一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法技术方案

本发明专利技术公开一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，属于电力电子化电力系统稳定性分析领域，步骤是：首先选取系统的运行状态参数作为随机变量，然后测量得到系统在不同参数下的阻抗，并将其分成若干子频率区间，分别求取每个区间的振荡阻尼，再计算每个运行状态变量与阻尼的copula熵，并对运行状态变量进行排序，选出振荡的关键影响因素。当系统发生振荡时，利用系统中各母线的振荡数据计算copula传递熵，构建振荡传播的有向加权网络，并计算网络中每个节点的入度和出度，分析每个节点在振荡传播过程中所起的作用。此种振荡分析方法在系统模型未知的情况下，仅靠量测数据，就能选取振荡的关键影响因素，并分析其传播路径。传播路径。传播路径。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法


[0001]本专利技术属于电力电子化电力系统稳定性分析领域，特别涉及一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法。

技术介绍

[0002]在“双碳”的大背景下，我国新能源革命进一步发展，新能源发电逐渐成为能源需求的主要来源。同时，大量柔性直流和柔性交流输电工程的建设使电力系统“源—网—荷”各个部分的电力电子化程度逐年提高。然而，电力电子化电力系统中的多时间尺度控制系统与电网中的设备相互作用，会导致系统宽频带内的振荡不稳定性。在过去几年里已经有了大量相关的振荡事件，其中振荡频率从几赫兹到数百赫兹不等。由于这些事故严重威胁了电网的安全稳定运行，因此研究电力电子化电力系统的稳定性具有重要意义。
[0003]阻抗分析法具有明确的物理意义，是应用最广泛、最有效的稳定性分析方法。阻抗分析法通过阻抗测量的方法获取系统的小信号阻抗频率特性，再通过Nyquist判据、范数判据、Bode图判据和阻抗行列式零点判据等稳定性判据对系统的小干扰稳定性进行研究。然而，阻抗分析法不考虑系统模型，把系统当做“黑匣子”来进行研究，这就难以分析引起振荡的关键影响因素。另外，阻抗分析法难以对振荡传播的具体路径进行分析。因此，亟需研究一种基于量测数据的电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，一方面对不同运行状态下的振荡阻尼数据进行相关性分析，从而选取振荡的关键影响因素；另一方面对不同节点的振荡信号数据进行因果性分析，从而分析振荡的传播路径。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的，在于提供一种基于量测数据的电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，此种振荡分析方法解决了阻抗分析法难以分析系统内在的振荡影响因素和振荡传播特性的问题，在电力电子化电力系统的振荡分析问题方面具有良好的适用性。
[0005]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，选取系统的风电出力、负荷大小、控制环节参数来反映系统运行状态，将这些物理量作为一组高维的随机变量，并对其进行归一化处理；步骤2，改变上述物理量，通过阻抗测量的方法得到系统在不同运行状态下的阻抗频率特性；步骤3，将阻抗频率特性分成若干子频率区间，分别求取每个区间的阻抗行列式零点，获取系统的振荡模态，并得到其阻尼；步骤4，在每个子频率区间内，以不同运行状态下得到的振荡阻尼作为一组随机变量，分别计算每个运行状态变量与振荡阻尼变量的copula熵，根据copula熵的大小对运行状态变量排序，选出每个子频率区间内振荡的关键影响因素；
步骤5，当系统发生振荡时，通过测量得到系统中M条母线的功率或电流振荡数据，计算不同母线间振荡的copula传递熵；步骤6，以电网中的母线为网络节点，母线间的连接关系为网络的边，计算得到的不同母线之间的copula传递熵为边权，构建振荡传播的有向加权网络；步骤7，为网络的边权设置阈值TH，边权大于阈值的边保留，小于阈值的边删除，从而对网络进行修正，得到更加精确的振荡传播网络；步骤8，计算网络中每个节点的入度和出度，分析每个节点在振荡传播过程中所起的作用。
[0006]上述步骤1中，选取运行状态随机变量并归一化的方法是：S1.1：对于风电并网系统，能够表征系统运行状态并可能引起振荡的因素包括风电的出力、负荷的大小、机侧控制器PI参数、网侧控制器PI参数和锁相环PI参数，共n项参数，改变这些参数的大小，生成N阶运行状态随机变量矩阵：数，改变这些参数的大小，生成N阶运行状态随机变量矩阵：
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(1)其中，P
W
为风机出力，P
L
为负荷容量，k
ptm
为机侧控制器外环比例系数，k
itm
为机侧控制器外环积分系数，k
pim
机侧控制器内环比例系数，k
iim
为机侧控制器内环积分系数，k
pvg
网侧控制器外环比例系数，k
ivg
为网侧控制器外环积分系数，k
pig
网侧控制器内环比例系数，k
iig
为网侧控制器内环积分系数，k
p
锁相环比例系数，k
i
为锁相环积分系数；S1.2：为了对随机变量进行相关性分析，对上述矩阵中的每一列进行归一化处理；归一化的方法由下式给出：
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(2)其中，X
ij
是第i行第j列元素，是第i行第j列元素的归一化值， X
jmin
是第j列元素X
j
的最小值，X
jmax
是第j列元素X
j
的最大值。
[0007]上述步骤2中，获取阻抗频率特性的方法是：S2.1：在所关注的节点处分别独立注入指定频率的d轴和q轴电压扰动；S2.2：通过测量得到两组电压电流响应信号，利用其变化量计算得到系统阻抗特性矩阵，计算公式如下：
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(3)其中，是系统的阻抗特性矩阵，为阻抗的d
‑
d轴分量，为阻抗的d
‑
q轴分量，为阻抗的q
‑
d轴分量，为阻抗的q
‑
q轴分量 ；为单独注入d轴扰动时的d轴、q轴电压扰动响应，为单独注入d轴扰动时的d轴、q轴电流扰动响应，为单独注入q轴扰动时的d轴、q轴电压扰动响应，为单独注入q轴扰动时的d轴、q轴电流扰动响应；S2.3：计算阻抗特性矩阵的行列式零点，用于求取振荡模态，阻抗行列式由下式给出：
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)S2.4：改变注入扰动的频率，获取全频段的阻抗特性。
[0008]上述步骤3中，划分子频率区间并求取振荡模态的方法是：S3.1：用线性等宽或对数等宽的方式划分m个子频率区间；S3.2：在一个子频率区间[f
Lk
, f
Uk
]内，其中，f
Lk
为第k个子频率区间的频率下限，f
Uk
为第k个子频率区间的频率上限，采用曲线拟合的方法得到阻抗行列式频率响应特性，即H(s)，可表示为： (5)其中，为分母、分子的一阶系数；求解上式的零点即可得到系统在该子频率区间内的振荡模态，并得到其阻尼；S3.3：对N种运行状态下得到的阻尼进行归一化，得到该子频率区间内的一组阻尼随机变量：
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(6)上述步骤4中，计算copula熵并进行相关性排序的方法是：S4.1：采用基于Kendallτ相关系数的参数估计方法对copula函数进行参数估计，根据copula函数的参数得到copula密度函数；S4.2：根据下式计算得到copula熵：
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(7)其中，为第j列运行状态变量的归一化值，为第k个子频率区间的阻尼变量的归一化值，为第i个运行状态下第j个运行状态变量的归一化值，为第i个运行状态
下第k个自频率区间的阻尼变量的归一化值，共有N个运行状态；S4.3：分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，选取系统的风电出力、负荷大小、控制环节参数来反映系统运行状态，将这些物理量作为一组高维的随机变量，并对其进行归一化处理；步骤2，改变上述物理量，通过阻抗测量的方法得到系统在不同运行状态下的阻抗频率特性；步骤3，将阻抗频率特性分成若干子频率区间，分别求取每个区间的阻抗行列式零点，获取系统的振荡模态，并得到其阻尼；步骤4，在每个子频率区间内，以不同运行状态下得到的振荡阻尼作为一组随机变量，分别计算每个运行状态变量与振荡阻尼变量的copula熵，根据copula熵的大小对运行状态变量排序，选出每个子频率区间内振荡的关键影响因素；步骤5，当系统发生振荡时，通过测量得到系统中M条母线的功率或电流振荡数据，计算不同母线间振荡的copula传递熵；步骤6，以电网中的母线为网络节点，母线间的连接关系为网络的边，计算得到的不同母线之间的copula传递熵为边权，构建振荡传播的有向加权网络；步骤7，为网络的边权设置阈值TH，边权大于阈值的边保留，小于阈值的边删除，从而对网络进行修正，得到更加精确的振荡传播网络；步骤8，计算网络中每个节点的入度和出度，分析每个节点在振荡传播过程中所起的作用。2.如权利要求1所述的一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，其特征在于：所述步骤1中，选取运行状态随机变量并归一化的方法是：S1.1：对于风电并网系统，能够表征系统运行状态并可能引起振荡的因素包括风电的出力、负荷的大小、机侧控制器PI参数、网侧控制器PI参数和锁相环PI参数，共n项参数，改变这些参数的大小，生成N阶运行状态随机变量矩阵：变这些参数的大小，生成N阶运行状态随机变量矩阵：
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(1)其中，P
W
为风机出力，P
L
为负荷容量，k
ptm
为机侧控制器外环比例系数，k
itm
为机侧控制器外环积分系数，k
pim
机侧控制器内环比例系数，k
iim
为机侧控制器内环积分系数，k
pvg
网侧控制器外环比例系数，k
ivg
为网侧控制器外环积分系数，k
pig
网侧控制器内环比例系数，k
iig
为网侧控制器内环积分系数，k
p
锁相环比例系数，k
i
为锁相环积分系数；S1.2：为了对随机变量进行相关性分析，对上述矩阵中的每一列进行归一化处理；归一
化的方法由下式给出：
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(2)其中，X
ij
是第i行第j列元素，是第i行第j列元素的归一化值， X
jmin
是第j列元素X
j
的最小值，X
jmax
是第j列元素X
j
的最大值。3.如权利要求2所述的一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，其特征在于：所述步骤2中，获取阻抗频率特性的方法是：S2.1：在所关注的节点处分别独立注入指定频率的d轴和q轴电压扰动；S2.2：通过测量得到两组电压电流响应信号，利用其变化量计算得到系统阻抗特性矩阵，计算公式如下：
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(3)其中，是系统的阻抗特性矩阵，为阻抗的d
‑
d轴分量，为阻抗的d
‑
q轴分量，为阻抗的q
‑
d轴分量，为阻抗的q
‑
q轴分量 ；为单独注入d轴扰动时的d轴、q轴电压扰动响应，为单独注入d轴扰动时的d轴、q轴电流扰动响应，为单独注入q轴扰动时的d轴、q轴电压扰动响应，为单独注入q轴扰动时的d轴、q轴电流扰动响应；S2.3：计算阻抗特性矩阵的行列式零点，用于求取振荡模态，阻抗行列式由下式给出：
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(4)S2.4：改变注入扰动的频率，获取全频段的阻抗特性。4.如权利要求3所述的一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，其特征在于：所述步骤3中，划分子频率区间并求取振荡模态的方法是：S3.1：用线性等宽或对数等宽的方式划分m个子频率区间；S3.2：在一个子频率区间[f
Lk
, f
Uk
]内，其中，f
Lk
为第k个子频率区间的频率下限，f
Uk
为第k个子频率区间的频率上限，采用曲线拟合的方法得到阻抗行列式频率响应特性，即H(s)，可表示为：(5)其中，为分母、分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯双，杨浩，雷家兴，汤奕，周吉，钱俊良，郝珊珊，
申请(专利权)人：东南大学溧阳研究院，
类型：发明
国别省市：