一种基于机电振荡特征提取的电力系统区域惯量评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机电振荡特征提取的电力系统区域惯量评估方法，属于电力系统稳定运行领域，本发明专利技术提出的方法通过发掘机电方程中的动态信息，建立了基于机电振荡响应惯量解析模型，并将此模型用于电力系统区域电网惯量评估。通过量测数据及振荡特征的提取能够较为准确的反映区域惯量，且对控制器等复杂模型具有较强鲁棒性。本发明专利技术所提方法对于实际具有复杂机组构成的区域电网具有较强适用性，可用于指导多区域互联的电网稳定运行。于指导多区域互联的电网稳定运行。于指导多区域互联的电网稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机电振荡特征提取的电力系统区域惯量评估方法


[0001]本专利技术涉及电力系统稳定运行领域，尤其涉及一种基于机电振荡特征提取的电力系统区域评估惯量的方法。

技术介绍

[0002]新能源并网需通过电力电子设备，致使其与电网动态过程解耦，大规模新能源并网后，电力系统的惯性水平将显著下降，惯量分布不均现象更加明显。惯量是电力系统的一种固有参量，同时也是衡量系统稳定运行的重要参数之一，实现准确评估系统惯量具有重要意义。
[0003]近年来，国内外学者针对电力系统惯量评估问题开展了大量研究。早期研究多是在大扰动事故后，利用PMU提供的暂态量测数据，通过数据处理和改进的功率扰动模型生成系统等值摇摆方程，进行系统惯量的离线评估。后续提出基于扰动信息的惯量离线评估方法。通过将系统惯性常数定义为扰动瞬间功率缺额和频率变化率(RoCoF)的比值。这些研究是以电力系统整体为对象建立惯量评估模型，将频率响应引入到区域惯量评估模型，建立基于暂态频率响应的区域电网惯量评估方法。基于系统辨识理论，辨识有功和频率之间的ARMAX模型，并进一步将其转为传递函数形式，再利用该传递函数获取两区域系统惯量，但评估结果易受辨识模型干扰。
[0004]在大规模互联电力系统中，由于系统内部结构复杂且各发电机之间相互耦合，大规模多区域电力系统的惯量评估需要采用分区评估思想，针对区域电网惯量评估的研究仍处于探索阶段。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种基于机电振荡特征提取的电力系统区域惯量评估方法，以应对电力系统中多模式耦合的机电振荡过程。
[0006]本专利技术基于摇摆方程建立机电振荡特征和惯量之间解析关系，摇摆方程如下：
[0007][0008]式中：M为发电机惯性时间常数，D为发电机阻尼系数，ΔP
e
为电磁功率变化值，ΔP
m
为机械功率变化值，Δω为发电机转速变化值，为发电机转速变化值对时间的导数。
[0009]将惯量评估问题等价转化为机电振荡特征参数提取问题。将机电振荡特征参数提取方法及构建的解析关系结合，映射至电力系统区域电网等值模型中。该解析关系表达式如下：
[0010][0011]其中，Re[λ]为振荡衰减系数，由于是映射至电力系统区域电网等值模型中，式(2)
中的M
eq
表示等值机惯性时间常数，ΔP
eq
为等值机的电磁功率变化值，Δω
eq
为等值机转速变化值，为等值机转速变化值关于时间的导数。
[0012]一种基于机电振荡特征提取的电力系统区域惯量评估方法，所述方法包括以下步骤：
[0013]步骤1、输入数据准备
[0014]基于量测到的联络线功率以及母线频率，依据公式(3)和(4)分别计算该区域等值机电磁功率和等值机转速信号；
[0015]步骤2、振荡特征提取
[0016]对等值机电磁功率进行REMD分解，提取出各振荡模式下的等值机电磁功率振荡分量(每个频率、阻尼比对应的该种工况下的功率值)，并求解各模式振荡衰减系数Re[λ]；
[0017]步骤3、区域惯量评估
[0018]以分解后的等值机电磁功率信号，等值机转速信号以及各振荡模式下振荡衰减系数Re[λ]为输入，根据公式(2)计算相应区域惯量。
[0019]对于复杂系统而言，从区域获取的等值机功率和转速信号必然含有多个振荡模式，由此在进行惯量评估时首先要通过REMD分解算法获取各模式下的功率和转速振荡分量，并以此为基础开展惯量评估，应注意分解后的振荡分量与衰减系数模式的一致性。
[0020]在上述基于机电振荡特征提取的电力系统区域惯量评估方法中，所述步骤1中计算方法如下：
[0021]区域惯量评估需要获取该区域等值机电磁功率及等值机转速信号。其中，等值机电磁功率可由该区域出口联络线断面获取，即：
[0022][0023]式中：P
eq
为等值机的电磁功率；P
tie,i
为第i条区间联络线传输功率，m为与该区域相连的全部联络线。
[0024]等值机转速由标幺值下的区域内电力系统节点频率加权平均近似求得，即：
[0025][0026]其中，Δf
i
为区域电网母线频率；χ
i
为加权系数，Δω
eq
等值机的转速变化值，N为电力系统节点数量。
[0027]所述步骤2中计算方法如下：
[0028]计算多模式耦合的等值机电磁功率信号x(t)的包络函数a(t)，根据包络函数a(t)计算均值函数m(t)；从等值机电磁功率信号x(t)中减去均值函数m(t)以得到波动算子v(t)，该波动算子即为IMF分量；将等值机电磁功率信号x(t)与提取的满足IMF分量的v(t)波动算子相减，计算出剩余分量r(t)，等值机电磁功率信号最终分解为IMF分量与趋势量的叠加：
[0029][0030]其中，v
i
(t)为第i个波动算子，r(t)为剩余分量，x(t)为等值机电磁功率信号，k为信号中本征模态分量阶数。
[0031]经过筛选后获得的IMF分量具有单一频率成分，从而可通过最小二乘拟合获取其振荡特征，包括衰减系数和振荡频率，拟合计算方法如下
[0032][0033]其中，A0和分别为初始振幅和初始相位，Re[λ]和Im[λ]分别对应振荡衰减系数和振荡频率，λ为模式特征根，y(t)为IMF分量表达式，t为时间；
[0034]将IMF分量与表达式y(t)进行逐项比对，并利用最小二乘法进行线性拟合式振荡参数求出振荡衰减系数Re[λ]。
[0035]通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：
[0036]本专利技术通过发掘机电方程中的动态信息，建立了基于机电振荡响应惯量解析模型，并将此模型用于电力系统区域电网惯量评估。通过量测数据及振荡特征的提取能够较为准确的反映区域惯量，且对控制器等复杂模型具有较强鲁棒性。本专利技术所提方法对于实际具有复杂机组构成的区域电网具有较强适用性，可用于指导多区域互联的电网稳定运行。
附图说明
[0037]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术示意性实施例及其说明用于理解本专利技术，并不构成本专利技术的不当限定，在附图中：
[0038]图1为IEEE五区域系统结构。
[0039]图2为区域1功率机电振荡响应轨迹。
[0040]图3为区域1转速机电振荡响应轨迹。
[0041]图4为基于REMD的区域惯量评估方法流程图。
具体实施方式
[0042]为使得本专利技术的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本专利技术的实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机电振荡特征提取的电力系统区域惯量评估方法，其特征在于，包括：步骤1、基于量测到的联络线功率以及母线频率，获取区域等值机电磁功率和等值机转速信号；步骤2、振荡特征提取对经步骤1获取的区域等值机电磁功率信号进行REMD分解，提取出各振荡模式下的等值机电磁功率振荡分量，并求解各振荡模式振荡衰减系数Re[λ]；步骤3、区域惯量评估以分解后的等值机电磁功率信号，等值机转速信号以及各振荡模式下振荡衰减系数Re[λ]为输入，输入到基于机电振荡响应惯量解析模型，计算相应区域惯量；所述基于机电振荡响应惯量解析模型对应的解析关系表达式如下：其中，Re[λ]为振荡衰减系数，M
eq
为等值机惯性时间常数，ΔP
eq
为等值机的电磁功率变化值，Δω
eq
为等值机转速变化值，为等值机转速变化值关于时间的导数。2.根据权利要求1所述的基于机电振荡特征提取的电力系统区域惯量评估方法，其特征在于，步骤1中，基于量测到的联络线功率以及母线频率，获取区域等值机电磁功率和等值机转速信号的过程如下：由于区域惯量评估需要获取该区域等值机电磁功率及等值机转速信号，其中，等值机电磁功率由该区域出口联络线断面获取，即：其中，P
eq
为等值机的电磁功率；P
tie,i
为第i条区间联络线传输功率，m为与该区域相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轶平，魏晓强，赫东阳，
申请(专利权)人：国网黑龙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：