电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统及方法技术方案

本发明专利技术属于电力系统稳定分析与控制领域，尤其涉及一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估方法及系统。所述系统包括顺序相连的数据采集与处理模块、LMI计算模块、能量边界因子计算模块和控制策略模块。所述方法包括：针对电力系统结构保持模型，提出适于暂态稳定分析的Lyapunov函数簇；构建三种不同形式的简化Lyapunov函数及三类函数的综合特性和稳定边界；考虑网络结构和系统状态，对前述Lyapunov函数定义综合稳定指标能量边界因子EBF，用于在线故障严重程度动态排序和控制策略优选，以实现电力系统安全预警。本发明专利技术可以快速有效地对系统稳定做出评估，为系统脆弱性定量评估、在线预防控制提供参考。

【技术实现步骤摘要】
电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统及方法
本专利技术属于电力系统稳定分析与控制领域，尤其涉及一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统及方法。
技术介绍
暂态稳定分析是电力系统动态安全评估的重要组成部分。随着电网结构日趋复杂，其运行和控制难度日益增大，如何构造适于暂态稳定评估的裕度指标，快速有效计算电力系统暂态稳定裕度是一项亟待研究的课题。在各种暂态稳定在线分析方法中，Lyapunov函数法(能量函数法)以其定量评估稳定程度、适于灵敏度分析及对极限参数快速计算的优点，得到了较多的关注，成为现有仿真方法的重要补充。现有的方法从不同角度对电力系统暂态稳定裕度进行了探讨，然而如何借助系统能量给出系统稳定或失稳的边界，快速有效评估系统稳定仍是待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种电力系统Lyapunov函数优选及暂态稳定裕度评估系统及方法，借助系统能量给出系统稳定或失稳的边界，快速有效地对系统稳定做出评估，对于系统脆弱性定量评估、在线预防控制提供参考。为了实现上述目的，本专利技术提出一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统，包括顺序相连的数据采集与处理模块、LMI计算模块、能量边界因子计算模块和控制策略模块；所述数据采集与处理模块用于输入故障后系统结构参数，给定事故地点和类型，计算故障后的稳定平衡点；所述LMI计算模块用于求解故障系统李雅普诺夫函数的线性矩阵不等式，获得非负矩阵；所述能量边界因子计算模块用于根据LMI计算模块的结果构造时变电力系统的李雅普诺夫函数，计算能量边界因子；所述控制策略模块用于计算稳定裕度及进行控制策略优选。一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、针对发电机和负荷动态的电力系统结构保持模型，建立适于暂态稳定分析的李雅普诺夫Lyapunov函数簇；步骤2、构建三种不同形式的简化Lyapunov函数及其综合特性和稳定边界；步骤3、考虑网络结构和系统状态，对步骤2中的Lyapunov函数计算其综合稳定指标能量边界因子EBF，用于在线故障严重程度动态排序和控制策略优选，以实现电力系统安全预警；步骤4、判断能量边界因子是否小于0，当其小于0表明故障轨迹并未穿越稳定边界；当其大于等于0则进行控制策略优选，采取相应安稳控制措施。所述建立适于暂态稳定分析的李雅普诺夫Lyapunov函数簇的具体过程：发电机和负荷动态的电力系统结构保持模型用非线性方程表示为：式中，表示发电机功角偏移列向量，表示转速列向量，表示负荷节点功角偏移列向量；E表示关联矩阵，即E[δ1,…,δn]T＝[(δk-δj){k,j}∈ε]T，为非线性作用函数，S＝diag(bkj){k,j}∈ε表示对角矩阵，D2＝diag(m1,…,mm,dm+1,…,dn)，D1＝diag(d1,…,dm)，M1＝diag(m1,…,mm)；针对上述所示的非线性电力系统模型构造函数，其为发电机和负荷动态的电力系统结构保持模型的Lyapunov函数：其中，K,H表示非负对角矩阵，Q表示非负对称矩阵，当满足如下线性矩阵不等式时，非线性电力系统模型所示的函数在由确定区域中衰减，为平衡点的吸引域，其中，R＝QB-CTH-(KCA)T。所述构建三种不同形式的简化Lyapunov函数的具体过程为上述的电力系统结构保持模型的Lyapunov函数为第I类Lyapunov函数，简化暂态稳定分析Lyapunov函数包括Vcritical的最优取值必存在于第I类Lyapunov函数不与潮流边界相交的分段集合中，将这样的分段集合定义为Θ(v)＝{x:V(x)<v}，定义最大寻优指标：通过指标g(v)<0定义不与潮流边界相交的Lyapunov函数最大边界，结合寻优指标和稳定边界，定义第II类Lyapunov函数：构造第III类显式Lyapunov函数的表达式为：由第III类Lyapunov函数所确定的临界能量为三类简化Lyapunov函数的综合特性为第I类Lyapunov函数具有最低的保守性，以及最大的稳定域面积，但寻找最优解需要耗费较多的机时；第II类Lyapunov函数缩小了Lyapunov函数的寻优范围，从而减少了运算量，但所得的稳定域会有一定的保守性；第III类Lyapunov函数给出了Lyapunnov函数及临界能量的显示表达式，具有最快的运算速度和最大的保守性。所述能量边界因子具体指为了定量描述能量裕度，首先定义沿着所有潮流边界的集合的最小函数值为式中，表示由和所构成的潮流边界；求得临界能量Vcritical的数值，则故障后稳态平衡点的收敛域表示为：电力系统暂态稳定裕度通过故障切除时刻系统能量与故障后的稳定边界的相对距离来定量描述：V(xF)表示故障切除时刻的所选Lyapunov函数的值，指标F(xF)定量描述了故障切除时刻能量裕度与能量边界的相对距离，称为能量边界因子。有益效果本专利技术基于电力系统结构保持模型，提出了适于暂态稳定分析的Lyapunov函数簇(LFC)，构建了三类不同形式的Lyapunov函数，具有不同的动态特性及稳定边界，根据系统状态与稳定边界的相对距离，定义了能量边界因子指标表征暂态裕度，量化了系统稳定性与能量边界因子的数值关系；本专利技术充分利用了系统模型和扰动轨迹的信息，使结合扰动能量和系统状态共同判断系统稳定性成为可能，通过将本方法和在线事故动态筛选方法结合，为电力系统暂态稳定裕度的快速评估，调整系统运行方式提高稳定性提供可靠的参考信息。附图说明图1为一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统结构图；图2为IEEE16机68节点的纽约-英格兰系统；图3为不同类型Lyapunov函数稳定边界；图4a-d为不同线路故障下的发电机动态相对功角响应；图5a-h为不同线路输送能力调整方案下的发电机动态相对功角响应；图6a-h为不同控制方案下的发电机动态相对功角响应。具体实施方式本专利技术提出了一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估方法及系统。图1为一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统结构图；包括顺序相连的数据采集与处理模块、LMI计算模块、能量边界因子计算模块和控制策略模块；所述数据采集与处理模块用于输入故障后系统结构参数，给定事故地点和类型，计算故障后的稳定平衡点；所述LMI计算模块用于求解故障系统李雅普诺夫函数的线性矩阵不等式，获得非负矩阵；所述能量边界因子计算模块用于根据LMI计算模块的结果构造时变电力系统的李雅普诺夫函数，计算能量边界因子；所述控制策略模块用于计算稳定裕度及进行控制策略优选。一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、针对发电机和负荷动态的电力系统结构保持模型，建立适于暂态稳定分析的李雅普诺夫Lyapunov函数簇；步骤2、构建三种不同形式的简化Lyapunov函数及其综合特性和稳定边界；步骤3、考虑网络结构和系统状态，对步骤2中的Lyapunov函数计算其综合稳定指标能量边界因子EBF，用于在线故障严重程度动态排序和控制策略优选，以实现电力系统安全预警；步骤4、判断能量边界因子是否小于0，当其小于0表明故障轨迹并未穿越稳定边界；当其大于等于0则进行控制策略优选，采取相应安稳控制措施。图2所示为I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统，其特征在于，所述系统包括顺序相连的数据采集与处理模块、LMI计算模块、能量边界因子计算模块和控制策略模块；所述数据采集与处理模块用于输入故障后系统结构参数，给定事故地点和类型，计算故障后的稳定平衡点；所述LMI计算模块用于求解故障系统李雅普诺夫函数的线性矩阵不等式，获得非负矩阵；所述能量边界因子计算模块用于根据LMI计算模块的结果构造时变电力系统的李雅普诺夫函数，计算能量边界因子；所述控制策略模块用于计算稳定裕度及进行控制策略优选。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统，其特征在于，所述系统包括顺序相连的数据采集与处理模块、LMI计算模块、能量边界因子计算模块和控制策略模块；所述数据采集与处理模块用于输入故障后系统结构参数，给定事故地点和类型，计算故障后的稳定平衡点；所述LMI计算模块用于求解故障系统李雅普诺夫函数的线性矩阵不等式，获得非负矩阵；所述能量边界因子计算模块用于根据LMI计算模块的结果构造时变电力系统的李雅普诺夫函数，计算能量边界因子；所述控制策略模块用于计算稳定裕度及进行控制策略优选。2.一种基于权利要求1所述的电力系统能量函数优选及暂态稳定裕度评估系统的评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、针对发电机和负荷动态的电力系统结构保持模型，建立适于暂态稳定分析的李雅普诺夫Lyapunov函数簇；步骤2、构建三种不同形式的简化Lyapunov函数及其综合特性和稳定边界；步骤3、考虑网络结构和系统状态，对步骤2中的Lyapunov函数计算其综合稳定指标能量边界因子EBF，用于在线故障严重程度动态排序和控制策略优选，以实现电力系统安全预警；步骤4、判断能量边界因子是否小于0，当其小于0表明故障轨迹并未穿越稳定边界；当其大于等于0则进行控制策略优选，采取相应安稳控制措施。3.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述建立适于暂态稳定分析的李雅普诺夫Lyapunov函数簇的具体过程：发电机和负荷动态的电力系统结构保持模型用式(1)所示非线性方程表示：式中，表示发电机功角偏移列向量，表示转速列向量，表示负荷节点功角偏移列向量；E表示关联矩阵，即E[δ1,…,δn]T＝[(δk-δj){k,j}∈ε]T，为非线性作用函数，S＝diag(bkj){k,j}∈ε表示对角矩阵，D2＝diag(m1,…,mm,dm+1,…,dn)，D1＝diag(d1,…,dm)，M1＝diag(m1,…,mm)；针对式(1)所示的非线性电力系统模型构造函数：其中，K,H表示非负对角矩阵，Q表示非负对称矩阵，当满足线性矩阵不等式式(3)时，式(2)所示的函数在由确定区域中衰减，式(2)所示函数为发电机和负荷动态的电力系统结构保持模型的Lyapunov函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，康文博，沈雅琦，张涌新，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11