【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于惯量评估领域。
技术介绍
1、在寻求电网脱碳的过程中，可再生能源日益普及，这给现代电力系统的安全可靠运行带来了重大挑战；其中最严重的威胁是系统惯性降低带来的威胁；由于这些担忧，系统操作员必须监测和确定接近实时的系统惯性，以便提供适当的预防性补救措施；本文基于时域矢量拟合技术，开发了一种新的面向测量的方法，用于从环境数据和瞬态响应中估计惯性常数；在一个简化的系统频响模型中，通过蒙特卡罗分析研究了各种参数对所提方法效率的影响；在ieee9总线测试系统中进行了仿真，比较了广泛采用的基于armax的方法的性能。
2、惯性估计方法的发展已成为一个极具科学兴趣的领域；这些大致可以分为两大类：基于模型的方法和基于测量的方法；在基于模型的方法中，惯性估计的执行如下:首先，开发一个系统的等效模型的结构。惯性常数是使用系统测量来识别该模型的一个参数；然而，由于更新大规模网络模型的计算负担，这种方法可能并不总是适合于实时应用；另一方面，相量测量单元(pmu)的广泛使用产生了基于测量的方法，即数据驱动的方法，具有相当大的在线应用潜力；在这些方法中，惯性常数是通过使用摆动方程和系统测量来推导的；目前，在线惯性估计主要是通过自回归移动平均(armax)建模来建立输入-输出传递函数模型；这些模型的输入是有源功率响应，而频率响应是输出；最终，通过计算这些模型的脉冲响应或单位阶跃响应的初始斜率来估计系统惯性；然而，armax建模可能导致传递函数不稳定，导致惯性评估不准确。
技术实现思路
1
2、在下面这部分，将讨论有关惯性估计的基础知识，为本说明书的其余部分奠定基础；分别介绍转子方程，利用测量确定惯性常数,基于脉冲响应计算惯量和基于节约响应计算惯量这四部分。
3、当考虑较小的频率变化的，同步发电机(sg)转子转动方程可表示为：
4、
5、式中，h和d分别为sg的惯性常数和阻尼系数。δpm和δpe分别为机械能和功率的变化量，δω为同步转速与实际转速之差。
6、为简化并仅关注功率变化，可假设扰动后δpm＝0，δω可近似为sg连接母线处的频率偏差δf，即δω≈δf。可将上述公式简化为：
7、
8、写为拉普拉斯形式为：
9、
10、通过开发低阶输入-输出传递函数模型，可以从测量中识别惯性常数；这些模型的输入是有功功率变化δpe，输出是频率偏差δf；已开发的传递函数模型一般具有以下一般形式：
11、
12、式中，分子和分母是模型参数的集合，即θ＝[βn-1,βn-2,...,β0,αn,αn-1,...,α0]，本文将采用td-vf法对其进行估计。
13、传递函数g(s)包含惯性常数h，但不是作为显式参数；为了识别h，需要对g(s)参数进行后处理分析；这种后处理分析包括g(s)的脉冲或阶跃响应[的计算。
14、考虑上述的传递函数模型，相应的响应单位脉冲响应r(t)如下:
15、
16、在t＝0发生扰动时，脉冲响r(0)应如下：
17、
18、如上式所示，惯性常数h与r(0)有直接关系；实际上，通过计算t＝0时的单位脉冲响应，可以很容易地确定惯性常数；通常，所计算得出的传递函数不具有(3)的简单形式，而是具有(4)的一般形式；尽管如此，惯性响应始终是最快的动态现象，确定了所得到的单位脉冲响应第一个值；因此，惯性常数可以通过计算t＝0时g(s)的gim(0)的单位脉冲响应来近似；具体来说，考虑脉冲响应的惯性常数是用下式来估计的。
19、
20、估计惯性常数的另一种方法是计算已识别传递函数模型的单位阶跃响应的斜率；通过(3)的传递函数模型，(3)在时域中的单位阶跃响应由下式表述：
21、
22、单位阶跃响应的斜率为：
23、
24、当t＝0时，单位阶跃响应的斜率为：
25、
26、如(10)所示，惯性常数h与t＝0时单位阶跃响应的斜率值之间存在明显的关系。
27、一般情况下，计算出的传递函数模型更为复杂，具有g(s)的一般形式；然而，如上所述，当发生故障的时候，惯性响应是最快的；因此，可以假设它决定了单位阶跃响应的初始斜率；因此，惯性常数可以通过计算t＝0时g(s)的gst(t)的单位阶跃响应的斜率来近似；在这种方法中，考虑阶跃响应的惯性常数通过使用以下公式来估计：
28、
29、td-vf算法基于已建立的标准vf算法的时域公式；相反，td-vf不是在频域提供传递函数的有理近似，而是直接从td响应中导出有理近似；本文采用td-vf估计惯性常数；更具体地说，传递函数g(s)，由一个具有未知极点pn和残差rn的有理函数近似
30、
31、此方法不是直接解决(12)的非线性问题，而是在最小二乘法优化的基础上使用了两阶段的解决方案。
32、第一阶段为极点的重新定位，对已知(初始估计)的极点qn和未知残差kn的权函数σ(s)进行计算：
33、
34、上式满足以下条件：
35、
36、拉普拉斯逆变换后，联立(13)和(14)得到td-vf成立条件：
37、
38、式中，和δfn(t)是通过卷积积分推导出的：
39、
40、公式(15)是基于采集的数据用最小二乘法进行运算的；因此，计算系数cn和权函数kn的残差不需要进一步计算处理；td-vf运用公式(15)意味着极点pn与zn必须消去，这可以由计算的kn得到；通过改进的集合可以用新的极点替换估计的极点(极点重新定位)来实现，直到达到期望的收敛。
41、第二阶段为残差的计算；一旦确定pn，残差rn可以通过求解以下最小二乘问题来计算：
42、
43、式中，的计算公式为(16)所示，需使用所得的极点pn而不是初始的qn。
44、一旦估计出g(s)，系统惯量即可分别通过(7)或(11)的脉冲或阶跃响应来确定。
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1.一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数，其特征在于，所述时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数计算方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，在环境条件下使用，其中环境响应通过引入高斯白噪声失真的信号模拟，信噪比(SNR)为40dB，通过低通滤波器(LPF)截止频率为5Hz。
3.根据权利要求2所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，在考虑大扰动的情况下进行评估，其中系统负载的阶跃响应为0.1/单位(p.u.)。
4.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，在规定范围内随机改变系统参数进行仿真，包括HSYS、dg、dh、ds。
5.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，通过TD-VF计算系统惯性常数，其中输入和输出信号分别以10、50、100和1000sps采样。
6.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，在瞬态响应方面表现出高性能，通过验证
7.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，进一步包括通过截止频率为5Hz的低通滤波器(LPF)处理引入高斯白噪声失真的信号，以产生环境响应。
8.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，其中TD-VF算法使用绝对预测误差度量来调整系统参数，以提高系统惯性估计的准确性。
9.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，其中TD-VF算法在计算系统惯性时考虑系统的时间变化性，以适应多机电厂系统在长时间运行中的动态性。
...【技术特征摘要】
1.一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数，其特征在于，所述时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数计算方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，在环境条件下使用，其中环境响应通过引入高斯白噪声失真的信号模拟，信噪比(snr)为40db，通过低通滤波器(lpf)截止频率为5hz。
3.根据权利要求2所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，在考虑大扰动的情况下进行评估，其中系统负载的阶跃响应为0.1/单位(p.u.)。
4.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，在规定范围内随机改变系统参数进行仿真，包括hsys、dg、dh、ds。
5.根据权利要求1所述的一种时域矢量拟合计算电网惯量的惯性常数方法，其特征在于，通过td-vf计算系统惯性常数，其中输入...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟伟麟，邵宪龙，刘牧阳，陈俊儒，毋根柱，陈杰，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：
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