新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法及系统，首先，分别根据各感应电动机特征值距离和感应电动机端口电压动态相似性进行分群，根据两种分群结果的交集获得感应电动机群的初步分群数目及分群结果；其次，分析同群内感应电动机近区新能源的运行状态，若有部分新能源进入低电压穿越状态，以感应电动机端口电压跌落深度作为进一步分群标准，结合初步分群结果确定最终的分群结果；最后，采用容量加权法对分在同群内的感应电动机各参数进行聚合。本发明专利技术提出的感应电动机等值建模方法，与现有仅考虑感应电动机特征值距离分群方法相比，具有更高的等值精度；同时适应于高比例新能源电力系统中感应电动机的动态等值。的动态等值。的动态等值。

【技术实现步骤摘要】
新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统建模领域，具体涉及一种新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法，还涉及一种新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模系统。

技术介绍

[0002]电力系统分析与控制主要依赖于仿真计算，而仿真计算的精度取决于所用模型。负荷是影响电力系统动态特性的关键设备之一，准确的负荷模型是电力系统仿真分析的基础。电力负荷中感应电动机负荷用电量占比60％以上，在工业负荷中的占比甚至达到了90％以上，因此感应电动机等值建模是电力系统建模的重要内容。当前随着新能源的持续并网，负荷特性已发生显著变化，现有的负荷模型已不适应现代电力系统仿真分析的需求，亟需研究新的建模手段和方法。
[0003]目前，传统电网中感应电动机的等值建模方法已较为成熟。随着新能源并网比例和规模的不断增加，由于新能源机组的控制存在限幅、切换等本质非线性环节，其运行状态的切换将影响近区感应电动机的动态特性，因此当感应电动机近区有大量新能源机组时，需考虑新能源与感应电动机的动态交互作用，提高感应电动机等值建模的精度。目前在对感应电动机等值建模时，还未见文献研究新能源对感应电动机动态等值的影响报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的：在于提供一种新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法及系统，在现有感应电动机基于小扰动相似性等值建模的基础上，提出兼顾机端电压动态相似性的等值建模分群方法；同时，针对高比例新能源电力系统，提出进一步考虑感应电动机机端电压跌落深度的动态分群方法，本专利技术具有较高的等值精度，且适应性强。
[0005]为实现以上功能，本专利技术设计一种新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法，执行如下步骤S1
‑
步骤S5，对各感应电动机分群，并对同机群内的感应电动机进行参数聚合，获得等值感应电动机的模型参数：
[0006]步骤S1：建立各台感应电动机的动态模型并将其线性化，基于线性化的感应电动机动态模型，计算各感应电动机的特征值，构建各感应电动机之间的特征值距离，根据特征值距离对感应电动机进行分群；
[0007]步骤S2：根据预设种类扰动下各感应电动机端口电压受扰轨迹，构建感应电动机受扰后电压波动相似性距离，根据电压波动相似性距离对各感应电动机进行分群；
[0008]步骤S3：根据步骤S1、步骤S2分别获得的各感应电动机分群结果的交集，将各感应电动机的分群结果的各交集分别分为同一机群，将其他各感应电动机分别分为同一机群，获得各感应电动机的初步分群数目及分群结果；
[0009]步骤S4：分别针对步骤S3所获得的各机群，根据同机群内各感应电动机近区新能源机组的运行特性，判断各新能源机组中是否有其中一部分进入低压穿越状态，若是，则分别根据各机群中各感应电动机端口电压跌落深度进行进一步分群，否则维持各感应电动机
的初步分群数目及分群结果不变；
[0010]步骤S5：分别针对步骤S4所获得的各机群，采用容量加权法对同一机群内的感应电动机进行参数聚合，获得各等值感应电动机的模型参数。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S1的具体步骤如下：
[0012]步骤S11：建立感应电动机动态模型如下式：
[0013][0014]式中，E
m
和δ分别为感应电动机内电势的幅值和角度；U和θ分别为感应电动机端口电压的幅值和角度；s为滑差；ω为转子角速度；X为定子电抗，X
′
为暂态电抗；T
′
d0
表示转子绕组时间常数；T
m
表示机械转矩，f0＝50Hz，ω
s
表示定子角速度，T
j
为转子惯性时间常数；
[0015]步骤S12：将感应电动机动态模型线性化为下式：
[0016][0017]式中，X＝[E
m
，δ，s]T
为感应电动机状态变量列向量，A为系数矩阵；
[0018]步骤S13：定义感应电动机之间的特征值距离d
E
如下式，根据特征值距离对各感应电动机进行分群，将特征值距离高于预设阈值的各感应电动机分为同一机群，将特征值距离不高于预设阈值的各感应电动机分为另一机群：
[0019][0020][0021]式中，i和j分别表示第i台和第j台感应电动机；λ
li
表示感应电动机i的第l个特征值，λ
lj
表示感应电动机j的第l个特征值，n为感应电动机总数；
[0022]步骤S14：定义两感应电动机机群分别为C
eqm
、C
eqn
，采用最短距离法计算感应电动机群C
eqm
和感应电动机群C
eqn
之间的最近两点的距离，计算方法如下式：
[0023][0024]式中，D
L
(C
eqm
，C
eqn
)表示感应电动机群C
eqm
和C
eqn
之间的最近两点的距离。
[0025]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S2的具体步骤如下：
[0026]步骤S21：感应电动机受扰后节点k的电压表示为下式：
[0027][0028]式中，和分别为节点k电压的稳定值和波动值；
[0029]步骤S22：构建感应电动机受扰后电压波动相似性距离如下式：
[0030][0031]式中，为节点h电压的波动值，K表示仿真时长内的总点数；
[0032]步骤S23：根据步骤S22所获得的电压波动相似性距离，采用类平均法对各感应电动机进行分群，将电压波动相似性距离高于预设阈值的各感应电动机分为同一机群，将电压波动相似性距离不高于预设阈值的各感应电动机分为另一机群，具体如下式：
[0033][0034]式中，D
V
(C
eqm
，C
eqn
)表示感应电动机群C
eqm
和C
eqn
间电压波动相似性距离，M和N分别表示感应电动机群C
eqm
和C
eqn
中感应电动机的台数。
[0035]作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤S3的各感应电动机的初步分群方法如下：
[0036]基于步骤S1的分群方法，获得m个感应电动机群，基于步骤S2的分群方法，获得n个感应电动机群，从步骤S1所分的m个感应电动机群中的第1个机群开始，将该机群内各感应电动机逐个与步骤S2所分的第1个至第n个感应电动机群中的各感应电动机进行比较，将步骤S1、步骤S2所分的感应电动机群中相同的感应电动机分在同一机群，不同的感应电动机则各自分在另一机群中；再从步骤S1所分的m个感应电动机群中的第2个机群开始，重复上述步骤，直至步骤S1、步骤S2所分的所有感应电动机群中的各感应电动机比较完毕，获得各感应电动机的初步分群数目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法，其特征在于，执行如下步骤S1
‑
步骤S5，对各感应电动机分群，并对同机群内的感应电动机进行参数聚合，获得等值感应电动机的模型参数：步骤S1：建立各台感应电动机的动态模型并将其线性化，基于线性化的感应电动机动态模型，计算各感应电动机的特征值，构建各感应电动机之间的特征值距离，根据特征值距离对感应电动机进行分群；步骤S2：根据预设种类扰动下各感应电动机端口电压受扰轨迹，构建感应电动机受扰后电压波动相似性距离，根据电压波动相似性距离对各感应电动机进行分群；步骤S3：根据步骤S1、步骤S2分别获得的各感应电动机分群结果的交集，将各感应电动机的分群结果的各交集分别分为同一机群，将其他各感应电动机分别分为同一机群，获得各感应电动机的初步分群数目及分群结果；步骤S4：分别针对步骤S3所获得的各机群，根据同机群内各感应电动机近区新能源机组的运行特性，判断各新能源机组中是否有其中一部分进入低压穿越状态，若是，则分别根据各机群中各感应电动机端口电压跌落深度进行进一步分群，否则维持各感应电动机的初步分群数目及分群结果不变；步骤S5：分别针对步骤S4所获得的各机群，采用容量加权法对同一机群内的感应电动机进行参数聚合，获得各等值感应电动机的模型参数。2.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤如下：步骤S11：建立感应电动机动态模型如下式：式中，E
m
和δ分别为感应电动机内电势的幅值和角度；U和θ分别为感应电动机端口电压的幅值和角度；s为滑差；ω为转子角速度；X为定子电抗，X
′
为暂态电抗；T
d
′0表示转子绕组时间常数；T
m
表示机械转矩，f0＝50Hz，ω
s
表示定子角速度，T
j
为转子惯性时间常数；步骤S12：将感应电动机动态模型线性化为下式：式中，X＝[E
m
,δ,s]
T
为感应电动机状态变量列向量，A为系数矩阵；步骤S13：定义感应电动机之间的特征值距离d
E
如下式，根据特征值距离对各感应电动机进行分群，将特征值距离高于预设阈值的各感应电动机分为同一机群，将特征值距离不高于预设阈值的各感应电动机分为另一机群：
式中，i和j分别表示第i台和第j台感应电动机；λ
li
表示感应电动机i的第l个特征值，λ
lj
表示感应电动机j的第l个特征值，n为感应电动机总数；步骤S14：定义两感应电动机机群分别为C
eqm
、C
eqn
，采用最短距离法计算感应电动机群C
eqm
和感应电动机群C
eqn
之间的最近两点的距离，计算方法如下式：式中，D
L
(C
eqm
,C
eqn
)表示感应电动机群C
eqm
和C
eqn
之间的最近两点的距离。3.根据权利要求1所述的一种新能源电力系统中感应电动机的动态等值建模方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤如下：步骤S21：感应电动机受扰后节点k的电压表示为下式：式中，和分别为节点k电压的稳定值和波动值；步骤S22：构建感应电动机受扰后电压波动相似性距离如下式：式中，为节点h电压的波动值，K表示仿真时长内的总点数；步骤S23：根据步骤S22所获得的电压波动相似性距离，采用类平均法对各感应电动机进行分群，将电压波动相似性距离高于预设阈值的各感应电动机分为同一机群，将电压波动相似性距离不高于预设阈值的各感应电动机分为另一机群，具体如下式：式中，D
V
(C
eqm
,C
eq...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘学萍，陈海东，王卫康，和大壮，梁伟，孙晓荣，郭金鹏，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：