电力系统宽频带振荡的模式分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统宽频带振荡的模式分析方法，其中，方法包括以下步骤：根据目标系统的机网信息建立目标系统的小信号有源阻抗网络模型；获取网络节点导纳矩阵或回路阻抗矩阵的行列式的零点与系统的全部振荡模式；得到每个振荡模式或主导振荡模式的模式分析结果。该方法通过建立目标系统的小信号有源阻抗网络模型，并根据节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵的特征求取全部的振荡模式，对每个模式展开分析，计算振荡阻尼比、参与因子以及各支路振荡幅值占比，从而定量评估模式的稳定性、可激励性与可观测性，以及确定模式的振荡路径。

Mode analysis method for broadband oscillation in power system

The invention discloses a mode analysis method for power system wide-band oscillation, which comprises the following steps: establishing a small signal active impedance network model of the target system according to the network information of the target system; obtaining the zero of the admittance matrix of the network node or the determinant of the loop impedance matrix and all oscillations of the system. Mode; get the mode analysis results of each oscillation mode or dominant oscillation mode. In this method, the small signal active impedance network model of the target system is established, and all the oscillation modes are obtained according to the characteristics of node admittance matrix and loop impedance matrix. Each mode is analyzed, and the oscillation damping ratio, participation factor and the ratio of oscillation amplitude of each branch are calculated, so the stability of the mode is evaluated quantitatively. It can be excited and observable, and determine the oscillation path of mode.

【技术实现步骤摘要】
电力系统宽频带振荡的模式分析方法
本专利技术涉及电力系统稳定分析
，特别涉及一种电力系统宽频带振荡的模式分析方法。
技术介绍
近年来，电力电子变流技术在电力系统得到广泛深入的应用，产生了新型振荡问题。振荡呈现宽频带的特性，振荡频率从零点几赫兹到数千赫兹，降低了系统的稳定性，危及电网的安全可靠运行。因此，对电力系统宽频带振荡现象的深入研究成为当前高度关注的问题。相关技术中，现有的研究方法包括基于状态空间模型的特征值分析、基于电磁暂态模型的时域仿真，以及基于阻抗模型的奈奎斯特稳定判据，等等。由于现代电力系统包含大量电力电子设备，具有高度非线性特点，建立复杂系统精细的电磁暂态仿真模型或状态空间模型需要巨大的工作量，而奈奎斯特稳定判据仅适用于简化系统的稳定性分析，且只能给出定性的结果。因此现有研究基本都采用简化或等效的单机系统模型，忽略了网络的拓扑结构，难以表示真实系统的动态特性。导致现有方法不能准确求出系统的全部振荡模式，从而对深入探讨其产生机理、振荡特性以及抑制策略等造成困难。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种电力系统宽频带振荡的模式分析方法，该方法可以有效提高研究模式的稳定性、可激励性与可观测性，以及振荡路径。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种电力系统宽频带振荡的模式分析方法，包括以下步骤：获取节点导纳矩阵或回路阻抗矩阵的行列式的零点与系统的全部振荡模式；得到每个振荡模式或主导振荡模式的模式分析结果。本专利技术实施例的电力系统宽频带振荡的模式分析方法，通过建立目标系统的小信号有源阻抗网络模型，并根据节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵的特征求取全部的振荡模式，对每个模式展开分析，计算振荡阻尼比、参与因子以及各支路振荡幅值占比，从而定量评估模式的稳定性、可激励性与可观测性，以及确定模式的振荡路径。另外，根据本专利技术上述实施例的电力系统宽频带振荡的模式分析方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据目标系统的机网信息建立所述目标系统的小信号有源阻抗网络模型，进一步包括：对系统中的每个元件建立外特性有源阻抗支路模型；根据所述系统的实际拓扑结构将相邻元件的支路进行连接，并建立所述系统的小信号有源阻抗网络模型，并且将网络中的所有节点和支路进行编号，并规定每条支路的参考方向；生成网络的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述对系统中的每个元件建立外特性有源阻抗支路模型，进一步包括：求取元件的频域阻抗表达式z(s)；将有源元件注入系统的电流和提供的电压分别等效为支路受控电流源is(s)和受控电压源us(s)。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述生成网络的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵，进一步包括：构造支路集合和回路集合；根据所述支路集合和回路集合生成节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；生成支路阻抗矩阵和支路导纳矩阵；根据所述支路导纳矩阵和所述节点-支路关联矩阵生成节点导纳矩阵；根据所述支路阻抗矩阵和所述回路-支路关联矩阵生成回路阻抗矩阵。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述获取网络矩阵行列式的零点与系统的全部振荡模式，进一步包括：获取节点导纳矩阵或回路阻抗矩阵的行列式Pn(s)；生成所述多项式Pn(s)的友矩阵C；通过QR分解法求取所述友矩阵C的特征根，以得到所述多项式Pn(s)的零点。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述得到每个振荡模式或主导振荡模式的模式分析结果，进一步包括：判断振荡模式的稳定性；在所述振荡模式下，根据模态分析理论求取各节点和各回路的参与因子，以确定所述各节点和各回路对所述振荡模式的可激励性与可观测性；在所述振荡模式下，获取网络中各支路的振荡幅值占比，并确定所述振荡模式的振荡路径。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述判断振荡模式的稳定性，进一步包括：根据复数零点与振荡模式的对应关系求取模式的振荡阻尼比和振荡频率；根据所述振荡阻尼比的大小衡量振荡的稳定性。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述根据模态分析理论求取各节点和各回路的参与因子，以确定所述各节点和各回路对所述振荡模式的可激励性与可观测性，进一步包括：在所述振荡模式下，将所述节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵分别进行对角化；在所述节点导纳矩阵和所述回路阻抗矩阵的全部特征根中分别获取零特征根，以得到所述振荡模式的并联关键模态和串联关键模态；根据所述并联关键模态和所述串联关键模态得到关键特征向量，并根据所述关键特征向量得到各节点和各回路的参与因子。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述获取网络中各支路的振荡幅值占比，并确定所述振荡模式的振荡路径，进一步包括：对所述各回路的参与因子进行开方，以得到所述各回路的可观性指标，并形成回路可观性指标向量；根据支路电流与回路电流的关系得到支路可观性指标向量；对所述支路可观性指标向量进行归一化操作，以得到所述各支路的振荡幅值占比。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述各支路的振荡幅值占比的计算公式为：其中，为支路可观性指标向量Ob的第j个元素(j＝1,2,…,G)，G为网络的支路总数。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的电力系统宽频带振荡的模式分析方法的流程图；图2为根据本专利技术一个具体实施例的电力系统宽频带振荡的模式分析方法的流程图；图3为根据本专利技术一个实施例的涉及的外特性有源阻抗支路模型示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的电力系统宽频带振荡的模式分析方法。图1是本专利技术一个实施例的电力系统宽频带振荡的模式分析方法的流程图。如图1所示，该电力系统宽频带振荡的模式分析方法包括以下步骤：在步骤S101中，根据目标系统的机网信息建立目标系统的小信号有源阻抗网络模型。可以理解的是，本专利技术实施例建立目标系统的小信号有源阻抗网络模型。如图2所示，首先，收集目标系统的机网信息。在某个工况下进行潮流计算，得到系统中各母线电压、各线路功率等，为建模提供稳态运行点；然后按照以下步骤建立目标系统的小信号有源阻抗网络模型。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，根据目标系统的机网信息建立目标系统的小信号有源阻抗网络模型，进一步包括：对系统中的每个元件建立外特性有源阻抗支路模型；根据系统的实际拓扑结构将相邻元件的支路进行连接，并建立系统的小信号有源阻抗网络模型，并且将网络中的所有节点和支路进行编号，并规定每条支路的参考方向；生成网络的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵。可以理解的是，本专利技术实施例首先建立各元件的外特性有源阻抗支路模型，然后依据电网拓扑拼接起来形成系统整体的小信号有源阻抗网络模型，并采用节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵进行描述。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，对系统中的每个元件建立本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力系统宽频带振荡的模式分析方法，其特征在于，包括以下步骤：根据目标系统的机网信息建立所述目标系统的小信号有源阻抗网络模型；获取节点导纳矩阵或回路阻抗矩阵的行列式的零点与系统的全部振荡模式；以及得到每个振荡模式或主导振荡模式的模式分析结果。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统宽频带振荡的模式分析方法，其特征在于，包括以下步骤：根据目标系统的机网信息建立所述目标系统的小信号有源阻抗网络模型；获取节点导纳矩阵或回路阻抗矩阵的行列式的零点与系统的全部振荡模式；以及得到每个振荡模式或主导振荡模式的模式分析结果。2.根据权利要求1所述的电力系统宽频带振荡的模式分析方法，其特征在于，所述根据目标系统的机网信息建立所述目标系统的小信号有源阻抗网络模型，进一步包括：对系统中的每个元件建立外特性有源阻抗支路模型；根据所述系统的实际拓扑结构将相邻元件的支路进行连接，并建立所述系统的小信号有源阻抗网络模型，并且将网络中的所有节点和支路进行编号，并规定每条支路的参考方向；生成网络的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵。3.根据权利要求2所述的电力系统宽频带振荡的模式分析方法，其特征在于，所述对系统中的每个元件建立外特性有源阻抗支路模型，进一步包括：求取元件的频域阻抗表达式z(s)；将有源元件注入系统的电流和提供的电压分别等效为支路受控电流源is(s)和受控电压源us(s)。4.根据权利要求2所述的电力系统宽频带振荡的模式分析方法，其特征在于，所述生成网络的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵，进一步包括：构造支路集合和回路集合；根据所述支路集合和回路集合生成节点-支路关联矩阵和回路-支路关联矩阵；生成支路阻抗矩阵和支路导纳矩阵；根据所述支路导纳矩阵和所述节点-支路关联矩阵生成节点导纳矩阵；根据所述支路阻抗矩阵和所述回路-支路关联矩阵生成回路阻抗矩阵。5.根据权利要求1所述的电力系统宽频带振荡的模式分析方法，其特征在于，所述获取网络矩阵行列式的零点与系统的全部振荡模式，进一步包括：获取节点导纳矩阵或回路阻抗矩阵的行列式Pn(s)；生成所述多项式Pn(s)的友矩阵C；通过QR分解法求取所述友矩阵C的特征根，以得到所述多项式Pn(s)的零点。6.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小荣，占颖，
申请(专利权)人：清华大学，国网新疆电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11