一种广义强迫振荡下电压波动分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种广义强迫振荡下电压波动分析方法及系统。已有的关于广义强迫振荡的研究主要关注的是电力系统的功角振荡问题，对同样重要的电压振荡问题相对关注较少。本发明专利技术采用的技术内容包括：获取网络中各节点功率波动和电压波动的时域曲线；根据网络的潮流方程和各节点功率波动曲线，逐点计算得到电压波动比例分量的时域曲线；将电压波动的时域曲线和电压波动比例分量的时域曲线作差，得到谐振分量时域曲线；由谐振分量时域曲线计算得到电压波动谐振分量功率谱及电压振荡模式信息。本发明专利技术通过计算谐振分量功率谱得到电压振荡的模式信息，从而实现对广义强迫振荡下电压波动的分析。

A Voltage Fluctuation Analysis Method and System under Generalized Forced Oscillation

The invention discloses a voltage fluctuation analysis method and system under generalized forced oscillation. The existing research on generalized forced oscillation mainly focuses on the power angle oscillation of power system, but pays less attention to the equally important voltage oscillation. The technical contents of the invention include: acquiring the time-domain curves of power fluctuation and voltage fluctuation of each node in the network; calculating the time-domain curves of voltage fluctuation proportional component point by point according to the power flow equation of the network and the power fluctuation curve of each node; and calculating the time-domain curves of voltage fluctuation proportional component and voltage fluctuation proportional component in time-domain. The time-domain curve of the resonant component is obtained by line difference, and the power spectrum of the resonant component and the mode information of the voltage oscillation are obtained by calculating the time-domain curve of the resonant component. The method obtains the mode information of voltage oscillation by calculating the power spectrum of resonant component, thereby realizing the analysis of voltage fluctuation under generalized forced oscillation.

【技术实现步骤摘要】
一种广义强迫振荡下电压波动分析方法及系统
本专利技术涉及电力系统强迫振荡分析领域，具体地说是一种广义强迫振荡下电压波动分析方法及系统。
技术介绍
随着互联电网规模不断扩大，电力系统低频振荡极大地制约了电网的传输能力，成为影响互联电网安全稳定的突出问题。其中功率随机激励下的广义强迫振荡，相对于传统的强迫振荡其发生条件相对简单，对电力系统的威胁往往更大。已有的关于广义强迫振荡的研究主要关注的是电力系统的功角振荡问题，对同样重要的电压振荡问题相对关注较少。与广义强迫振荡相对的是狭义强迫振荡，狭义强迫振荡是具有单一频率的持续性周期扰动导致的系统振荡，从频域的角度上来看实际上是点对点的激发模式，如图1所示，图中U和Y分别代表激励和响应。但是由于电力系统本身结构复杂，随机性较强，随机激励出现的频率远高于传统单一频率正弦激励，且一些随机激励导致的振荡现象不能完全用一般的狭义强迫振荡理论解释，主要基于电力系统的广义强迫振荡理论。广义强迫振荡是相对于狭义强迫振荡而言，广义强迫振荡是指电力系统在随机激励下发生的强迫振荡。对于一般随机激励下的电力系统，由于其激励幅值一般较小，因而可以将此时的电力系统视作为线性系统。对该线性系统，由激励或者响应的时域曲线计算功率谱公式如下：FT(f)＝F[fT(t)](1)其频域传递函数假定为H(f)，输入随机激励可视为平稳随机过程，该随机过程的功率谱密度函数为Su(f)，输出也可视为平稳随机过程，其对应的功率谱密度函数为Sy(f)，则对该线性系统的输入输出有：Sy(f)＝|H(f)|2Su(f)(3)因此，若Su(f)能够覆盖到频谱中功率密度较大部分，则系统输出功率谱在该部分对应功率密度也较大，则该部分的对应模式的动态将被激发，如图2所示fo1。若输入随机噪声的功率谱发生迁移，移动到更高频率处，则此时被激发的模式即为阻尼较高的fo2,fo3，如图3所示。对比广义强迫振荡，能够发现狭义强迫振荡是广义强迫振荡的一个特例，狭义强迫振荡对应的输入为功率谱中的某一频率的数值，因此是一种点对点的激发模式，且在激励强度保持不变的情况下，改变激励频率多次仿真后得到的输出的功率谱与输入的功率谱具有一致性，所以狭义强迫振荡时电压波动的功率谱在形状上具有与系统传递函数功率谱具有相似的特性。由图2和图3能够发现，广义强迫振荡实际上是一种面对点的激发模式，也即当电力系统中某些随机功率波动的频谱覆盖到系统的某些弱阻尼固有模式时，这些弱阻尼固有模式会被激发。因此，对比狭义强迫振荡发生谐振的条件——扰动源为单一频率且扰动频率接近系统的固有频率，广义强迫振荡发生的概率会大很多，仅需要扰动的功率谱覆盖到弱阻尼固有模式即可，这也能够解释网络随机功率波动会经常导致电网振荡的现象。根据广义强迫振荡理论，当电力系统中随机功率波动的功率谱覆盖到某些弱阻尼模式时，会激发出系统的强迫振荡，也称之为广义强迫振荡。以往文献中对广义强迫振荡的研究多关注于功角和有功振荡，但对仿真结果的分析能够发现广义强迫振荡发生时也伴随有电压波动，下面对广义强迫振荡下的电压波动进行分析。对电网而言，电力系统中随机激励强度一般较小，相对系统而言是小扰动，因而可以在分析过程中对系统采用线性化系统模型。电网中较快的随机功率波动，在一定条件下有可能激发系统的动态。另外，由于随机激励下的电压波动随机特性较强，相对于狭义强迫振荡下电压波动的时域曲线，其特征不明晰，因此宜从频域角度利用功率谱对电压波动进行分析。对于随机功率激励下的电力系统，其输入激励为ΔP，对应的电压响应为ΔU，则有如图4所示响应模型。对于该传递函数，参照负荷模型的分解方式，按照电压的响应特性进行如下分解：G(s)＝G(0)+Gd(s)(4)上式中，Gd(s)＝G(s)-G(0)，所以Gd(0)＝0，基于推导可将随机功率激励下电压响应分解如下：u(t)＝u0(t)+ud(t)(5)其对应的频域表达式如下：ΔU0＝G(0)ΔP(6)ΔUd＝Gd(s)ΔP(7)可以将以上传递函数表示为频域的形式，有：Hd(f)＝Gd(s)|s＝j2πf，H0＝G(0)(8)则以上电压响应分量对应的功率谱计算式分别为：Su0(f)＝H02Sp0(f)(9)Sud(f)＝|Hd(f)|2Spd(f)(10)其中，ΔU0分量对应的系统函数为H0，反映了输入输出之间的稳态关系。因而，该分量对应的电压响应主要与网络方程和功率激励有关，不妨称之为比例分量。ΔUd分量对应的传递函数为Hd(f)，按照广义强迫振荡理论，如果功率波动的功率谱覆盖Hd(f)的弱阻尼振荡模式，则会激发出电压的强迫振荡，机理类似于谐振，不妨称之为谐振分量。因此可以通过对谐振分量功率谱的分析得到电压振荡的模式信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种广义强迫振荡下电压波动分析方法，其通过计算谐振分量功率谱得到电压振荡的模式信息，从而实现对广义强迫振荡下电压波动的分析。为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种广义强迫振荡下电压波动分析方法，其包括：步骤1、获取网络中各节点功率波动和电压波动的时域曲线；步骤2、根据电力系统网络参数和各节点功率波动时域曲线，逐点进行潮流计算得到电压波动比例分量的时域曲线；步骤3、将电压波动的时域曲线和电压波动比例分量的时域曲线作差，得到谐振分量时域曲线；步骤4、根据功率谱计算公式，由谐振分量时域曲线计算得到电压波动谐振分量功率谱及电压振荡模式信息。本专利技术首先对广义强迫振荡下电压波动进行分解，将其分解为比例分量和谐振分量，然后通过网络的功率波动和潮流方程计算得到电压波动的比例分量，通过将所关注节点的电压波动曲线与比例分量作差，得到电压波动的谐振分量，最后通过功率谱计算公式得到谐振分量的功率谱及电压振荡的模式信息。作为上述技术方案的补充，所述步骤1的具体内容包括：通过电力系统的PMU或RTU装置得到网络中负荷和发电机节点的功率波动时域曲线和网络中发生电压振荡节点的电压波动时域曲线。作为上述技术方案的补充，所述步骤2的具体内容包括：在已知电力系统中潮流计算所需的各网络参数后，利用各节点功率波动时域曲线得到各时刻负荷节点和发电机节点功率以及电压值，通过潮流方程对各节点电压进行逐点计算，得到电压波动比例分量的时域曲线。作为上述技术方案的补充，所述步骤4的具体内容包括：在通过步骤3得到谐振分量的时域曲线之后，将电压波动谐振分量通过功率谱计算公式，得到电压振荡的功率谱，后通过功率谱的尖峰确定电压振荡的主模式。本专利技术还提供一种广义强迫振荡下电压波动分析系统，其包括：获取模块：获取网络中各节点功率波动和电压波动的时域曲线；潮流计算模块：根据电力系统网络参数和各节点功率波动时域曲线，逐点进行潮流计算得到电压波动比例分量的时域曲线；时域曲线作差模块：将电压波动的时域曲线和电压波动比例分量的时域曲线作差，得到谐振分量时域曲线；谐振分量时域曲线计算模块：根据功率谱计算公式，由谐振分量时域曲线计算得到电压波动谐振分量功率谱及电压振荡模式信息。本专利技术具有的有益效果如下：本专利技术通过将广义强迫振荡下电压波动进行分解，分解为比例分量和谐振分量，后将电压波动功率谱与比例分量功率谱作差得到谐振分量功率谱，最后通过谐振分量的功率谱峰值得到电压振荡详细模式信息谐振分量，从而实现对广义本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种广义强迫振荡下电压波动分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取网络中各节点功率波动和电压波动的时域曲线；步骤2、根据电力系统网络参数和各节点功率波动时域曲线，逐点进行潮流计算得到电压波动比例分量的时域曲线；步骤3、将电压波动的时域曲线和电压波动比例分量的时域曲线作差，得到谐振分量时域曲线；步骤4、根据功率谱计算公式，由谐振分量时域曲线计算得到电压波动谐振分量功率谱及电压振荡模式信息。

【技术特征摘要】
1.一种广义强迫振荡下电压波动分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取网络中各节点功率波动和电压波动的时域曲线；步骤2、根据电力系统网络参数和各节点功率波动时域曲线，逐点进行潮流计算得到电压波动比例分量的时域曲线；步骤3、将电压波动的时域曲线和电压波动比例分量的时域曲线作差，得到谐振分量时域曲线；步骤4、根据功率谱计算公式，由谐振分量时域曲线计算得到电压波动谐振分量功率谱及电压振荡模式信息。2.根据权利要求1所述的一种广义强迫振荡下电压波动分析方法，其特征在于，所述步骤1的具体内容包括：通过电力系统的PMU或RTU装置得到网络中负荷和发电机节点的功率波动时域曲线和网络中发生电压振荡节点的电压波动时域曲线。3.根据权利要求2所述的一种广义强迫振荡下电压波动分析方法，其特征在于，所述步骤2的具体内容包括：在已知电力系统中潮流计算所需的各网络参数后，利用各节点功率波动时域曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭琰，楼伯良，鞠平，黄弘扬，余一平，邓晖，马骏超，王博文，王龙飞，华文，赵一琰，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，国网浙江省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33