一种用于电力系统的小扰动稳定性分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于电力系统的小扰动稳定性分析方法及系统，属于电力系统稳定分析技术领域。本发明专利技术方法，包括：针对电力系统，对电力系统进行等值，确定电力系统的等值电阻，等值电容及等值电感；建立等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型；根据等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型，确定电力系统的离散时域模型的离散状态空间矩阵；求解离散状态空间矩阵，获取特征根；根据特征根确定连续状态空间矩阵的特征根，根据离散状态空间矩阵，的特征根，及连续状态空间矩阵的特征根，确定电力系统的小扰动稳定性。本发明专利技术适应性强且计算速度快等优点。且计算速度快等优点。且计算速度快等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电力系统的小扰动稳定性分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统稳定分析
，并且更具体地，涉及一种用于电力系统的小扰动稳定性分析方法及系统。

技术介绍

[0002]在“双碳”和“新型电力系统”的背景下，新能源大规模接入依然成为未来电网的必然趋势之一。为了提高效率，新能源均是通过电力电子变换器接入交流系统的。如风机通过AC/DC/AC变换器接入交流系统，光伏通过DC/AC变换器接入交流系统，储能通过DC/AC变换器接入交流系统。这些电力电子变换器均是通过控制脉冲实现电压/电流变换，呈现非连续、非线性等特征。
[0003]传统的电力系统小扰动稳定分析多建立在同步电机的基础进行分析，其模型以连续微分方程为主，所以新能源大规模接入会对传统电力系统小扰动稳定分析模型产生较大影响，特别是在新能源渗透率较高的区域，其影响不容忽视。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出了一种用于电力系统的小扰动稳定性分析方法，包括：
[0005]针对电力系统，对电力系统进行等值，确定电力系统的等值电阻，等值电容及等值电感；
[0006]建立等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型；
[0007]根据等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型，确定电力系统的离散时域模型的离散状态空间矩阵；
[0008]求解离散状态空间矩阵，获取特征根；
[0009]根据特征根确定连续状态空间矩阵的特征根，根据离散状态空间矩阵，的特征根，及连续状态空间矩阵的特征根，确定电力系统的小扰动稳定性。
[0010]可选的，电阻，电容及电感的离散时域模型，均是与可控电流源并联的形式。
[0011]可选的，等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型，具体如下：
[0012][0013][0014][0015][0016]其中，R
L
(t)为t时刻等值电感；R
C
(t)为t时刻等值电容；R
R
(t)为t时刻等值电阻；Δt为采样时间间隔；L(t)为t时刻电力系统的电感值；C(t)为t时刻电力系统的电容值；R(t)为t时刻电力系统的电阻值；his
L
(t),his
C
(t),his
R
(t)分别为t时刻并联在电感、电容、电阻的可控电流源；
[0017]v1(t),v2(t)分别为等值支路两端的电压；i
L
(t),i
C
(t)分别为t时刻流过等值电感、等值电容的电流；his
L
(t+Δt),his
C
(t+Δt),his
R
(t+Δt)分别为t+Δt时刻并联在电感、电容、电阻的可控电流源；G
L
(t)、G
C
(t)、G
R
(t)分别为t时刻等值电感、等值电容、等值电阻的导纳。
[0018]可选的，确定电力系统的离散时域模型的状态空间矩阵，具体为：
[0019]对电力系统建立节点电压方程，如下：
[0020]G
(t+Δt)
V
(t+Δt)
＝I
his(t+Δt)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0021]其中，G
(t+Δt)
为t+Δt时刻的节点导纳矩阵，V
(t+Δt)
为节点电压向量，I
his(t+Δt)
为注入的节点电流；
[0022]对电力系统的任意一个节点建立KCL方程，如下：
[0023]I
his(t+Δt)
＝L
(t+Δt)
his(t+Δt)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0024]其中，L
(t+Δt)
是电网离散时域模型在t时刻处的节点
‑
分支关联矩阵；
[0025]根据公式(5)和(6)，得到：
[0026]V
(t+Δt)
＝G
‑
1(t+Δt)
L
(t+Δt)
his(t+Δt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0027]根据公式(3)得到：
[0028]his(t+Δt)＝k
(t)
his(t)+g
(t)
V
line(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0029]其中，g
(t)
是与导纳具有相同量纲的对角阵；
[0030]根据公式(7)和(8)，确定公式如下：
[0031]his(t+Δt)＝[k
(t)
+g
(t)
L
T(t)
G
‑
1(t)
L
(t)
]his(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0032]其中，k
(t)
是t时刻电网离散时域模型的支路修正矩阵，L
(t)
是电网离散时域模型在t时刻处的节点
‑
分支关联矩阵，为L
(t)
的转置，G
(t)
是t时刻电网离散时域模型节点导纳矩阵；
[0033]根据公式(9)确定电力系统的离散时域模型的状态空间矩阵，为：
[0034]A
(t)
＝[k
(t)
+g
(t)
L
T(t)
G
‑
1(t)
L
(t)
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0035]其中，A
(t)
为t时刻电力系统的状态空间矩阵。
[0036]可选的，确定电力系统的小扰动稳定性，求取公式(10)离散时域模型的状态空间矩阵的特征根λ
iD
，根据公式(11)得到连续时域模型状态空间矩阵的特征根λ
iC
，利用李雅普诺夫准则判断系统的稳定性，所述利用李雅普诺夫准则判断系统的稳定性，具体为：
[0037]若λ
iC
实部全为负，则该系统小扰动稳定；
[0038]若λ
iC
有任意一个实部为正值，则电力系统小扰动不稳定，如果λ
iC
实部全为0，则电力系统是临界稳定；
[0039]其中，公式(11)如下：
[0040]本专利技术还提出了一种用于电力系统的小扰动稳定性分析系统，包括：
[0041]等值单元，针对电力系统，对电力系统进行等值，确定电力系统的等值电阻，等值电容及等值电感；
[0042]模型建立单元，建立等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型；
[0043]矩阵建立单元，根据等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型，确定电力系统的离散时域模型的离散状态空间矩阵；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电力系统的小扰动稳定性分析方法，所述方法包括：针对电力系统，对电力系统进行等值，确定电力系统的等值电阻，等值电容及等值电感；建立等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型；根据等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型，确定电力系统的离散时域模型的离散状态空间矩阵；求解离散状态空间矩阵，获取特征根；根据特征根确定连续状态空间矩阵的特征根，根据离散状态空间矩阵，的特征根，及连续状态空间矩阵的特征根，确定电力系统的小扰动稳定性。2.根据权利要求1所述的方法，所述电阻，电容及电感的离散时域模型，均是与可控电流源并联的形式。3.根据权利要求1所述的方法，所述等值电阻，等值电容及等值电感的离散时域模型，具体如下：具体如下：具体如下：具体如下：其中，R
L
(t)为t时刻等值电感；R
C
(t)为t时刻等值电容；R
R
(t)为t时刻等值电阻；Δt为采样时间间隔；L(t)为t时刻电力系统的电感值；C(t)为t时刻电力系统的电容值；R(t)为t时刻电力系统的电阻值；his
L
(t)，his
C
(t)，his
R
(t)分别为t时刻并联在电感、电容、电阻的可控电流源；v1(t)，v2(t)分别为等值支路两端的电压；i
L
(t)，i
C
(t)分别为t时刻流过等值电感、等值电容的电流；his
L
(t+Δt]，his
C
(t+Δt)，his
R
(t+Δt)分别为t+Δt时刻并联在电感、电容、电阻的可控电流源；G
L
(t)、G
C
(t)、G
R
(t)分别为t时刻等值电感、等值电容、等值电阻的导纳。4.根据权利要求1所述的方法，所述确定电力系统的离散时域模型的状态空间矩阵，具体为：对电力系统建立节点电压方程，如下：
G
(t+Δt)
V
(t+Δt)
＝I
his(t+Δt)
ꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，G
(t+Δt)
为t+Δt时刻的节点导纳矩阵，V
(t+Δt)
为节点电压向量，I
his(t+Δt)
为注入的节点电流；对电力系统的任意一个节点建立KCL方程，如下：I
his(t+Δt)
＝L
(t+Δt)
his(t+Δt)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，L
(t+Δt)
是电网离散时域模型在t时刻处的节点
‑
分支关联矩阵；根据公式(5)和(6)，得到：V
(t+Δt)
＝G
‑
1(t+Δt)
L
(t+Δt)
his(t+Δt)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)根据公式(3)得到：his(t+Δt)＝k
(t)
his(t)+g
(t)
V
line(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，g
(t)
是与导纳具有相同量纲的对角阵；根据公式(7)和(8)，确定公式如下：his(t+Δt)＝[k
(t)
+g
(t)
L
T(t)
G
‑
1(t)
L
(t)
]his(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(9)其中，k
(t)
是t时刻电网离散时域模型的支路修正矩阵，L
(t)
是电网离散时域模型在t时刻处的节点
‑
分支关联矩阵，为L
(t)
的转置，G
(t)
是t时刻电网离散时域模型节点导纳矩阵；根据公式(9)确定电力系统的离散时域模型的状态空间矩阵，为：A
(t)
＝[k
(t)
+g
(t)
L
T(t)
G
‑
1(t)
L
(t)
]
ꢀꢀꢀꢀ
(10)其中，A
(t)
为t时刻电力系统的状态空间矩阵。5.根据权利要求1所述的方法，所述确定电力系统的小扰动稳定性，求取公式(10)离散时域模型的状态空间矩阵的特征根λ
iD
，根据公式(11)得到连续时域模型状态空间矩阵的特征根λ
iC
，利用李雅普诺夫准则判断系统的稳定性，所述利用李雅普诺夫准则判断系统的稳定性，具体为：若λ
iC
实部全为负，则该系统小扰动稳定；若λ
iC
有任意一个实部为正值，则电力系统小扰动不稳定，如果λ
iC
实部全为0，则电力系统是临界稳定；其中，公式(11)如下：6.一种用于电力系统的小扰动稳定性分析系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙蓉，王青，朱鑫要，李文博，王大江，李铮，唐晓骏，宋云亭，霍启迪，李媛媛，李立新，陈长胜，陈湘，李惠玲，金昊，汪惟源，窦飞，程锦闽，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：