一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法及装置。本发明专利技术的关键发电机组确定方法包括：由广域同步相量测量单元获取电力系统中扰动后的负荷节点的电压、电流、有功数据，计算负荷等值阻抗；由能量管理系统获取电力系统的网架结构和各元件电气参数数据，并将负荷等值阻抗并入节点导纳矩阵中，形成基础节点导纳矩阵和基础节点阻抗矩阵；对基础节点阻抗矩阵进行改进，形成改进的基础节点阻抗矩阵；基于改进的基础节点阻抗矩阵，从可恢复性的角度，建立用于评估发电机组关键程度的指标，并对指标进行排序，确定关键发电机组；增发关键发电机组的无功出力，提升系统暂态电压的稳定性。态电压的稳定性。态电压的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法及装置


[0001]本专利技术涉及电力系统运行控制领域，具体地说是一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法及装置。

技术介绍

[0002]伴随我国跨区远距离直流输电规模的快速持续增长，风电、光伏等新能源的迅猛发展，我国电源电网格局发生重大变化，电网安全运行及可再生能源大规模消纳都面临全新挑战。一方面，我国电力系统“强直弱交”特征突出，随着以风、光新能源为代表的直流电源的大规模投产使电网动态电压稳定问题日益突出，电网稳定范畴进一步拓展，电力电子化特征凸显，电网调压能力不断下降，使得受端动态系统备用无功电源减小，同时受制于新能源出力的随机性、波动性和其与常规发电机组的频率、电压等方面调节特性的区别，电压支持能力也不断下降；另一方面，馈入的直流功率相当于替换了相等容量的同步发电机，使得转动惯量大幅度减小，抗干扰能力减弱。同时，在大扰动后低电压情况下，直流换流器与感应电动机的动态响应特性都将消耗大量无功功率，系统无功功率不足情况严重，从而导致系统的暂态电压稳定问题突出，系统在受扰后容易发生暂态电压失稳问题。
[0003]在电力系统拓扑结构方面，经学者研究发现中国北方电网和东部电网都具有明显的小世界网络特征，其特点在于具有较大的聚类系数和较小的平均距离，这些特点对于故障的传播起到推波助澜的作用。电气介数指标值较大的节点与线路对于系统稳定性更加重要，从暂态电压稳定研究的角度，需要定位系统中的关键发电机组以更有效地提升系统暂态电压稳定性。
[0004]因此，亟需一种从扰动后电力系统可恢复性的角度来确定关键发电机组的方法及装置，以实现系统暂态电压稳定性的提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法及装置，以解决如何确定电力系统扰动后恢复过程增发无功选择的节点的问题。
[0006]为解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法，其步骤如下：
[0007]步骤1：由广域同步相量测量单元(PMU)获取电力系统受到扰动后各负荷节点的电压、电流、有功功率及无功功率，计算负荷等值阻抗；
[0008]步骤2：由能量管理系统(EMS)获取电力系统的网架结构和各元件电气参数数据，并将负荷等值阻抗并入节点导纳矩阵中，形成基础节点导纳矩阵和基础节点阻抗矩阵；
[0009]步骤3：对基础节点阻抗矩阵进行改进，形成改进的基础节点阻抗矩阵；
[0010]步骤4：基于改进的基础节点阻抗矩阵，从可恢复性的角度建立用于评估发电机组关键程度的指标，并对指标进行排序，确定关键发电机组；
[0011]步骤5：增发关键发电机组的无功功率，提升电力系统的稳定性。
[0012]进一步地，所述步骤1中，负荷等值阻抗的计算公式如下：
[0013][0014]式中，Z
L
表示负荷等值阻抗，R
L
表示负荷等值电阻，X
L
表示负荷等值电抗，P
L
表示负荷有功功率，Q
L
表示负荷无功功率，U
L
表示负荷电压幅值，*表示共轭。
[0015]进一步地，所述步骤2中，电力系统的节点导纳方程为：
[0016][0017]其中，下标L、N、G分别对应电网负荷节点、联络节点和发电机组节点(即发电机组所在的节点，一个发电机组节点为一组发电机组)；分别表示相应节点的电压相量；分别为相应节点的注入电流相量，其中为第i节点的负荷等值阻抗相量，为第i节点的负荷电压相量；Y表示导纳；
[0018]令表示第i节点的负荷导纳相量，将之并入节点导纳矩阵，则式(2)变为：
[0019][0020]其中，式(3)左端的3*3矩阵为含负荷的基础节点导纳矩阵，Y
′
LL
的非对角元素和式(2)中的Y
LL
相同，Y
′
LL
表示含负荷等值阻抗的节点负荷导纳；对角元素计及负荷作用修正为：
[0021](Y
′
LL
)
ii
＝(Y
LL
)
ii
+Y
Li
ꢀꢀꢀ
4)
[0022]将式(3)中的基础节点导纳矩阵求逆，得到如下的基础节点阻抗方程：
[0023][0024]其中，前m个节点为发电机组节点，第(m+1)个节点至第n个节点为联络节点与负荷节点；表示第m节点的电压相量；表示第m节点的注入电流相量。
[0025]进一步地，所述步骤3中，对基础节点阻抗矩阵进行改进，形成改进的基础节点阻抗矩阵；
[0026]对于式(5)中的发电机组注入电流相量由电工学基础知识可知，为如下形式：
[0027][0028]其中，X
d
″
和X
T
分别为发电机组次暂态电抗和发电机组所连变压器参数，E
q
″
表示发电机组次暂态电动势；
[0029]进一步将式(5)改为：
[0030][0031]在式(7)的基础上，将发电机组及变压器阻抗并入至节点阻抗矩阵中，则有：
[0032][0033]将式(8)以相量形式表示如下：
[0034][0035]其中，元素Z
i
′
即代表发电机组对于电力系统各节点电压的影响。
[0036]进一步地，所述步骤4中，基于式(9)中的Z
i
′
构建发电机组关键程度的指标如下：
[0037]F
i
＝mean(Z
i
′
) (10)
[0038]其中，mean(Z
i
′
)表示对列向量Z
i
′
中的所有元素求均值；F
i
用于评估第i组发电机组对于整个电力系统电压的影响，对所有发电机组计算F
i
指标，并进行排序，指标F
i
越大，则表明该发电机组重要程度越高，将其作为控制目标，使维持电力系统稳定所需的控制代价最小。
[0039]为解决上述问题，根据本专利技术的另一个方面，提供一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定装置，其包括：
[0040]负荷等值阻抗计算单元：由广域同步相量测量单元获取电力系统受到扰动后各负荷节点的电压、电流、有功功率及无功功率，计算负荷等值阻抗；
[0041]矩阵获取单元：由能量管理系统获取电力系统的网架结构和各元件电气参数数据，并将负荷等值阻抗并入节点导纳矩阵中，形成基础节点导纳矩阵和基础节点阻抗矩阵；
[0042]矩阵改进单元：对基础节点阻抗矩阵进行改进，形成改进的基础节点阻抗矩阵；
[0043]关键发电机组确定单元：基于改进的基础节点阻抗矩阵，从可恢复性的角度建立用于评估发电机组关键程度的指标，并对指标进行排序本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法，其特征在于，包括：步骤1：由广域同步相量测量单元获取电力系统受到扰动后各负荷节点的电压、电流、有功功率及无功功率，计算负荷等值阻抗；步骤2：由能量管理系统获取电力系统的网架结构和各元件电气参数数据，并将负荷等值阻抗并入节点导纳矩阵中，形成基础节点导纳矩阵和基础节点阻抗矩阵；步骤3：对基础节点阻抗矩阵进行改进，形成改进的基础节点阻抗矩阵；步骤4：基于改进的基础节点阻抗矩阵，从可恢复性的角度建立用于评估发电机组关键程度的指标，并对指标进行排序，确定关键发电机组；步骤5：增发关键发电机组的无功功率，提升电力系统的稳定性。2.根据权利要求1所述的扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法，其特征在于，所述步骤1中，负荷等值阻抗的计算公式如下：式中，Z
L
表示负荷等值阻抗，R
L
表示负荷等值电阻，X
L
表示负荷等值电抗，P
L
表示负荷有功功率，Q
L
表示负荷无功功率，U
L
表示负荷电压幅值，*表示共轭。3.根据权利要求1所述的扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法，其特征在于，所述步骤2中，电力系统的节点导纳方程为：其中，下标L、N、G分别对应电网负荷节点、联络节点和发电机组节点；其中，下标L、N、G分别对应电网负荷节点、联络节点和发电机组节点；分别表示相应节点的电压相量；分别为相应节点的注入电流相量，其中分别为相应节点的注入电流相量，其中为第i节点的负荷等值阻抗相量，表示第i节点的负荷电压相量；Y表示导纳；令令表示第i节点的负荷导纳相量，将之并入节点导纳矩阵，则式(2)变为：其中，式(3)左端的3*3矩阵为含负荷的基础节点导纳矩阵，Y
L
′
L
表示包含负荷等值阻抗的节点负荷导纳，其非对角元素和式(2)中的Y
LL
相同对角元素计及负荷作用修正为：(Y
L
′
L
)
ii
＝(Y
LL
)
ii
+Y
Li (4)将式(3)中的基础节点导纳矩阵求逆，得到如下的基础节点阻抗方程：
其中，前m个节点为发电机组节点，第(m+1)个节点至第n个节点为联络节点与负荷节点；表示第m节点的电压相量；表示第m节点的注入电流相量。4.根据权利要求3所述的扰动后电力系统恢复关键发电机组确定方法，其特征在于，所述步骤3中，对基础节点阻抗矩阵进行改进，形成改进的基础节点阻抗矩阵；对于式(5)中的发电机组注入电流相量由电工学基础知识可知，为如下形式：其中，X
d
″
和X
T
分别为发电机组次暂态电抗和发电机组所连变压器参数，E
q
″
表示发电机组次暂态电动势；进一步将式(5)改为：在式(7)的基础上，将发电机组及变压器阻抗并入至节点阻抗矩阵中，则有：
将式(8)以相量形式表示如下：其中，元素Z
i
′
即代表发电机组对于电力系统各节点电压的影响。5.根据权利要求4所述的扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定方法，其特征在于，所述步骤4中，基于式(9)中的Z
i
′
构建发电机组关键程度的指标如下：F
i
＝mean(Z
i
′
) (10)其中，mean(Z
i
′
)表示对列向量Z
i
′
中的所有元素求均值；F
i
用于评估第i组发电机组对于整个电力系统电压的影响，对所有发电机组计算F
i
指标，并进行排序，指标F
i
越大，则表明该发电机组重要程度越高，将其作为控制目标，使维持电力系统稳定所需的控制代价最小。6.一种扰动后电力系统恢复的关键发电机组确定装置，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博雄，张建承，熊鸿韬，华文，楼伯良，杨滢，王龙飞，林进钿，卢嘉华，王子龙，胡明康，汪宗恒，何吉祥，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：