时变电力系统稳定性分析系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统分析和控制技术领域，特别是涉及到时变电力系统的稳定性 分析技术。
【背景技术】
[0002] 风电的发展是世界各国未来能源战略的重要组成部分，但是风机出力的波动往往 导致系统运行工况变化，这为电力系统的安全稳定与经济运行带来了巨大风险。因此，迫切 需要对含风速随机特征的时变电力系统稳定性进行深入分析。
[0003] 现有技术中，有关风电接入下电力系统的稳定性分析技术主要分为两类，一类是 基于风机自身的稳定性分析，另一类是基于电网侧单一运行工况下的稳定性分析。基于风 机自身的稳定性分析以不同风机接入下风功率变化对风机自身稳定性的影响为研宄对象， 分析不同风机的稳定性差异，然而，这类分析并未对风机接入后网侧电力系统的稳定性进 行分析。基于电网侧单一运行工况下的稳定性分析以风电接入下风功率变化时网侧电力系 统振荡模式为分析对象，分析网侧电力系统稳定性，然而，该方法仅针对电力系统的单一运 行工况进行分析，并未对风机出力波动较大导致系统运行工况发生大范围变化的情况进行 分析。因此，现有技术中，对于风电接入下电力系统的分析不全面，准确性低。
【发明内容】
[0004] 鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的困难，避免仅对风力发电机自身进行 稳定性分析，因而忽视了风力发电机接入后网侧电力系统的稳定性；也避免了以风电接入 下风功率变化时网侧电力系统振荡模式为分析目标，因此忽视了风力发电机出力波动较大 导致系统运行工况发生大范围变化的问题。为此本发明提出一种考虑风速随机特征的时变 电力系统稳定性分析系统及方法。
[0005] 本发明从电力系统实际状况出发，能够有效解决风机接入下风速随机特征导致的 电力系统时变稳定性不易判别的难题。首先利用双参数韦伯分布模型对短时间内条件风速 趋势进行拟合预测，再将风速区间化，计算各区间的条件特征风速概率密度矩阵，根据条件 特征风速确定系统的运行工况。然后，根据系统网架信息建立考虑风速随机特征的连续马 尔科夫时变电力系统模型，并降阶系统。其次，本发明构建含连续马尔科夫时变电力系统模 型的李雅普诺夫泛函，并在该泛函的弱无穷小算子中运用邓肯引理，推导满足干扰衰减度 的鲁棒随机稳定性的线性矩阵不等式，最后将稳定性问题转化为可行性问题求解系统是否 稳定。
[0006] 为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
[0007] -种时变电力系统稳定性分析系统，所述系统包括依次连接的数据采集模块，风 速拟合预测模块、时变系统建立与降阶模块、稳定判据求解模块和结果输出模块，数据采集 模块还连接至时变系统建立与降阶模块；
[0008] 所述数据采集模块用于采集风电场风速与风机出力信息、网络结构参数、系统内 发电机频率、功角，并将采集数据发送至风速拟合预测模块和时变系统建立与降阶模块；
[0009] 所述风速拟合预测模块根据数据采集模块发送的信息与风电场历史实际数据，对 短时间内条件风速趋势进行拟合预测，并将风速区间化，根据拟合模型计算各区间的条件 特征风速概率密度矩阵；
[0010] 所述时变系统建立与降阶模块将每个区间作为时变系统的一个子工况，根据风机 风速与出力对应关系以及数据采集模块的采集数据建立考虑风速随机特征的连续马尔科 夫时变电力系统模型，并对系统进行降阶；
[0011] 所述的稳定判据求解模块用于形成时变电力系统鲁棒随机稳定判据，利用线性矩 阵不等式中的可行性问题求解方法求解系统是否稳定；
[0012] 所述的结果输出模块用于输出系统稳定性判别结果。
[0013] -种时变电力系统稳定性分析方法，所述方法包括：
[0014] A、采集风电场风速与风机出力信息、网络结构参数、系统内发电机频率、功角；
[0015] B、根据采集的数据与风电场历史实际数据，对短时间内条件风速趋势进行拟合预 测，并将风速区间化，根据拟合模型计算各区间的条件特征风速概率密度矩阵；
[0016] C、将每个区间作为时变系统的一个子工况，根据风机风速与出力对应关系以及采 集的数据建立考虑风速随机特征的连续马尔科夫时变电力系统模型，并对系统进行降阶；
[0017]D、形成时变电力系统鲁棒随机稳定判据，利用线性矩阵不等式中的可行性问题求 解方法求解系统是否稳定；
[0018] E、输出时变电力系统稳定分析结果。
[0019] 步骤B中，所述的条件特征风速概率密度为某一条件特征风速下，预定时间间隔 后的风速概率密度。
[0020] 另外步骤B中，对短时间内条件风速趋势进行拟合预测，并将风速区间化，根据拟 合模型计算各区间的条件特征风速概率密度矩阵包括：
[0021] B1、利用双参数韦伯分布模型拟合时变系统各条件风速下的变化趋势；
[0022] B2、按照一定的区间长度将风速在切入风速与切出风速之间进行区间化，利用步 骤Bl中各条件风速下的拟合模型确定各区间的条件特征风速概率密度矩阵。
[0023] 其中，所述双参数韦伯分布模型为：
【主权项】
1. 一种时变电力系统稳定性分析系统，所述系统包括依次连接的数据采集模块，风速 拟合预测模块、时变系统建立与降阶模块、稳定判据求解模块和结果输出模块，数据采集模 块还连接至时变系统建立与降阶模块； 所述数据采集模块用于采集风电场风速与风机出力信息、网络结构参数、系统内发电 机频率、功角，并将采集数据发送至风速拟合预测模块和时变系统建立与降阶模块； 所述风速拟合预测模块根据数据采集模块发送的信息与风电场历史实际数据，对短时 间内条件风速趋势进行拟合预测，并将风速区间化，根据拟合模型计算各区间的条件特征 风速概率密度矩阵； 所述时变系统建立与降阶模块将每个区间作为时变系统的一个子工况，根据风机风速 与出力对应关系以及数据采集模块的采集数据建立考虑风速随机特征的连续马尔科夫时 变电力系统模型，并对系统进行降阶； 所述的稳定判据求解模块用于形成时变电力系统鲁棒随机稳定判据，利用线性矩阵不 等式中的可行性问题求解方法求解系统是否稳定； 所述的结果输出模块用于输出系统稳定性判别结果。
2. -种时变电力系统稳定性分析方法，所述方法包括： A、 采集风电场风速与风机出力信息、网络结构参数、系统内发电机频率、功角； B、 根据采集的数据与风电场历史实际数据，对短时间内条件风速趋势进行拟合预测， 并将风速区间化，根据拟合模型计算各区间的条件特征风速概率密度矩阵； C、 将每个区间作为时变系统的一个子工况，根据风机风速与出力对应关系以及采集的 数据建立考虑风速随机特征的连续马尔科夫时变电力系统模型，并对系统进行降阶； D、 形成时变电力系统鲁棒随机稳定判据，利用线性矩阵不等式中的可行性问题求解方 法求解系统是否稳定； E、 输出时变电力系统稳定分析结果。
3. 根据权利要求2中所述的时变电力系统稳定性分析方法，其特征在于，步骤B中所述 的条件特征风速概率密度为某一条件特征风速下，预定时间间隔后的风速概率密度。
4. 根据权利要求3中所述的时变电力系统稳定性分析方法，其特征在于，步骤B中对短 时间内条件风速趋势进行拟合预测，并将风速区间化，根据拟合模型计算各区间的条件特 征风速概率密度矩阵包括： B1、利用双参数韦伯分布模型拟合时变系统各条件风速下的变化趋势； B2、按照一定的区间长度将风速在切入风速与切出风速之间进行区间化，利用步骤Bl 中各条件风速下的拟合模型确定各区间的条件特征风速概率密度矩阵。
5. 根据权利要求4中所述的时变电力系统稳定性分析方法，其特征在于，所述双参数 韦伯分布模型为：
其中，Vi为当前时刻风速； Vj为条件风速； k为形状系数； C为尺度系数； g (Vi I Vp为条件风速为\时当前风速为V i的概率密度。
6. 根据权利要求2中所述的时变电力系统稳定性分析方法，其特征在于，步骤C中，根 据风机风速与出力对应关系以及采集的数据建立考虑风速随机特征的连续马尔科夫时变 电力系统模型，并对系统进行降阶包括： C1、将每个区间作为时变系统的一个子工况，根据风机风速与出力的对应关系确定各 区间特征风速对应的风机输出功率，并利用该风机输出功率以及采集的数据建立考虑风速 随机特征的连续马尔科夫时变电力系统模型； C2、在保证所关心频带输入输出特性不变的前提下对连续马尔科夫时变电力系统模型 降阶。
7. 根据权利要求2中所述的时变电力系统稳定性分析方法，其特征在于，所述风机风 速与出力对应关系为：
其中，Vcd为风机切入风速； v。。为风机切出风速； Vr为风机额定风速； PkS风机额定输出功率。
8. 根据权利要求6中所述的时变电力系统稳定性分析方法，其特征在于，步骤C2中所 述对系统进行降阶包括： C21、将系统状态方程X = AY划分为：
其中，X1= [Δ ω τ, Δ δ τ]为保留变量，Δ ω表示发电机功角转速的变化量，Δ δ表示 发电机功角变化量，&为待消去的其他变量； C22、消去X2后为（，其中I为单位阵，P为微分算 子。
9. 根据权利要求2中所述的时变电力系统稳定性分析方法，其特征在于，步骤D中，形 成时变电力系统鲁棒随机稳定判据，利用线性矩阵不等式中的可行性问题求解方法求解系 统是否稳定包括： D1、构建含连续马尔科夫时变电力系统模型的李雅普诺夫泛函，并在该泛函的弱无穷 小算子中适用邓肯引理，获得满足干扰衰减度γ的鲁棒随机稳定性的线性矩阵不等式，得 到时变电力系统鲁棒随机稳定判据； D2、利用线性矩阵不等式中的可行性问题求解方法确定系统是否稳定。
10.根据权利要求9中所述的时变电力系统稳定性分析方法，其特征在于，所述鲁棒随 机稳定性判据具体可以表示为：给定正常数γ>〇,如果存在一组正定对称矩阵PiX^i e s， 使得如下一组矩阵不等式成立：
则当u (t) = 0时，时变系统鲁棒随机稳定，且满足扰动衰减度γ，即：
【专利摘要】一种时变电力系统稳定性分析系统及方法，所述系统包括数据采集模块，风速拟合预测模块、时变系统建立与降阶模块、稳定判据求解模块和结果输出模块，数据采集模块用于采集数据；风速拟合预测模块对短时间内条件风速趋势进行拟合预测，并将风速区间化，根据拟合模型计算各区间的条件特征风速概率密度矩阵；时变系统建立与降阶模块建立考虑风速随机特征的连续马尔科夫时变电力系统模型，并对系统进行降阶；稳定判据求解模块利用线性矩阵不等式中的可行性问题求解方法求解系统是否稳定。通过本发明的时变电力系统稳定性分析系统及方法，能够有效解决风机接入下风速随机特征导致的时变电力系统稳定性不易判别的难题。
【IPC分类】H02J3-38, G06F19-00
【公开号】CN104680017
【申请号】CN201510099154
【发明人】马静, 高翔, 李益楠, 邱扬
【申请人】华北电力大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月6日