一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法，包括如下步骤：采集PMU实测数据；在线评估电网惯量分布；可视化展示电网惯量分布；在线评估电网的系统惯量。本发明专利技术能够根据电力系统中母线节点有功功率和频率的PMU动态数据信息在线评估电网惯量特征，从区域和整体多个层面揭示电网的当前稳定运行状态。同时，通过对评估结果进行可视化展示，能够对电网各区域与整体的抗扰能力进行直观评价。与传统评估方法相比，本发明专利技术不仅能够精确反映不同运行状态下电网惯量特征的动态变化，为电网稳定运行以及新能源并网提供辅助决策，而且还可以根据实时数据在线更新评估结果，提高对电网稳定性及抗扰能力判断的准确性和时效性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法
本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法。
技术介绍
目前，风力发电、光伏发电等清洁能源发电方式已在全球范围内大规模应用。但清洁能源的强波动性以及电力电子器件的大规模应用导致了电力系统惯性的降低，系统频率稳定性问题也越发严重。为了从区域和整体多方位分析和改善系统运行特性，需要全面评估新能源接入之后对电网动态行为产生的影响。现有对电网运行稳定性的评估方法主要有基于暂态稳定分析的能量函数法以及基于概率论的风险理论评估方法，但这些方法都是针对电力系统某个方面或某个部分的安全问题，并不能完全反映系统稳定性与抗扰能力。惯量是描述物体对其运动状态变化的一种阻抗程度。在电力系统中惯量是发电机转轴上储存的旋转动能大小，惯量大小决定了电网在受扰时的动态变化情况，直接反映了系统的抗扰动能力，同时电网各区域惯量的分布也表征了区域的抗干扰能力。通过采集PMU实测数据，在线评估各发电机、母线节点和整个电网的惯量大小，从而实时、直观地对电网各设备、各区域以及系统整体的抗扰能力进行直观评价。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法。本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法，包括如下步骤：S10、采集受扰情况下电网各母线节点的PMU数据信息。需要获取的实测数据为：电网中投入运行的发电机输出的不平衡功率△P(t)、有功功率P(t)、频率变化率f’以及各母线节点频率波动值f(t)。S20、评估电网各发电设备、母线节点的惯量特征。假设n为电网中投入运行的发电机数目，tc为电网受扰之前的任意时刻，Pi(t)和fi’分别是第i(i＝1,2,3,…,n)台发电机在受扰后t时刻的输出有功功率和频率变化率，△Pi(t)是第i台发电机在受扰后t时刻输出的不平衡有功功率，电网惯量的辨识过程包括如下步骤：S201、计算各发电设备的惯量特征参数Hi(t)：S202、计算当前电网的惯性中心频率fC(t)：其中，fi(t)是第i台发电机机端母线在t时刻所测得的频率值，为便于后续计算，惯性中心频率fC(t)可写为函数B(t)与函数A(t)相除的形式，即：S203、计算母线频率偏移量Idk。假设电网中共有q个未直接连接发电机的母线节点，t0为扰动发生时刻，T为扰动发生后的任意时段，获取电网中母线节点k(k＝1,2,...,q)在t时刻所测得的频率波动值fk(t)，以当前电网惯性中心频率fC(t)为基准，计算各母线节点在时间段T内的频率偏移量Idk：S204、基于上述计算结果，对频率偏移量进行统一归一化处理，使惯量评估指标HIk正比于各母线节点的等效惯量大小，从而得到电网惯量分布：其中，Idk为上述步骤S203计算得到的母线节点k(k＝1,2,...,q)的频率偏移量，maxIdk和minIdk分别计算得到的最大与最小的母线频率偏移量。S30、根据电网拓扑结构对电网惯量分布进行可视化展示，直观反映不同运行状况下电网各区域的抗干扰能力。S40、将整个电网看成一台大型发电设备，基于t时刻电网中所有发电机输出的不平衡功率之和以及电网惯性中心的频率变化率dfC/dt，评估当前运行状态下电网的等效系统惯量：与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：本专利技术通过提出“电网惯量”这一新参数，对电力系统各区域以及整体的抗干扰能力进行评估，为稳定运行提供辅助决策，也可为新能源并网点的选择提供有用的信息；通过PMU量测数据的计算处理，能够在线评估电网惯量分布以及系统惯量，计算结果根据电网运行状态动态更新，保证电网惯量特征评估结果的准确度；本专利技术计算效率高，速度快，易于实现。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法的步骤流程图；图2为电网惯量分布评估步骤流程图；图3为IEEE新英格兰39节点网络拓扑结构示意图；图4为IEEE新英格兰39节点网络惯量分布可视化示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，本专利技术提供一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法，包括如下步骤：S10、采集受扰情况下电网各母线节点的PMU数据信息。需要获取的实测数据为：电网中投入运行的发电机输出的不平衡功率△P(t)、有功功率P(t)、频率变化率f’以及各母线节点频率波动值f(t)。S20、评估电网各发电设备、母线节点的惯量特征。假设n为电网中投入运行的发电机数目，tc为电网受扰之前的任意时刻，Pi(t)和fi’分别是第i(i＝1,2,3,…,n)台发电机在受扰后t时刻的输出有功功率和频率变化率，△Pi(t)是第i台发电机在受扰后t时刻输出的不平衡有功功率，如图2所示，电网惯量的辨识过程包括如下步骤：S201、计算各发电设备的惯量特征参数Hi(t)：S202、计算当前电网的惯性中心频率fC(t)：其中，fi(t)是第i台发电机机端母线在t时刻所测得的频率值，为便于后续计算，惯性中心频率fC(t)可写为函数B(t)与函数A(t)相除的形式，即：S203、计算母线频率偏移量Idk。假设电网中共有q个未直接连接发电机的母线节点，t0为扰动发生时刻，T为扰动发生后的任意时段，获取电网中母线节点k(k＝1,2,...,q)在t时刻所测得的频率波动值fk(t)，以当前电网惯性中心频率fC(t)为基准，计算各母线节点在时间段T内的频率偏移量Idk：S204、基于上述计算结果，对频率偏移量进行统一归一化处理，使惯量评估指标HIk正比于各母线节点的等效惯量大小，从而得到电网惯量分布：其中，Idk为上述步骤S203计算得到的母线节点k(k＝1,2,...,q)的频率偏移量，maxIdk和minIdk分别为计算得到的最大与最小的母线频率偏移量。S30、根据电网拓扑结构对电网惯量分布进行可视化展示，直观反映不同运行状况下电网各区域的抗干扰能力。S40、将整个电网看成一台大型发电设备，基于t时刻电网所有发电机输出的不平衡功率之和以及电网惯性中心的频率变化率dfC/dt，评估当前运行状态下电网的等效系统惯量：下面具体说明本专利技术。在仿真软件DIGSILENT中搭建IEEE新英格兰39节点网络模型，拓扑结构如图3所示，模型共有10台发电机，29条未直接连接发电机的母线，假设PMU测量可覆盖电网中所有母线节点。对该电网惯量特征进行计算评估，评估步骤流程如图1所示。S10、记录受扰状态下电网发电机机端母线节点的不平衡有功功率和频率变化率，以及未直接连接发电机的母线节点频率波动值。通过上述仿真方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法，其特征在于，包括如下步骤：S10、采集PMU实测数据：从PMU量测数据中获取所需电网动态特征的数据信息，包括发电机输出的不平衡功率△P(t)、有功功率P(t)、频率变化率f’以及各母线节点频率波动值f(t)；S20、在线评估电网惯量分布：通过对数据的运算处理，依次得到各发电设备的惯量特征参数Hi和电网惯性中心频率fC，在此基础上提出惯量评估指标，计算电网各区域的等效惯量大小；S30、可视化展示电网惯量分布：根据电网拓扑结构以及各母线等效惯量大小对电网各区域进行不同色块的填充或绘制等高线图对电网各区域惯量特征进行直观展示；S40、在线评估电网的系统惯量：采用下式计算获得当前电网的整体系统惯量Hsys，并依此对系统运行状态进行评估：

【技术特征摘要】
1.一种基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法，其特征在于，包括如下步骤：S10、采集PMU实测数据：从PMU量测数据中获取所需电网动态特征的数据信息，包括发电机输出的不平衡功率△P(t)、有功功率P(t)、频率变化率f’以及各母线节点频率波动值f(t)；S20、在线评估电网惯量分布：通过对数据的运算处理，依次得到各发电设备的惯量特征参数Hi和电网惯性中心频率fC，在此基础上提出惯量评估指标，计算电网各区域的等效惯量大小；S30、可视化展示电网惯量分布：根据电网拓扑结构以及各母线等效惯量大小对电网各区域进行不同色块的填充或绘制等高线图对电网各区域惯量特征进行直观展示；S40、在线评估电网的系统惯量：采用下式计算获得当前电网的整体系统惯量Hsys，并依此对系统运行状态进行评估：其中，n为电网中投入运行的发电机数目，为t时刻电网中所有发电机输出的不平衡有功功率之和，dfC/dt为电网惯性中心的频率变化率。2.根据权利要求1所述的基于PMU实测数据的电网惯量特征在线评估方法，其特征在于，S20具体包括如下步骤：S201、计算各发电设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，胡柳君，曹一家，王炜宇，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43