考虑电压动态特性下的同调机组判别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统的仿真，更具体地说，涉及一种考虑电压动态特性下的同调 机组判别方法。
【背景技术】
[0002] 为了提高输电的经济性和可靠性，现代电力系统越来越趋向于区域互联，系统规 模不断扩大，分析和计算电力系统暂态稳定性将耗费大量的计算时间。运用动态等值技术 能有效简化电力系统规模，减少暂态稳定性分析所需的计算机时。
[0003]目前，动态等值技术可以分为两大类：同调等值法和模式等值法。同调等值法主要 包含了同调机群判别和同调发电机聚合两个步骤，而模式等值法主要包含了模式选择、解 耦模型和等值模型的建立。
[0004] 在1978年，学者们提出了一种基于线性时域仿真的同调判别法。线性时域仿真法 和慢同调法已在EPRI动态等值程序（DYNRED)中得到应用并受到较好评价。
[0005] 由于有功功率和电压的弱耦合性，许多用于模型降阶的同调判别法都忽略了电压 变化对发电机同调性的影响。然而在电力系统故障期间，电压变化直接影响了发电机加速 功率的大小，所以电压变化是影响同调机群判别结果的一个重要因素。过去由于计算机数 据处理能力的限制，许多模型都以降低精准性为代价来提高运算速度。随着CPU计算能力 的提高，以及并行计算技术、云计算技术的发展，计算机必将能够承载并处理更加精准的电 力系统模型。为了提高等值系统的精准度，去探索一种考虑电压动态以及转子动态的双模 式同调机群判别法是一种有效途径。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于：提供一种考虑电压动态特性下的同调机组判别方法，解决发 电机的同调性受到与电压相关因素影响的问题，提高了等值系统的精准度。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了一种考虑电压动态特性下的同调机组判别方 法，其包括如下步骤：
[0008] A、选择同调分组数K
[0009] 输入电力系统拓扑模型和发电机模型，根据需求选定同调分组数K，K必须小于电 力系统中的发电机模型总数m ;
[0010] B、求取系统特征矩阵Asys
[0011] 联立全系统的网络方程和发电机双轴模型方程进行建模，得到全系统的线性化模 型，线性化模型的特征系数矩阵即为A sys。
[0012] C、利用模式分析法识别区域振荡模式和励磁相关振荡模式
[0013] 在故障期间，电力系统有着多种振荡模式，其中区域震荡模式（在一些文献中称 之为慢模式）在同调分组中起着最主要的作用，因为区域振荡模式决定了发电机转子角摇 摆的根本趋势。同时，与励磁相关的振荡模式也是决定发电机同调性的重要因素，它决定了 同调机组在摇摆过程中局部趋势的一致性。所以，在判别同调机组的过程中必须同时考虑 区域振荡模式和励磁相关振荡模式，而其他振荡模式，如局域模式（在一些文献中称之为 快模式），可以忽略。利用模式分析法对特征矩阵A sys进行计算，可以识别出该特征矩阵所 对应的电力系统的区域振荡模式和励磁相关振荡模式。
[0014] D、利用平均聚类法循环迭代直至求得性能指标J最小的最优分组结果
[0015] 本发明的方法给定一个同调发电机判据Θ ε，。如果Θ u越小，表明发电机i和 发电机j的同调性越好。同调识别过程采用平均聚类法处理，在迭代中寻找使系统性能指 标J最小的分组结果。
[0016] 作为本发明的一种改进，步骤A具体包括如下步骤：
[0017] Al、获取电力系统拓扑模型和发电机模型
[0018] 获取电力系统的发电机总数m和母线总数n，以及获取系统的网络拓扑数据和发 电机双轴模型参数；
[0019] A2、根据动态等值的规划需求确定同调分组数K，K不应该大于发电机总数m。
[0020] 作为本发明的一种改进，步骤B具体包括如下步骤：
[0021] B1、本发明的方法采用考虑了电压及转子动态的发电机双轴模型进行建模，其差 动方程如下：
[0029] (i = 1，…，m)
[0030] B2、发电机i的定子代数方程如下：
[0031] Ed" -V1Sin(Srei)-RsiI^V Iqi=O
[0032] V -V1C0S(Srei)-RsiIqi-V Idi=O
[0033] (i = 1，…，m)
[0034] B3、PjP Q 别为注入节点i的有功功率和无功功率。注入PV节点i的有功功 率和无功功率用4和I ql表示为：
[0035] PGi = V i [IdiSin ( δ「Θ J +IqiC0s ( δ「Θ 土）]
[0036] QGi = V ; [Idicos ( δ「Θ J +Iqisin ( δ「Θ 土）]
[0037] (i = 1，...，m)
[0038] B4、一般认为同一类型的扰动的大小差别不会影响发电机的同调性，因此可把式 步骤Bl至步骤B3的模型方程在某一运行点进行线性化变换，可得全系统的线性化模型如 下：
[0048] 基于上述状态空间方程可得发电机i的转子角偏差时域响应为：
[0050] 式中Ulk是矩阵A sys的第i个特征值所对应的特征向量U i的第k个元素 ，u lk描述 了振荡模式i对发电机k的作用程度。ak是待求常数，决定于系统初始运行状态和扰动的 位置及类型。
[0051] 作为本发明的一种改进，步骤C具体包括如下步骤：
[0052] C1、利用模式分析法识别区域振荡模式和励磁相关振荡模式；
[0053] C2、只考虑区域振荡模式和励磁相关振荡模式的情况下，发电机i的转子角偏差 响应如下：
[0055] 作为本发明的一种改进，步骤D具体包括如下步骤：
[0056] Dl、给定两台发电机间的同调判据
[0057] 其中 Coi= (u ^Xa1, Ui2Xa2,…，UipXap)
[0058] ω.〗=(u J1Xa1, Uj2Xa2,…，UjpXap)
[0059] 其中9 u代表了 ω ;和ω .;的矢量角。如果Θ u越小，表明发电机i和发电机j的 同调性越好。
[0060] D2、采用K平均聚类法处理，在迭代中寻找使系统性能指标J最小的分组结果，J的 定义如下
[0063] 其中K是预设的同调分组数，是式（21)中％与μ k的矢量角，Jk是第k组 同调组N1台发电机的整体性能指标。
[0064] 与现有技术相比，本发明采用发电机双轴模型，考虑了转子和电压动态的影响，结 合利用模式分析法和K平均聚类法进行机组分群，在不降低计算复杂度的前提下，采用了 更加精准的电力系统模型，为了提高等值系统的精准度。
【附图说明】
[0065] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明的结构及其有益技术效果进行详细说 明。
[0066] 图1为本发明考虑电压动态特性下的同调机组判别方法的流程框图。
[0067] 图2为本发明IEEE-300节点标准算例系统的测试结构图。
【具体实施方式】
[0068] 为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图 和【具体实施方式】，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实 施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
[0069] 请参阅图1和图2,本发明以IEEE-300节点标准算例系统为算例演示，本发明考虑 电压动态特性下的同调机组判别方法包括如下步骤：
[0070] A、选择同调分组数K
[0071] 输入电力系统拓扑模型和发电机模型，根据需求选定同调分组数为13,；
[0072] 获取相关参数的具体作法为：
[0073] AU获取电力系统拓扑模型和发电机模型
[0074] 获取电力系统的发电机总数68和母线总数300,以及获取系统的网络拓扑数据和 发电机双轴模型参数；
[0075] A2、根据动态等值的规划需求确定同调分组数为13。
[0076] B、求取系统特征矩阵Asys
[0077] 联立全系统的网络方程和发电机双轴模型方程进行建模，得到全系统的线性化模 型，线性化模型的特征系数矩阵即为A sys。
[0078] 求取系统特征矩阵Asys，具体作