一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，所述方法包括以下步骤：同步相量测量单元采集发电机的机端电压信号、发电机发出的功率信号，根据经典二阶发电机模型的相量图建立内电势与暂态电抗的关系式；基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，通过最小二乘曲线拟合得到暂态电抗的估计结果，根据内电势与暂态电抗的关系式计算内电势并估计区域等值发电机功角的状态；将区域等值发电机功角的状态估计结果与PMU量测的发电机有功功率的输出作为输入量，采用最小二乘辨识方法，辨识区域等值发电机的惯性时间常数和机械功率输出。本发明专利技术在保证研究区域动态过程精度的同时，显著提高了电力系统动态稳定研究的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法
本专利技术涉及电力系统动态等值领域，尤其涉及一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，各电力系统迅速向多机、大电网、交直流联合输电及大区联网运行发展，使得电力系统的动态分析即使在离线条件下也十分困难；用计算机进行分析时，其内存、数据准备及计算结果的分析方面也困难重重。因此，研究电力系统区域动态等值方法对提高电力系统仿真效率具有十分重要的现实意义。传统上电力系统区域等值方法基于发电机同调的思想，通过同调发电机组判别、同调发电机母线化简、电力网络化简、同调发电机组动态聚合等步骤，实现电力系统的动态等值。同调等值法需要知道外部系统网络的完整信息，如线路参数、发电机参数及励磁系统等控制环节的数据。但随着经济的发展与电力市场改革的进行，各电力公司加强区域内电网数据的保密，互联的各子系统之间无法快速实时的数据交换，给基于同调等值法的电力系统区域动态等值带来了极大的困难。因此，在外部网络拓扑结构及电力系统状态信息完全未知时，如何实现外部网络的状态及参数估计，成为目前电力系统动态等值的关键问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，本专利技术在保证研究区域动态过程精度的同时，显著提高了电力系统动态稳定研究的效率，详见下文描述：一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，所述方法包括以下步骤：同步相量测量单元采集发电机的机端电压信号、发电机发出的功率信号，根据经典二阶发电机模型的相量图建立内电势与暂态电抗的关系式；基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，通过最小二乘曲线拟合得到暂态电抗的估计结果，根据内电势与暂态电抗的关系式计算内电势并估计区域等值发电机功角的状态；将区域等值发电机功角的状态估计结果与PMU量测的发电机有功功率的输出作为输入量，采用最小二乘辨识方法，辨识区域等值发电机的惯性时间常数和机械功率输出。其中，所述方法还包括：将电力系统划分为研究区域与外部区域两个子系统，确定两个子系统的边界母线的数量，在每个边界母线处将外部区域子系统等值为一台经典二阶发电机模型。进一步地，所述基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，通过最小二乘曲线拟合得到暂态电抗的估计结果具体为：1)通过等值发电机模型相量图，运用三角形余弦定理获取内电势、机端电压、暂态电抗、电流幅值、无功功率之间的关系式，进而获取等值发电机的内电势幅值；2)基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机机电暂态过程假设暂态电抗的内电势与机械输出功率保持不变，则在PMU每个采集数据的时间步长内，获取内电势与内电势平方和的均值的关系式；3)将第i个时间步长内等值发电机的内电势的表达式、内电势平方和的均值，带入到另一关系式中，求取目标函数；获取使目标函数最小的暂态电抗xd’的估计值。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、本方法以电力系统研究区域与外部区域的联络母线PMU量测数据为原始数据，通过参数辨识的方法得到基于经典发电机模型区域等值机的参数，构建区域等值模型实现外部区域的动态模型降阶；2、相比于基于发电机同调的传统电力系统区域动态降阶，本方法不需要详细的外部系统线路及发电机数据，节省了大量的人力、物力和时间，显著提高了等值区域动态模型构建的效率；3、当系统结构、运行工况频繁改变时，传统方法无法满足快速构建区域动态降阶模型的要求，本专利技术可以快速进行外部系统动态模型降阶，提供丰富的运行状态信息以使电网运行调度人员发出正确调度命令。附图说明图1是一种基于等值发电机状态及参数辨识的动态等值方法的流程图；图2是区域等值发电机模型示意图；图3是区域等值发电机相量关系图；图4是16机68节点测试系统拓扑图；图5是16及68节点等值系统拓扑图；图6是PMU1在发电机G16机端采集信号图；其中，(a)为G16机端电压幅值信号图；(b)为G16机端电压相角信号图；(c)为G16有功功率输出信号图；(d)为G16无功功率输出信号图。图7是本专利技术辨识发电机G16状态与原始系统状态对比图；其中，(a)为本专利技术辨识G16功角状态与G16原始功角状态对比图；(b)为本专利技术辨识G16角速度状态与G16原始角速度状态对比图。图8是本专利技术搭建等值模型与原始系统状态量动态特性对比图。其中，(a)为发电机G10等值前后功角曲线对比图；(b)为发电机G10等值前后角速度曲线对比图；(c)为发电机G10等值前后有功功率输出对比图；(d)为发电机G11等值前后功角曲线对比图；(e)为发电机G11等值前后角速度曲线对比图；(f)为发电机G11等值前后有功功率输出对比图；(g)为重载线路L65-37等值前后有功功率对比图；(h)为重载线路L36-37等值前后有功功率对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。随着PMU(PhasorMeasurementUnit，同步相量测量单元)装置在电网重要节点的广泛配置，电力通信网络的不断完善，广域量测平台在互联电网的大规模应用，基于广域量测信息的电力系统动态稳定分析与评估逐渐受到工业界和学术界广泛关注。目前，基于广域量测信息的电力系统动态稳定分析得到快速发展，但基于广域量测信息的外部网络参数辨识与状态估计缺乏高效且保证精度的方法。为解决电力市场化互联电网之间数据难以快速实时共享，传统外部区域等值方法不能满足现今需求的现状，本专利技术实例依据经典二阶发电机模型参数辨识，提出一种准确、快速、高效构建电力系统外部区域动态降阶模型的方法，为电网运行调度人员提供丰富的运行状态信息。首先，基于机电暂态过程中发电机内电势Eq与机械功率输出PM为常数的假设，拟合出经典发电机模型暂态电抗xd’；再根据经典二阶模型的区域等值发电机相量关系，计算出内电势Eq并估计发电机功角δ状态；根据功角δ的估计结果及PMU量测的有功功率信号，通过转子运动方程估计发电机惯性时间常数。实施例1本专利技术实施例提供了一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，参见图1-图3，该方法包括以下步骤：101：同步相量测量单元PMU采集发电机的机端电压(VT、θ)信号、发电机发出的功率(PE、QE)信号，根据经典二阶发电机模型的相量图建立内电势Eq与暂态电抗xd’的关系式，进而在关系式中消除内电势Eq求解出暂态电抗xd’；其中，经典二阶发电机模型[1]为本领域技术人员所公知，本专利技术实施例对此不做赘述。上述，VT为等值发电机机端电压相角幅值；θ为等值发电机机端电压相角；PE为等值发电机发出的有功功率；QE为等值发电机发出的无功功率。其中，上述估计出的暂态电抗xd’用于后续估计惯性时间常数，本专利技术实施例在此不做赘述。将求解出的暂态电抗xd’代入原关系式中可以求出被消除的内电势Eq。102：基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，计算内电势Eq并估计区域等值发电机功角δ的状态；103：将区域等值发电机功角δ的状态估计结果与PMU量测的发电机有功功率PE的输出作为输入量，采用最小二乘辨识方法，辨识区域等值发电机的惯性时间常数Tj,equ和机械功率输出PM。其中，最小二乘辨识方法[2]为本领域技术人员所公知，本专利技术实施例对此不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：同步相量测量单元采集发电机的机端电压信号、发电机发出的功率信号，根据经典二阶发电机模型的相量图建立内电势与暂态电抗的关系式；基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，通过最小二乘曲线拟合得到暂态电抗的估计结果，根据内电势与暂态电抗的关系式计算内电势并估计区域等值发电机功角的状态；将区域等值发电机功角的状态估计结果与PMU量测的发电机有功功率的输出作为输入量，采用最小二乘辨识方法，辨识区域等值发电机的惯性时间常数和机械功率输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：同步相量测量单元采集发电机的机端电压信号、发电机发出的功率信号，根据经典二阶发电机模型的相量图建立内电势与暂态电抗的关系式；基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，通过最小二乘曲线拟合得到暂态电抗的估计结果，根据内电势与暂态电抗的关系式计算内电势并估计区域等值发电机功角的状态；将区域等值发电机功角的状态估计结果与PMU量测的发电机有功功率的输出作为输入量，采用最小二乘辨识方法，辨识区域等值发电机的惯性时间常数和机械功率输出。2.根据权利要求1所述的一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述方法还包括：将电力系统划分为研究区域与外部区域两个子系统，确定两个子系统的边界母线的数量，在每个边界母线处将外部区域子系统等值为一台经典二阶发电机模型。3.根据权利要求1所述的一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，通过最小二乘曲线拟合得到暂态电抗的估计结果具体为：1)通过等值发电机模型相量图，运用三角形余弦定理获取内电势、机端电压、暂态电抗、电流幅值、无功功率之间的关系式，进而获取等值发电机的内电势幅值；2)基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机机电暂态过程假设暂态电抗的内电势与机械输出功率保持不变，则在PMU每个采集数据的时间步长内，获取内电势与内电势平方和的均值的关系式；3)将第i个时间步长内等值发电机的内电势的表达式、内电势平方和的均值，带入到另一关系式中，求取目标函数；获取使目标函数最小的暂态电抗xd’的估计值。4.根据权利要求3所述的一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈厚合，姜涛，王为超，李国庆，辛业春，张嵩，李雪，李晓辉，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22