(fā)電機(jī)機(jī)端在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相位均發(fā)生突變；
需要說明的是，潮流計(jì)算中選取的平衡節(jié)點(diǎn)，指定其電壓相位為零，表示初始穩(wěn)態(tài)工況下，平衡節(jié)點(diǎn)的電壓相量正好與XY參考坐標(biāo)的X軸方向重合，擾動(dòng)情況下，該節(jié)點(diǎn)的電壓幅值相位也會(huì)發(fā)生變化，不再與X軸重合；
注入功率擾動(dòng)下發(fā)電機(jī)電磁功率變化可以表示為：
；
式中：
；
以上公式寫為如下形式：
；
式中：Mi1和Mi2均為n元行向量，其中除第i個(gè)元素外其他元素均為零，有：
；
如果對(duì)系統(tǒng)m臺(tái)發(fā)電機(jī)列寫上述方程，有：
；
式中：ΔPe=[ΔPe1ΔPe2… ΔPem]T，為各發(fā)電機(jī)電磁功率變化列向量；
；
；
第六步、確定節(jié)點(diǎn)注入功率靈敏度系數(shù)：
由以上公式可得：
；
表示節(jié)點(diǎn)注入功率變化對(duì)于各發(fā)電機(jī)電磁功率的影響；
定義靈敏度矩陣：
；
式中：S矩陣元素表示了節(jié)點(diǎn)注入功率對(duì)發(fā)電機(jī)電磁功率的影響，稱之為發(fā)電機(jī)電磁功率對(duì)節(jié)點(diǎn)注入功率的靈敏度。
本發(fā)明基于節(jié)點(diǎn)注入功率靈敏度系數(shù)，提供一種在交直流系統(tǒng)故障及緊急情況時(shí)，多條直流或直流與不同儲(chǔ)能及緊急負(fù)荷之間協(xié)調(diào)控制的方法。使用該方法可以提高故障及緊急情況時(shí)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
具體實(shí)施方式
電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)注入功率靈敏度系數(shù)的確定方法，包括以下步驟：
第一步、電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)注入功率與各節(jié)點(diǎn)電壓幅值相角之間的關(guān)系表達(dá)式為：
；
第二步、對(duì)節(jié)點(diǎn)功率方程進(jìn)行線性化，可得：
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式中：ΔP=[ΔP1ΔP2… ΔPn]T，ΔQ=[ΔQ1ΔQ2… ΔQn]T，分別為節(jié)點(diǎn)注入有功功率和無功功率偏差；Δθ=[Δθ1Δθ2… Δθn]T，ΔV=[ΔV1ΔV2… ΔVn]T，分別為節(jié)點(diǎn)電壓相角和幅值偏差；VD=diag[V1V2… Vn]為節(jié)點(diǎn)電壓幅值組成的對(duì)角陣；
第三步、當(dāng)i≠j時(shí)：
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當(dāng)i＝j時(shí)：
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第四步、對(duì)第二步得到的公式求逆運(yùn)算：
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式中：S11，S21分別表示節(jié)點(diǎn)注入有功功率對(duì)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角和幅值的影響；S12，S22分別表示節(jié)點(diǎn)注入無功功率對(duì)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓相角和幅值的影響；
第五步、發(fā)電機(jī)電磁功率線性化：
假定全網(wǎng)共有m臺(tái)同步發(fā)電機(jī)，且在網(wǎng)絡(luò)中編號(hào)為1-m，均采用經(jīng)典模型（暫態(tài)電勢(shì)E′恒定），其中第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的電磁功率可表示為：
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式中：EGi＇為第臺(tái)發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢(shì)，VGi為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓幅值，機(jī)端節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)i； i＇為發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)與機(jī)端電壓之間的相角差，等于發(fā)電機(jī)功角與機(jī)端電壓相角之差；發(fā)電機(jī)功角為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于同步參考坐標(biāo)系XY的X軸的角位移，擾動(dòng)瞬間不會(huì)突變；機(jī)端電壓相角i為機(jī)端電壓相量相對(duì)于同步參考坐標(biāo)系XY的X軸的相位，暫態(tài)穩(wěn)定分析中，包括發(fā)電機(jī)機(jī)端在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相位均發(fā)生突變；
需要說明的是，潮流計(jì)算中選取的平衡節(jié)點(diǎn)，指定其電壓相位為零，表示初始穩(wěn)態(tài)工況下，平衡節(jié)點(diǎn)的電壓相量正好與XY參考坐標(biāo)的X軸方向重合，擾動(dòng)情況下，該節(jié)點(diǎn)的電壓幅值相位也會(huì)發(fā)生變化，不再與X軸重合；
注入功率擾動(dòng)下發(fā)電機(jī)電磁功率變化可以表示為：
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式中：
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以上公式寫為如下形式：
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式中：Mi1和Mi2均為n元行向量，其中除第i個(gè)元素外其他元素均為零，有：
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如果對(duì)系統(tǒng)m臺(tái)發(fā)電機(jī)列寫上述方程，有：
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式中：ΔPe=[ΔPe1ΔPe2… ΔPem]T，為各發(fā)電機(jī)電磁功率變化列向量；
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第六步、確定節(jié)點(diǎn)注入功率靈敏度系數(shù)：
由以上公式可得：
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表示節(jié)點(diǎn)注入功率變化對(duì)于各發(fā)電機(jī)電磁功率的影響；
定義靈敏度矩陣：
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式中：S矩陣元素表示了節(jié)點(diǎn)注入功率對(duì)發(fā)電機(jī)電磁功率的影響，稱之為發(fā)電機(jī)電磁功率對(duì)節(jié)點(diǎn)注入功率的靈敏度。