一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法，所述方法步骤为：一、假设系统中有N台发电机，待分配的发电机的惯性常数为M,将M平均分配到各最短路径，其表达式为：

A dynamic analysis method of power system frequency based on continuum model

The invention discloses a power system frequency dynamic analysis method based on the continuum model. The method steps are as follows: 1. Assuming that there are n generators in the system, the inertia constant of the generator to be allocated is m, and M is evenly allocated to the shortest paths, the expression is:

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法
本专利技术涉及一种电力系统频率动态分析方法，尤其涉及一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法，属于电力系统分析

技术介绍
随着科学的进度和电能需求量的增加，电力系统的规模和复杂度日益增大，使得电力系统面临的系统稳定问题日益突出。IEEE/CIGER稳定定义联合工作组根据电力系统失稳的物理特性、受扰动的大小以及研究稳定问题必须考虑的设备、过程和时间框架等方面，将电力系统稳定性分为功角稳定、电压稳定和频率稳定。频率作为电力系统的重要参数，是衡量电能质量的主要指标之一。当电力系统遭受各种扰动(如短路、切除发电机、切除负荷等)后，由于系统有功功率平衡遭到破坏，必然会导致系统频率发生扰动从而发生频率动态过程。频率扰动会随着母线进行传播，机电扰动在系统中的传播可能会影响到电力系统的安全稳定运行。研究机电扰动的传播对深刻认识电力系统的动态机理、进行动态稳定性分析以及建立安全稳定的控制系统有着重要的意义。传统方法对电力系统进行分析时将其作为一个离散系统，对离散系统的各个部分进行单独建模，最后根据所建模型对进行整体分析。由于机电扰动在电力系统的连续体模型中机电扰动传播和离散系统中传播具有相似的特性，相关物理量具有具有一一的对应关系。因此，针对复杂的大型电力系统，要关注机电扰动在整个电力系统中的传播过程，使用连续体系统能从更大的空间尺度对机电扰动传播的动态机理进行描述，从而使描述更加准确。离散系统在建模过程中把发电机参数作为集中参数加以处理，使用连续体模型建模时把发电机离散的集中参数进行连续化，从而得到连续体模型下系统的方程。使用连续体表示的模型在描述大的系统如全球电力系统时比传统的离散系统有着更多的优越性。在连续体建模过程中，参数分配是一个很重要的问题。参数分配的合理性直接影响建模的准确性。由于频率扰动传播的路径并不唯一，通常多达数百条，此时如果仍旧使用高斯函数法(GaussianSmoothMethod,GSM)进行系统参数分配，将会因传播路径数过多而增加参数分配的难度，从而加大系统建模难度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法，本方法在进行参数分配中通过只考虑从扰动源到各发电机母线的最短传播路径，而不是基于GSM方法的所有路径，大大降低了参数分配的计算复杂度，基于最短路径的分配方法，一方面会使参数分配和系统分析更加简单，另一方面，也为机电波扰动的抑制提供了思路，解决了上述存在的问题。本专利技术的技术方案为：一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法，所述方法步骤为：一、假设系统中有N台发电机，待分配的发电机的惯性常数为M,将M平均分配到各最短路径，其表达式为：其中，Mi为第i台发电机的角动量；二、对分配得到的惯性常数，每条最短路径再使用高度连续和光滑的Gauss函数对分配所得的参数进行分配，分配的表达式为：其中：xi表示第i条线路上的一个空间点，M0为Gauss函数在其中心点处(母线位置)的最大值；三、根据连续体处理前后的惯性与原母线上集中分布的惯性相等，可得：四、得到所有的路径和对应的阻抗值后，通过两次排序就可以得到扰动源到各发电机母线的最短路径。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，采用本专利技术的技术方案，针对连续体建模过程中的参数分配问题，根据机电波沿不同路径传播速度和时间的不同，提出了一种基于最短路径的参数分配法，给出了参数分配的准确表达式。该方法通过寻找从发电机母线出发的到剩余发电机母线的最短传播路径，并将发电机惯性常量平均分配到最短路径上。通过对NewEngland10机39节点标准数据集进行实验，结果表明，从发电机母线出发的路径总数多达数千条，线路条数远大于最短路径。因此，本专利技术所提出的基于最短路径的参数分配方法在计算复杂度上远低于传统的GSM。此外，基于最短路径的参数分配方法还为后期进一步的系统分析和扰动抑制提供了研究，说明了所提方法的有效性，取得了很好的使用效果。附图说明图1为本专利技术的程序设计示意图；图2为本专利技术的发电机母线上的频率增量的变化曲线图。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，下面将参照本说明书附图对本专利技术作进一步的详细描述。实施例1：如附图1-2所示，一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法，所述方法步骤为：一、假设系统中有N台发电机，待分配的发电机的惯性常数为M,将M平均分配到各最短路径，其表达式为：其中，Mi为第i台发电机的角动量；二、对分配得到的惯性常数，每条最短路径再使用高度连续和光滑的Gauss函数对分配所得的参数进行分配，分配的表达式为：其中：xi表示第i条线路上的一个空间点，M0为Gauss函数在其中心点处(母线位置)的最大值；三、根据连续体处理前后的惯性与原母线上集中分布的惯性相等，可得：四、得到所有的路径和对应的阻抗值后，通过两次排序就可以得到扰动源到各发电机母线的最短路径。下面再详细说明本专利技术的设计思路如下：在对链式电力系统进行分析时需先作如下基本假定：1)发电机转速ω趋近同步转速ωs；2)忽略发电机钉子绕组的电磁暂态过程；3)发电机内阻抗极小，可以认为发电机内电势的相角和其机端母线电压的相角近似相等；4)所有母线的电压有效值均相等，且设其标幺值为1.0；5)系统中每一条母线上都接有发电机和负荷，输入发电机的机械功率和母线上负荷的功率均保持恒定不变。6)输电线路的电阻远小于电抗。即R＜＜X。7)扰动引起母线的相角偏差Δθ的绝对值较小，即存在|Δθ|＜＜1，故sinΔθ≈Δθ和cosΔθ≈1。传统分析认为各发电机之间存在一定的距离，即定义发电机为空间中的离散点。设第i台发电机的角动量为Mi，阻尼系数为di，加速功率为P∑i，则可以得到在考虑发电机阻尼情况下，链式系统中第i台发电机转子的摇摆方程表达式为：在实际电力系统中，发电机离散地分布于系统中不同的位置。传统研究电力系统机电动态的方法中一般将输电线路使用集中参数表示，未能包含空间信息，即仅已知线路的电气参数而线路长度未知。然而，连续体模型从机电波传播角度把发电机惯性在空间进连续化处理，即将空间中离散分布的发电机、负荷等集中分布参数通过连续化处理。由于在连续化处理过程中尽可能地将传统模型中网架结构的拓扑关系进行体现，使得连续体模型更逼近真实的电力系统。当链式系统单位长度上发电机数量大幅度增加时，相邻发电机之间的距离将趋近与零，原来在发电机处存在的离散参数将通过数学上连续的密度函数加以表示，使用密度函数形式表示的摇摆方程为：若忽略机电波传播过程中的衰减因素，以及坐标x处注入网络的功率，即令d＝0、g＝0、pm＝0，则公式(2)可变为经典波动方程：相对角速度ω、功率p与电压相角θ的关系为：将上式带入到经典波动方程中得到近似描述机电波传播的基本方程为：...

【技术保护点】
1.一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法，其特征在于：所述方法步骤为：一、假设系统中有N台发电机，待分配的发电机的惯性常数为M,将M平均分配到各最短路径，其表达式为：

【技术特征摘要】
1.一种基于连续体模型的电力系统频率动态分析方法，其特征在于：所述方法步骤为：一、假设系统中有N台发电机，待分配的发电机的惯性常数为M,将M平均分配到各最短路径，其表达式为：其中，Mi为第i台发电机的角动量；二、对分配得到的惯性常数，每条最短路径再使用高度连续和光滑的Gauss函数对分...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕乾勇，马晓红，张迅，毛先胤，黄欢，牛唯，杨柳青，田承越，赵超，李欣，欧阳泽宇，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52