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一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法技术方案

技术编号:20924722 阅读:21 留言:0更新日期:2019-04-20 11:29
本发明专利技术公开了一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法,所述方法基于Wirtinger不等式和Markov模型,用于分析电力系统所能承受的最大时滞稳定裕度。首先建立基于Markov模型的依赖时滞的新能源电力系统模型,并将该系统模型建立为离散Markov跳变线性系统模型;然后针对所建立的模型构建Lyapunov泛函,在泛函的求导过程中采用Wirtinger不等式进行放缩,以减少判据的保守性;最后将所得判据利用一组线性矩阵不等式(LMI)进行表示。通过本发明专利技术所述方法,提高了电网运行的安全和稳定性。

A Method for Determining Delay-Dependent Stability of a New Energy Power System

The invention discloses a method for determining delay-dependent stability of a new energy power system, which is based on Wirtinger inequality and Markov model and is used to analyze the maximum delay stability margin that a power system can withstand. Firstly, a Time-delay-dependent new energy power system model based on Markov model is established, and the system model is established as a discrete Markov jump linear system model; secondly, Lyapunov functional is constructed for the established model, and Wirtinger inequality is used to reduce the conservativeness of the criterion in the derivation process; finally, a set of linear matrices are used to obtain the criterion. Formula (LMI) is expressed. The method of the invention improves the safety and stability of power grid operation.

【技术实现步骤摘要】
一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法
本专利技术属于电力系统,具体涉及一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法。
技术介绍
在电力系统中,衡量电能质量的主要指标有电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动与闪变、三相电压不平衡度等。在电力系统的运行中,要求任何时刻系统所发出的功率与负荷消耗的功率应该是平衡的,并且频率处在额定值,而发电厂出力的变化和负荷的变化均会引起频率的改变。电力系统中任何突发的扰动都可能引起频率的变化,并且系统负荷随时都可能发生变化并且很多情况是无法预料和控制的。因此为了保证电力系统能够保持稳定的负荷频率,需要一个有效的负荷频率控制系统,当电网系统受到频率扰动后以及出现频率偏差时,电力系统的频率应当保持或较快恢复到稳定范围内。以风能、太阳能、海洋能、生物质能为代表的新能源很大程度上受所处的地理位置和自然环境的影响,具有高度的波动性和随机性,因此会导致新能源并入电网并不能像火电、水电等常规发电机组一样,可以保证其输出功率的稳定性。目前对于新能源发电的输出功率尚不能进行较准确地预测,这种功率的波动将会给电力系统的电能质量和经济运行带来显著影响。因此从某种意义上讲,新能源并入电网时,新能源机组是电力系统一个具有随机性和波动性的干扰,新能源并入电网引起的电网负荷频率稳定性是一个值得研究和重视的问题。随着以风能、光伏为主要代表的新能源接入传统电厂,新能源逐渐代替传统能源,缓解了传统能源的使用压力,但由于新能源产能变化的间歇性和随机性,以及新能源发电的波动性和不可预测性,大规模新能源并网必然会给电力系统的稳定造成影响,对电力系统的负荷频率控制提出了新的挑战。在此基础之上,由于电力系统网络不断扩大,并且由于网络拥堵以及丢包等一些问题的存在,使得电力系统中不可避免会出现时滞问题。已有研究表明,即使很小的时滞都可能对电力系统稳定性产生影响。因此考虑电力系统所能承受的最大时滞,对于电网的安全稳定运行具有十分重要的意义。
技术实现思路
专利技术目的:针对现有技术中存在的问题,本专利技术提出一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法。技术方案:一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法,所述方法基于Wirtinger不等式和Markov模型,包括以下步骤:(1)建立新能源电力系统中依赖时滞的负荷频率控制模型;(2)将新能源电力系统负荷频率控制模型转化为基于Markov模型的新能源电力系统模型;(3)构建Lyapunov泛函,并通过Wirtinger不等式进行放缩,进而对系统的渐进稳定性进行判定,再对系统的H∞稳定性进行判定;(4)求解新能源电力系统所能承受的最大时滞。进一步的,步骤(1)所述负荷频率控制模型的建立包括如下步骤:在传统的电力系统的模型中,加入风能对系统模型中的频率的影响,将其视为一个外界的随机扰动,加在系统模型的扰动项中,如下表达式:其中,ω(t)=ΔPd+ΔPwind+ΔPtie,ΔPd为负荷偏差;ΔPwind为风力发电机输出偏差;ΔPtie区域联络线偏差。进一步的,步骤(2)基于Markov随机理论建立为Markov模型,包括分析不同模态下新能源系统的不同状态反应,其表达式如下:x(k+1)=Ax(k)+BK(dr(k))Cx(k-dr(k))+Fω(k),式中:xi(t)=[ΔfiΔPmiΔPvi∫ACEiΔPtie-i]T,x(t)=[x1(t)x2(t)x3(t)…xn(t)]T,ui(t)=-KPACEi-KI∫ACEi,u(t)=[u1(t)u2(t)u3(t)…un(t)]T,yi(t)=[ACEi∫ACEi]T,ωi(t)=ΔPdi+ΔPwindi+ΔPtie-i,ω(t)=[ω1(t)ω2(t)ω3(t)…ωn(t)]T,Bd=diag[B1B2…Bn],Fd=[F1F2…Fn]。Tij为第i层区域和第j层区域之间联络线的同步系数;在第i层区域,ΔPdi为负荷偏差;ΔPmi为发电机机械功率变化量;ΔPvi为阀门位置偏差;ΔPwindi为风力发电机输出偏差;Δfi为频率偏差;Mi为转动惯量;Di为发电机阻尼系数;Tgi为调节器的时间常数;Tchi为涡轮机的时间常数;Ri为转速;βi为频率偏差因子。进一步的,步骤(3)利用构建Lyapunov泛函,并且在泛函的求导过程中采用Wirtinger不等式进行放缩,具体包括过如下步骤:(31)构建Lyapunov泛函,其表达式如下:V1(k)=xT(k)Px(k)其中Pr,Q1r,Q2r,Sr为具有适当维数的正定矩阵;(32)对泛函的求导过程中采用Wirtinger不等式进行放缩,其表达式如下:(33)判定新能源电力系统的渐进稳定性:在规定的衰减水平λ>0的条件下建立消耗方程,表达式如下:对系统的H∞稳定性进行判定。更进一步的,所述方法中通过对新能源电力系统的稳定性基于特征值进行判断,包括求解特征值和系统所能承受的最大时滞,新能源系统的稳定性判断包括如下方式:对于给定的控制器增益Kr以及标量λ,若存在正定矩阵Pr,Q1r,Q2r,Sr以及具有适当维数的矩阵X1,X2,X3,X4,Yr对于所有的r=0,...,L使下列不等式成立,则时滞新能源电力系统为在衰减水平λ>0下为H∞稳定:minμ约束条件:式中:Σ21r=-2Sr-X1-X2-X3-X4,Σ22r=-Q1r-8Sr+X1+X2-X3-X4,Σ31r=X1-X2+X3-X4,Σ32=-2Sr-X1+X2+X3-X4,Σ42=6Sr+X3+X4,Σ43=-2X3+2X4,Σ51=2X2+2X4,Σ52=6Sr+X3+X4,dM=μ-1/2,该方法首先将传统的电力系统的频率负荷频率控制模型建立为基于Markov模型的依赖时滞的新能源电力系统频率负荷频率控制模型,并将该系统模型建立为离散Markov跳变线性系统模型;然后针对所建立的模型构建Lyapunov泛函,并且在泛函的求导过程中采用Wirtinger不等式进行放缩,以减少判据的保守性;并随之对其系统的渐进稳定性以及H∞稳定性进行了分析;最后由于非线性耦合项的存在将其转化为求解特征值问题,由此得出了稳定性判据三。有益效果:利用Wirtinger不等式进行放缩,大大减小了系统的保守性,同时将带有非线性耦合性的不等式转化为能够利用LMI工具箱直接求解的不等式,大大增加了不等式的可求解性,同时最后所得的判据还能对系统所能承受的最大时滞裕度进行求解。通过本专利技术所述方法,提高了电网运行的安全和稳定性。附图说明图1是本专利技术所述方法的流程示意图;图2为本专利技术所提的时滞电力系统结构图;图3为本专利技术随机Markov跳变转移图;图4为本专利技术在随机负载扰动下电力系统频率误差响应;图5为本专利技术在随机负载扰动下电力系统ACE信号响应图。具体实施方式为了详细的说明本专利技术所公开的技术方案,下面结合说明书附图及具体实施例作进一步的阐述。实施例1如图1-3所示,本专利技术首先将电力系统模型建立为离散Markov跳变线性系统模型,并且构造新的Lyapunov泛函,然后利用Wirtinger不等式放缩技巧,降低结果的保守性。首先对系统的渐进稳定性进行分析,然后对系统的H∞稳定性进行分析,最后针对上述所得不等式中不易求解全局最优解的问题,将其转化为特征值求解问题,同时对系统所能本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法,其特征在于:所述方法基于Wirtinger不等式和Markov模型,包括以下步骤:(1)建立新能源电力系统中依赖时滞的负荷频率控制模型;(2)将新能源电力系统负荷频率控制模型转化为基于Markov模型的新能源电力系统模型;(3)构建Lyapunov泛函,并通过Wirtinger不等式进行放缩,进而对系统的渐进稳定性进行判定,再对系统的H∞稳定性进行判定;(4)求解新能源电力系统所能承受的最大时滞。

【技术特征摘要】
1.一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法,其特征在于:所述方法基于Wirtinger不等式和Markov模型,包括以下步骤:(1)建立新能源电力系统中依赖时滞的负荷频率控制模型;(2)将新能源电力系统负荷频率控制模型转化为基于Markov模型的新能源电力系统模型;(3)构建Lyapunov泛函,并通过Wirtinger不等式进行放缩,进而对系统的渐进稳定性进行判定,再对系统的H∞稳定性进行判定;(4)求解新能源电力系统所能承受的最大时滞。2.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法,其特征在于:步骤(1)所述负荷频率控制模型的建立包括如下步骤:在传统的电力系统的模型中,加入风能对系统模型中的频率的影响,将其视为一个外界的随机扰动,加在系统模型的扰动项中,如下表达式:其中,ω(t)=ΔPd+ΔPwind+ΔPtie,ΔPd为负荷偏差;ΔPwind为风力发电机输出偏差;ΔPtie区域联络线偏差。3.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统时滞依赖稳定性的判定方法,其特征在于:步骤(2)基于Markov随机理论建立为Markov模型,包括分析不同模态下新能源系统的不同状态反应,其表达式如下:x(k+1)=Ax(k)+BK(dr(k))Cx(k-dr(k))+Fω(k),式中:xi(t)=[ΔfiΔPmiΔPvi∫ACEiΔPtie-i]T,x(t)=[x1(t)x2(t)x3(t)…xn(t)]T,ui(t)=-KPACEi-KI∫ACEi,u(t)=[u1(t)u2(t)u3(t)…un(t)]T,yi(t)=[ACEi∫ACEi]T,ωi(t)=ΔPdi+ΔPwindi+ΔPtie-i,ω(t)=[ω1(t)ω2(t)ω3(t)…ωn(t)]T,Bd=diag[B1B2…Bn],Fd=[F1F2…Fn]。Tij为第i层区域和第j层区域...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙永辉吕欣欣翟苏巍侯栋宸熊俊杰
申请(专利权)人:河海大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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