一种考虑定子阻尼效应并采用变量代换的慢同调分区法制造技术

本发明专利技术提供了一种考虑定子阻尼效应并采用变量代换的慢同调分区法，用于将同调的发电机组聚合为一台等值机；根据解析法求得发电机转子角增量的通解表达式进行同调判别，其包括如下步骤：A、做基本假定，并对系统元件作必要简化，以快速正确地判别同调机组；B、电网中的发电机，采用经典二阶模型进行建模，发电机包括平衡机；C、将潮流方程中的雅克比矩阵进行解耦化简；D、联立发电机转子运动方程和潮流方程进行求解；E、确定同调判别准则，对发电机进行同调判别。本发明专利技术适用于大扰动下的大规模电力系统的同调机组判别分析，其设计巧妙、结果精确、实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑定子阻尼效应并采用变量代换的慢同调分区法
本专利技术涉及一种考虑定子阻尼效应并采用变量代换的慢同调分区法，属于电力系统动态等值领域。
技术介绍
随着现代电力系统逐渐向市场化改革和区域互联方向发展，电力系统暂态分析和计算将耗费大量的计算时间和内存。同时这种发展也给暂态稳定分析提出了新的要求——暂态稳定分析应该满足市场和区域互联情况下分布式计算的要求。同调动态等值是提高复杂大型互联系统动态行为分析速度的一种有效方法。快速可靠的暂态稳定分析是电力系统得以可靠运行的保证。对大规模电力系统而言，往往只对其中一个区域内的动态行为最感兴趣，这一区域称为研究区域(内部区域)，此区域内发电机用详细模型加以描述；而其他区域则可以被看成外部区域，其内部不必详细描述，对该区域内的发电机则通过动态等值进行简化处理，这样可以在保证一定精度的前提下大大提高研究区域内相关问题的求解速度。在保留内部系统的同时，将外部系统划分为若干子系统，并用低维模型来取代。动态等值技术不但要求必须保持内部系统的初始潮流不变，而且必须保留内部系统的原有主要动态特征。因此只有同调的发电机组才能聚合为一台等值机。所谓同调，是指动态过程中部分发电机动态行为间存在的相似性。发电机的同调性反映了机组摇摆时功角曲线之间的接近程度。当系统中发生故障时，远离故障点的发电机可以根据其动态响应行为的相似性分成若干群，而每一群发电机可用一台等值发电机来描述。在基于发电机同调识别的动态等值方法中，其关键点就是故障条件下动态响应行为具有相似性的发电机群的识别，也即同调发电机的识别。目前，动态等值技术可以分为两大类：同调等值法和模式等值法。同调等值法主要包含了同调机群判别和同调发电机聚合两个步骤。而模式等值法主要包含了模式选择、模型解耦和建立等值模型。其中慢同调分区法属于同调等值法，最早出现于上世纪八十年代，现有的慢同调分区法须要计算系统的特征值和特征向量，而且区域的划分与故障点无关。但是慢同调法在建模时，为了降低求解难度和计算耗时，忽略了发电机的定子阻尼效应。而实际系统在故障期间，发电机的定子阻尼效应会直接影响转子角摇摆曲线的振荡幅值和振荡频率，当各机组的阻尼转矩系数差异较大时，必定会影响机组间的同调性。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种考虑定子阻尼效应并采用变量代换的慢同调分区法，用于将同调的发电机组聚合为一台等值机。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种考虑定子阻尼效应并采用变量代换的慢同调分区法，用于将同调的发电机组聚合为一台等值机；其特征在于，根据解析法求得发电机转子角增量的通解表达式进行同调判别，其包括如下步骤：A、做基本假定，并对系统元件作必要简化，以快速正确地判别同调机组；B、电网中的发电机，采用经典二阶模型进行建模，发电机包括平衡机；C、将潮流方程中的雅克比矩阵进行解耦化简；D、联立发电机转子运动方程和潮流方程进行求解；E、确定同调判别准则，对发电机进行同调判别。本专利技术中，在基本假定的基础上，系统大大地简化，有利于快速作同调机组判别，并仍能满足正确判别同调机组的要求。本专利技术利用基于时域仿真的系统模型，通过对降阶后的微分方程组进行变量代换，得出一个简单的一阶微分方程组，通过求解特征矩阵的特征根以及特征向量得出转子角增量的通解表达式，最后通过对比机组之间的解析式可以得出同调分组结果。并且在此算法的基础上提出了优化和并行处理方法，可以适用于大扰动下的大规模电力系统的同调机组判别分析。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤A中的基本假定包括：同调组的划分应与扰动大小无关，从而可把系统线性化，化为增量形式的方程组表示，用它的动态行为判别同调。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤A中的基本假定进一步包括：同调组的划分与发电单元的细节描述无关，故同调判别时发电机可用经典二阶模型来描写，忽略励磁系统和原动机、调速器的动态。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤A中的基本假定进一步包括：同调组的划分与负荷模型关系较小，则同调判别时负荷化为等值阻抗描述，并入导纳阵。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤B中的二阶方程考虑阻尼效应。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤C中，假设系统有高X/R比值，则有功及无功潮流可近似解耦，雅克比矩阵得以简化。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤D中，联立发电机转子运动方程和潮流方程进行求解包括以下步骤：(1)联立发电机转子运动方程和潮流方程。(2)消去变量Δθ和ΔPG,消去和Δω,将二阶微分方程组进行化简。其中Δθ为网络中节点电压相角的增量，ΔPG为发电机有功输出的增量，为发电机角速度的增量的导数，Δω为发电机角速度的增量。(3)运用两次变量代换法，将二阶方程组降阶。(4)求解特征值和特征向量，得到转子角增量的通解表达式。根据本专利技术另一具体实施方式，步骤E中，判别同调的准则为：预先设定某一步长h，然后利用非齐次方程的通解公式得出每一时刻的Δδi(t)，其中Δδi(t)为发电机组i的功角增量，以作为机组i和机组j的同调判据，得出同调分组结果；其中ε是预先设定的接近于0的正数。与以数值分析方法计算相比，应用解析解得出的Δδi(t)，不存在累积误差等精度问题。根据本专利技术另一具体实施方式，选取较大的步长以节约机时。与现有技术相比，本专利技术具备如下有益效果：本专利技术利用基于时域仿真的系统模型，通过对降阶后的微分方程组进行变量代换，得出一个简单的一阶微分方程组，通过求解特征矩阵的特征根以及特征向量得出转子角增量的通解表达式，最后通过对比机组之间的解析式可以得出同调分组结果。并且在此算法的基础上提出了优化和并行处理方法，可以适用于大扰动下的大规模电力系统的同调机组判别分析，其设计巧妙、结果精确、实用性强。下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。附图说明图1是实施例1的考虑定子阻尼效应的并运用变量代换法的基于解析法的同调判别方法的流程图。具体实施方式实施例1图1是本实施例的考虑定子阻尼效应的并运用变量代换法的基于解析法的同调判别方法的流程图，该方法包括以下步骤：A、为了快速正确地判别同调机组，通常作基本假定，并对系统元件作必要简化；B、电网中的发电机(包括平衡机)，采用经典二阶模型进行建模；C、将潮流方程中的雅克比矩阵进行解耦化简；D、联立发电机转子运动方程和潮流方程进行求解；E、确定同调判别准则，对发电机进行同调判别。各个步骤的具体实现如下：1、由于做出适当的假定，可使系统大大地简化，有利于快速作同调机组判别，并仍能满足正确判别同调机组的要求，所以对系统的假定如下：(1)同调组的划分应与扰动大小无关，从而可把系统线性化，化为增量形式的方程组表示，用它的动态行为判别同调；(2)同调组的划分与发电单元的细节描述无关，故同调判别时发电机可用经典二阶模型来描写，忽略励磁系统和原动机、调速器的动态；(3)同调组的划分与负荷模型关系较小，则同调判别时负荷化为等值阻抗描述，并入导纳阵。2、系统建模设系统有n个节点，N台发电机(包含所有平衡机)，用经典二阶模型描写(考虑阻尼效应)，则线性化转子动态方程为(p.u.)：式中，ΔPmi是机械功率增量，ΔPGi是有功输出的增量，Δδi是功角的增量，Δωi是角速度的增量，Mi，Di分别为第i号发电机的惯性时间常数和电机阻尼系数。假设该n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑定子阻尼效应并采用变量代换的慢同调分区法，用于将同调的发电机组聚合为一台等值机；其特征在于，根据解析法求得发电机转子角增量的通解表达式进行同调判别，其包括如下步骤：A、做基本假定，并对系统元件作必要简化；B、电网中的发电机，采用经典二阶模型进行建模，所述发电机包括平衡机；C、将潮流方程中的雅克比矩阵进行解耦化简；D、联立发电机转子运动方程和潮流方程进行求解；E、确定同调判别准则，对发电机进行同调判别。

【技术特征摘要】
1.一种采用变量代换的慢同调分区法，用于将同调的发电机聚合为一台等值机；其特征在于，根据解析法求得发电机转子角增量的通解表达式进行同调判别，其包括如下步骤：A、做基本假定，并对系统元件作必要简化；B、电网中的发电机，采用经典二阶模型进行建模，所述发电机包括平衡机；设系统有n个节点，N台发电机，考虑阻尼效应,用经典二阶模型描写，则发电机转子运动方程为：式中，ΔPmi是机械功率增量，ΔPGi是有功输出的增量，Δδi是功角的增量，Δωi是角速度的增量，Mi，Di分别为第i号发电机的惯性时间常数和电机阻尼系数；C、将潮流方程中的雅...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄冠标，高苏，王长香，朱林，杨诚，甄鸿越，赵利刚，周挺辉，门锟，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44