一種基于動態(tài)阻抗的電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性評估方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于動態(tài)阻抗的電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性評估方法。
【背景技術】
[0002] 隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力網(wǎng)絡的規(guī)模也越來越大，尤其是新技術新設備的 不斷應用，使得電網(wǎng)各部分之間的特性越來越復雜。電力網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定運行越來越關系 到國計民生與國家安全。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電網(wǎng)的動態(tài)特性越來越體現(xiàn)出復雜的 非線性特性，傳統(tǒng)意義上的建模方法已經(jīng)越來越難以計算出各節(jié)點之間的耦合關聯(lián)程度。 在以往的系統(tǒng)調(diào)度運行中，工作人員往往只能通過經(jīng)驗判斷電力網(wǎng)絡的動態(tài)特性，對于各 部分之間的動態(tài)特性及其所起到的作用不能量化分析，近幾年全球都發(fā)生了多起大停電事 故，而直到現(xiàn)在對于事故的成因和傳播機理都沒有一個明確的結論，通過分析網(wǎng)絡的動態(tài) 特性及各部分之間的相互影響大小，可以更深入的理解電氣網(wǎng)絡自身的特性。
[0003] 眾所周知，在網(wǎng)絡分析技術中，對于一個復雜網(wǎng)絡的分析往往是從網(wǎng)絡結構的角 度，如度、介等指標，這些指標忽略了網(wǎng)絡參數(shù)，與電力網(wǎng)絡不完全相符。大量的研究表明， 在電力網(wǎng)絡中，常常有一些節(jié)點更容易影響整個網(wǎng)絡，或有一些節(jié)點更容易被其他節(jié)點所 影響，所以需要再考慮電氣參數(shù)的基礎上有針對性的對整個電力系統(tǒng)動態(tài)特性進行分析。
[0004] 以往的網(wǎng)絡特性研究中，對于網(wǎng)絡參數(shù)常常是認為其是靜態(tài)參數(shù)，支路參數(shù)(R，L， C)則是元件特性的具體體現(xiàn)，進一步表示了源-網(wǎng)-荷之間的關系，而從20年前開始，就不斷 的有文獻利用戴維南(Thevenin's)等值方法對電力系統(tǒng)等值分析;但當支路參數(shù)(R，L，C) 與電量有關時，等值后的參數(shù)就是非線性參數(shù)，互相之間的關系也是非線性關系，這樣的網(wǎng) 絡就是非線性網(wǎng)絡，所以對于電力系統(tǒng)中源-網(wǎng)-荷特性的分析，需要考慮動態(tài)支路參數(shù)影 響。
[0005] 現(xiàn)有的網(wǎng)絡技術應用于電力系統(tǒng)分析，也主要都是從靜態(tài)角度分析一個具有電氣 參數(shù)特性的網(wǎng)絡結構中，各部分之間的相互耦合聯(lián)系強弱，并認為兩個節(jié)點之間的相互影 響相同，但這并不完全符合電力系統(tǒng)實際，在實際電力系統(tǒng)中既存在有部分節(jié)點的電壓容 易受到其他節(jié)點注入電流變化的影響，但該節(jié)點注入電流的變化卻對其他節(jié)點的節(jié)點電壓 影響較小;又存在部分節(jié)點的電壓不容易被其他節(jié)點注入電流變化所影響，但是該節(jié)點注 入電流的變化卻對其他節(jié)點的節(jié)點電壓有較大影響的情況，即區(qū)域之間的相互影響程度大 小并不一致。因此需要提供一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性評估方法，能夠從動態(tài)角度，有效地分析 本節(jié)點對其他節(jié)點造成影響大小，以及其他節(jié)點對本節(jié)點造成影響大小。
[0006] 目前常用的動態(tài)分析方法有小干擾分析法、時域仿真法和動態(tài)潮流法等等。近幾 年也不斷有新的動態(tài)分析方法提出，如建立多目標動態(tài)優(yōu)化模型，計算動態(tài)潮流，考慮網(wǎng)絡 結構熵等等，但主要都是針對某一具體運行條件，使得結果具有一定的局限性，無法完全量 化各區(qū)域之間的動態(tài)電氣特性及其重要程度因此迫切的需要提供一種能實時量化跟蹤動 態(tài)過程中電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性的評估方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所解決的技術問題是，針對網(wǎng)絡技術應用于電力系統(tǒng)實際的不足，提供了 一種基于動態(tài)阻抗的電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性評估方法，能夠?qū)崟r分析網(wǎng)絡中源-網(wǎng)-荷各節(jié)點之 間的動態(tài)電氣特性。
[0008] 本發(fā)明提供的技術方案為：
[0009 ] -種基于動態(tài)阻抗的電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性評估方法，包括以下步驟：
[0010]步驟1:在整個電力系統(tǒng)中，得到需要分析時刻的當前電力網(wǎng)絡連接特性，電力網(wǎng) 絡連接特性包括電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構與網(wǎng)絡拓撲參數(shù)；
[0011] 步驟2:設置擾動方式，選擇任一能反映系統(tǒng)運行狀態(tài)的實數(shù)參變量λ，并跟蹤擾動 后λ的變化;λ只要是實變量，且可以反映電網(wǎng)運行狀態(tài)，就可以適用后續(xù)公式進行電力系統(tǒng) 穩(wěn)定特性評估方法；
[0012] 通過潮流計算求取各時刻的動態(tài)等值阻抗矩陣ZdynA;
[0013]
[0014]
[0015]該矩陣中第i行第j列的元素為：
[0016]
_￡^為1號節(jié)點的節(jié)點電壓，I為j號節(jié)點的注入電流，I < i, j仝m+ s+n; m是發(fā)電機節(jié)點個數(shù)，η是負荷節(jié)點個數(shù)，s是連接節(jié)點個數(shù)；
[0017] 步驟3:根據(jù)步驟2所得的動態(tài)等值阻抗矩陣，求取源-網(wǎng)-荷節(jié)點之間的動態(tài)電氣 特性;具體如下：
[0018]
[0019] 其中：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]下標G、T和L分別表示發(fā)電機節(jié)點、連接節(jié)點和負荷節(jié)點；AtJe、Δ?τ、ΔΙ\分別表 示發(fā)動機節(jié)點、連接節(jié)點和負荷節(jié)點的節(jié)點電壓變化量列向量；Δ?τ、Aili分別表示發(fā) 動機節(jié)點、連接節(jié)點和負荷節(jié)點的注入電流變化量列向量;Za表示發(fā)電機節(jié)點到負荷節(jié)點 的動態(tài)互阻抗；
[0024]以負荷節(jié)點與其他節(jié)點之間的特性為例，負荷節(jié)點的節(jié)點電壓變化量列向量計算 公式如下：
[0025]
[0026] 其中有：
[0027]
[0028] E是單位矩陣，N是面向負荷的系統(tǒng)等值阻抗矩陣，M是負荷節(jié)點電壓與發(fā)電機節(jié)點 電壓相互關系矩陣；
[0029] 具體到負荷節(jié)點i，l Si Sn，有：
[0030]
[0031] 其中Mlk是矩陣M第i行k列元素，N11是矩陣N第i行i列的元素，Nlj是矩陣N第i行j列 的元素;令
[0032] 則有：
[0033]
[0034] 其中，表示負荷節(jié)點i的電壓變化量;AUGik表示發(fā)電機節(jié)點k的電壓變化對負 荷節(jié)點i電壓的影響；AULii表示負荷節(jié)點i的注入電流變化對自身電壓的影響；AULi j表示 負荷節(jié)點j的注入電流變化對負荷節(jié)點i電壓的影響；
[0035] 為了簡化分析，考慮發(fā)電機無功功率不越限，理論研究中發(fā)電機節(jié)點的功率和節(jié) 點電壓不變，此時發(fā)電機節(jié)點的電壓為恒值，所以第一項為〇,可以忽略，則有
[0036]
[0037] 在后續(xù)計算自穩(wěn)因子和致穩(wěn)因子的時候忽略了第一項，如果不忽略的話，計算方 法也是一致的，只需要在當前情況下考慮PV節(jié)點的節(jié)點電壓發(fā)生變化時的情況。
[0038] 可以看出負荷節(jié)點i的電壓受以下三個部分影響：
[0039] 1)發(fā)電機節(jié)點電壓變化的影響。
[0040] 2) i負荷電流在自阻抗上電壓降變化的影響。
[0041] 3)除i以外的其他負荷電流在相應互阻抗上電壓降變化的影響。
[0042 ]這三者共同作用使得該節(jié)點電壓波動，可以看出負荷節(jié)點i的節(jié)點電壓在當前時 刻容易受影響的程度，通過進一步對比分析三個不同部分所占比重，還可以得到影響負荷 節(jié)點i的電壓中的主導因素。同理可推得發(fā)電機側的電壓電流關系式，通過分解不同的影響 因素，可深入分析源-網(wǎng)-荷相互動態(tài)特性變化趨勢及其主導因素。
[0043] 當針對電力系統(tǒng)源-網(wǎng)-荷動態(tài)電氣特性分析時，根據(jù)實際需要，可以比較各節(jié)點 有相同注入電流變化量時的特性。通過上述分析，即量化解耦了負荷節(jié)點與其他節(jié)點之間 的動態(tài)特性，同理也可以推得其他類型節(jié)點之間的動態(tài)特性。
[0044] 進一步地，上述基于動態(tài)阻抗的電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性評估方法，還包括以下步驟：
[0045] 步驟4:通過動態(tài)等值阻抗矩陣，進一步分析各節(jié)點的動態(tài)電氣特性，主要體現(xiàn)在 自穩(wěn)性和致穩(wěn)性，分別用自穩(wěn)因子和致穩(wěn)因子表示；
[0046] (3)i節(jié)點的自穩(wěn)因子：
[0047] 自穩(wěn)因子用ZU1表示，表示了i節(jié)點的自穩(wěn)性，體現(xiàn)了所有其他節(jié)點對i節(jié)點造成影 響大小的平均值，即i節(jié)點受到整個網(wǎng)絡影響的動態(tài)電氣特性;計算公式如下：
[0048]
[0049] 其中，η表示負荷節(jié)點的個數(shù)；
[0050] (4)j節(jié)點的致穩(wěn)因子：
[0051] 致穩(wěn)因子用ZIj表示，表示了 j節(jié)點的致穩(wěn)性，體現(xiàn)了 j節(jié)點對其他節(jié)點造成影響大 小的平均值，即j節(jié)點對整個網(wǎng)絡影響的動態(tài)電氣特性;計算公式如下：
[0052]
[0053]其中，η表示負荷節(jié)點的個數(shù)。
[0054]上述實數(shù)參變量λ為節(jié)點的注入電流實部或注入系統(tǒng)功率變化因子。
[0055]本發(fā)明的基于動態(tài)阻抗的電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性評估方法，能適用于所有的擾動方 式，實變量可以選擇任一能反映系統(tǒng)運行狀態(tài)的實數(shù)參變量，如節(jié)點的注入電流實部或注 入系統(tǒng)功率變化因子。除了大