基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法和系统，具体步骤包括：根据谱聚类算法对整个电力系统进行区域划分；获取每个区域内发电机总容量、节点当前频率值、额定频率值、发电机总机械功率、发电机总电磁功率，计算出区域等效惯性时间常数；对每个区域的区域等效惯性时间常数进行修正，获取每个区域的区域修正等效惯性时间常数；根据全部区域的区域修正等效惯性时间常数计算出系统修正等效惯性时间常数；根据系统修正等效惯性时间常数判断电力系统的稳定性。与现有技术相比，本发明专利技术减小了扰动期间各个节点频率不一致对电力系统惯量评估的影响，从而获取更加精确的等效惯性时间常数用以判断电力系统的稳定性。

Power System Stability Judgment Method and System Based on Spectral Clustering Region Partition

【技术实现步骤摘要】
基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法和系统
本专利技术涉及电力系统在线监测与控制领域，尤其是涉及一种基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法和系统。
技术介绍
新能源的并网或者是大规模交直流输电技术的应用中，电力电子设备都是不可或缺的部分。电力电子设备的应用为人类提供了极大的便利，发电方式变得更加高效和纯净。但是，电力电子器件应用的弊端也日益凸显。电力电子设备解耦了电网和发电侧，这使得发电机部分的惯量无法传递到电网中。存在于同步发电机和涡轮机旋转机构中的惯量是电力系统稳定运行的重要参数。研究发现，惯量越低的系统受扰动影响越大,频率跌落越快，电网稳定性更差，因此对各个区域和整个系统的惯量进行评估是很有必要的。惯性时间常数(H)通常用于表征其惯量的大小，定义为发电机仅通过释放旋转机构中存储的动能提供发电机额定功率的时间，一般单位为秒。但是，在现有的惯性时间常数算法中存在以下问题：当电力系统系统发生了扰动事件时，整个系统各个节点上的频率变化不一致会给惯量评估带来了难度，影响惯性时间常数的精确度和准确性。其原因在于：为了获得系统的等效惯性时间常数值，就必须要先获得已知扰动下某一个节点的频率变化率的变化曲线，由于不同节点的变化率值是不同的，使得到的惯性时间常数值也不一致。此外，在大规模交直流输电技术的应用和新能源并网的下，同样缺乏对区域惯量水平的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法和系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法，具体步骤包括：S1、根据谱聚类算法对整个电力系统进行区域划分；S2、获取每个区域内发电机总容量、节点当前频率值、额定频率值、发电机总机械功率、发电机总电磁功率，计算每个区域的等效惯性时间常数HEK；S3、对每个区域的等效惯性时间常数HEK进行修正，获取每个区域的区域修正等效惯性时间常数HK，进行修正的表达式为：其中，SK为区域K的发电机容量，Eflow代表区域K的流动动能，HK代表区域K实际的等效惯性时间常数，流出区域K符号为正，流入区域K符号为负，方向与有功功率流动一致；S4、根据全部区域的区域修正等效惯性时间常数HK计算出系统修正等效惯性时间常数Hsys’；S5、根据整个电力系统的等效惯性时间常数Hsys’判断电力系统的稳定性。进一步地，所述步骤S1具体包括：S11、结合电网架构构造邻接矩阵W和一个对角矩阵D；S12、构造一个拉普拉斯图矩阵L，其表达式为L＝D-W；S13、计算矩阵L的特征向量并按照特征值从小到大的顺序排列，取前2至k个特征向量组成一个矩阵，使用K-means聚类将矩阵划分成k个类；S14、将节点归类使得整个电力系统划分成k个区域。进一步地，所述步骤S2中，每个区域的等效惯性时间常数HEK的计算表达式为：其中，HEK为每个区域的区域修正等效惯性时间常数；SK为区域内发电机总容量；f为区域内某一个节点当前频率值；fn为区域内额定频率值；Pm为区域内发电机总机械功率；Pe为区域内发电机总电磁功率。进一步地，所述步骤S4中，整个系统的等效惯性时间常数Hsys’的求解表达式为：其中，Nk代表区域的个数。进一步地，所述整个系统的等效惯性时间常数Hsys’越大，电力系统的稳定性越高。一种基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断系统，包括存储器、处理器，以及存储在存储器并由所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序实现以下步骤：根据谱聚类算法对整个电力系统进行区域划分；获取每个区域内发电机总容量、节点当前频率值、额定频率值、发电机总机械功率、发电机总电磁功率，计算每个区域的等效惯性时间常数HEK；对每个区域的等效惯性时间常数HEK进行修正，获取每个区域的区域修正等效惯性时间常数HK，进行修正的表达式为：其中，SK为区域K的发电机容量，Eflow代表区域K的流动动能，HK代表区域K实际的等效惯性时间常数，流出区域K符号为正，流入区域K符号为负，方向与有功功率流动一致；根据全部区域的区域修正等效惯性时间常数HK计算出系统修正等效惯性时间常数Hsys’；根据整个电力系统的等效惯性时间常数Hsys’判断电力系统的稳定性。进一步地，所述根据谱聚类算法对整个电力系统进行区域划分具体包括：结合电网架构构造邻接矩阵W和一个对角矩阵D；构造一个拉普拉斯图矩阵L，其表达式为L＝D-W；计算矩阵L的特征向量并按照特征值从小到大的顺序排列，取前2至k个特征向量组成一个矩阵，使用K-means聚类将矩阵划分成k个类；将节点归类使得整个电力系统划分成k个区域。进一步地，每个区域的等效惯性时间常数HEK的计算表达式为：其中，HEK为每个区域的区域修正等效惯性时间常数；SK为区域内发电机总容量；f为区域内某一个节点当前频率值；fn为区域内额定频率值；Pm为区域内发电机总机械功率；Pe为区域内发电机总电磁功率。进一步地，整个系统的等效惯性时间常数Hsys’的求解表达式为：其中，Nk代表区域的个数。进一步地，所述整个系统的等效惯性时间常数Hsys’越大，电力系统的稳定性越高。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用谱聚类算法将整个电力系统进行区域划分，然后对各个区域的等效惯量进行评估，进而对整个电力系统的等效惯量进行评估，减小了扰动期间各个节点频率不一致对电力系统惯量评估的影响，从而获取更加精确的等效惯性时间常数用以判断电力系统的稳定性。谱聚类算法对数据分布的适应性更强，聚类效果良好，计算简便。基于图论将谱聚类算法应用于区域划分，直观且有效，可以反映电网网架内部结构。将电网拆解成了多个区域，在每个区域中选择一个节点上的频率或者频率变化率以计算区域等效惯性时间常数，进而计算整个系统的等效惯性时间常数，避免了以一个节点上的频率以及频率变化率直接计算系统的等效惯性时间常数，减小了扰动期间各个节点频率不一致对惯量评估的影响，有助于各个区域和整个电力系统的一次调频调度问题和新能源并网的规划问题，对各个区域和整个电力系统的频率稳定性提供了参考依据，具有良好的实用性。附图说明图1为本专利技术的流程示意图。图2为新英格兰10机39节点系统示意图。图3为利用谱聚类划分10机39节点系统示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所述，本实施例提供了一种基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法，具体步骤包括：步骤S1.根据谱聚类算法对整个电力系统进行区域划分；步骤S2.获取每个区域内发电机总容量、节点当前频率值、额定频率值、发电机总机械功率、发电机总电磁功率，计算出区域等效惯性时间常数；步骤S3.对每个区域的区域等效惯性时间常数进行修正，获取每个区域的区域修正等效惯性时间常数；步骤S4.根据全部区域的区域修正等效惯性时间常数计算出系统修正等效惯性时间常数；步骤S5.根据系统修正等效惯性时间常数判断电力系统的稳定性。惯性时间常数(H)通常用于表征其惯量的大小，定义为发电机仅通过释放旋转机构中存储的动能提供发电机额定功率的时间，一般单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法，其特征在于，具体步骤包括：S1、根据谱聚类算法对整个电力系统进行区域划分；S2、获取每个区域内发电机总容量、节点当前频率值、额定频率值、发电机总机械功率、发电机总电磁功率，计算每个区域的等效惯性时间常数HEK；S3、对每个区域的等效惯性时间常数HEK进行修正，获取每个区域的区域修正等效惯性时间常数HK，进行修正的表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法，其特征在于，具体步骤包括：S1、根据谱聚类算法对整个电力系统进行区域划分；S2、获取每个区域内发电机总容量、节点当前频率值、额定频率值、发电机总机械功率、发电机总电磁功率，计算每个区域的等效惯性时间常数HEK；S3、对每个区域的等效惯性时间常数HEK进行修正，获取每个区域的区域修正等效惯性时间常数HK，进行修正的表达式为：其中，SK为区域K的发电机容量，Eflow代表区域K的流动动能，HK代表区域K实际的等效惯性时间常数，流出区域K符号为正，流入区域K符号为负，方向与有功功率流动一致；S4、根据全部区域的区域修正等效惯性时间常数HK计算出系统修正等效惯性时间常数Hsys’；S5、根据整个电力系统的等效惯性时间常数Hsys’判断电力系统的稳定性。2.根据权利要求1所述的基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11、结合电网架构构造邻接矩阵W和一个对角矩阵D；S12、构造一个拉普拉斯图矩阵L，其表达式为L＝D-W；S13、计算矩阵L的特征向量并按照特征值从小到大的顺序排列，取前2至k个特征向量组成一个矩阵，使用K-means聚类将矩阵划分成k个类；S14、将节点归类使得整个电力系统划分成k个区域。3.根据权利要求1所述的基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法，其特征在于，所述步骤S2中，每个区域的等效惯性时间常数HEK的计算表达式为：其中，HEK为每个区域的区域修正等效惯性时间常数；SK为区域内发电机总容量；f为区域内某一个节点当前频率值；fn为区域内额定频率值；Pm为区域内发电机总机械功率；Pe为区域内发电机总电磁功率。4.根据权利要求1所述的基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法，其特征在于，所述步骤S4中，整个系统的等效惯性时间常数Hsys’的求解表达式为：其中，Nk代表区域的个数。5.根据权利要求1所述的基于谱聚类区域划分的电力系统稳定性的判断方法，其特征在于，所述整个系统的等效惯性时间常数Hsys’越大，电力系统的稳定性越高。6.一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东东，张佳乐，赵耀，刘振宇，高晓城，杨帆，林顺富，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31