本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法。
背景技术：
电力系统的安全稳定运行与否直接影响到社会经济的发展，实际中电力系统不可避免地遭受各种扰动。若不能够判断出扰动后系统的暂态稳定性以及识别扰动的类型，及时采取相应措施进行处理，恢复正常供电，故障范围可能会扩大，进而引发电力系统大事故的产生。更严重的情况下造成系统振荡甚至解列，将产生不可估量的经济损失和难以预测的社会影响。动态安全分析中事故扫描的主要功能是对大量预想事故进行初步筛选并进行排序，得到有害事故，排除无害事故，有针对性地对事故进行分析，进而有效减少预想事故需要进行详细分析的数量。故障筛选和排序的方法有很多种，通常使用的方法是通过快速计算能够反映出事故对系统所造成的严重程度的指标，如发电机临界功率和临界切除时间等，通过单一性能指标对系统暂态稳定性进行判断有失准确性，因此，如何准确判断扰动后系统的暂态稳定性，在保证快速性的同时，提高事故扫描的准确性成为了研究的重点问题
综上所述，现有技术存在的问题是：目前时域仿真法能适应各种复杂的模型，但是其缺点是计算量大，速度慢。由于计算机技术发展的限制，并且并行计算方法尚不能达到在线计算的要求。而势能边界面的方法(pebs)作为直接法的一种，该方法存在一定的局限性，结果的准确性还有待提高。性能指标法是通过快速计算能够反映出事故对系统所造成的严重程度的指标，如发电机临界功率和临界切除时间等，但是通过单一的性能指标对系统暂态稳定性进行判断有失准确性。尽管目前故障筛选和排序的方法有很多种，但是都不能很好的满足系统暂态分析中对扰动类型快速、准确筛选的要求。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法。
本发明是这样实现的，一种基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法，所述基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法包括以下步骤：
步骤一，根据同类型不同扰动量各区域波动范围和持续时间判断是否影响系统的暂态稳定；
步骤二，根据不同扰动类型相同扰动量各区域波动范围和持续时间判断是否影响系统的暂态稳定；
步骤三，根据有害与无害扰动的轨迹特征根各区域波动范围和持续时间判断是否影响系统的暂态稳定。
进一步，根据轨迹特征根波动情况建立四个区域作为系统稳定性的判断依据。具体包括：
区域ⅰ为无规律跳变区域：该区域的轨迹特征根变化无规律可循；区域ⅱ为准连续性波动区域：该区域的轨迹特征根具有一定的连续性，同时也有断点出现；区域ⅲ为连续性波动区域：该区域的轨迹特征根具有连续波动性；区域ⅳ为新稳态波动区域：该区域的轨迹特征根反应了系统进入新稳态以后的特征根波动情况。
进一步，同种类型不同扰动量对轨迹特征根的影响程度各不相同，尤其是轨迹特征根的波动范围有明显差别。本发明考虑了同种类型不同扰动量情况下轨迹特征根的波动范围的明显差别，根据四个区域作为同种类型不同扰动量情况下系统稳定性的判断依据。具体而言，所述步骤一具体包括：
系统稳态运行到1s时5号母线负荷减少20％和80％，扰动时间持续0.2s，两种扰动下的轨迹特征根在1.2s同时进入区域ⅰ，前者在区域ⅰ持续时间为4s，轨迹特征根波动范围[-10～6.2]，后者在区域ⅰ持续时间为8.5s，轨迹特征根波动范围[-14.2～17.8]；同种扰动类型不同扰动量，扰动发生后系统轨迹特征根首先进入区域ⅰ，随后根据扰动情况的不同依次进入区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ，随着扰动量的增大，系统轨迹特征根在区域ⅰ、区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ的波动范围增大，持续时间变长。
进一步，不同种类型同扰动量的情况下，轨迹特征根的波动范围有明显差别，轨迹特征根的波动收敛时间不同。本发明考虑了不同种类型同扰动量的情况下轨迹特征根的波动范围和收敛时间的明显差别，根据四个区域作为不同种类型同扰动量的情况下系统稳定性的判断依据。具体而言，所述步骤二具体包括：
系统稳态运行到1s时6号母线负荷增加20％、扰动时间持续0.2s和系统稳态运行到1s时6号母线发生三相短路故障、扰动时间持续0.2s，两种扰动下的轨迹特征根在1.2s同时进入区域ⅰ，前者在区域ⅰ持续时间为4.2s，轨迹特征根波动范围[-10～4.8]，后者在区域ⅰ持续时间为11.8s，轨迹特征根波动范围[-33～22.7]，明显可以发现两者在区域ⅰ就表现出不同的波动特性；随后轨迹特征根进入区域ⅱ，前者在5.4s时进入，持续时间为7.5s，后者进入区域ⅱ的时间为13s，持续时间为7.8s，轨迹特征根波动范围[-12～6.3]，两者在区域ⅱ的进入时间，持续时间和波动范围差别很大；两者进入区域ⅲ时，前者进入时间为12.9s，持续时间为1.4s，轨迹特征根波动范围[-2.2～-1.8]，后者进入时间为20.8s，持续时间为2.3s，轨迹特征根波动范围[-2.09～-1.92]，同样表现出了不同的波动特性；两者进入区域ⅳ时，前者进入时间不同，最终的轨迹特征根波动范围都是[-2.04～-1.98]；不同扰动类型相同扰动量的情况下，扰动发生后系统轨迹特征根首先进入区域ⅰ，随后根据扰动情况的不同依次进入区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ。
进一步，有害与无害扰动的情况下，轨迹特征根的波动范围差别明显，轨迹特征根的波动收敛时间不同，无害故障情况下，系统最终能恢复到稳态运行；有害故障下，系统处于暂态不稳定运行状态。本发明考虑了有害与无害扰动的情况下轨迹特征根的波动范围和收敛时间的明显差别，根据四个区域作为有害与无害扰动的情况下系统稳定性的判断依据。具体而言，所述步骤三具体包括：
系统稳定运行到1s时，6号母线发生三相短路故障，持续时间分别为0.1s和0.5s。6号母线上持续时间0.1s的三相短路故障为无害故障，6号母线上持续时间0.5s的三相短路故障为有害故障。无害故障发生后，系统轨迹特征根在1.2s时进入区域ⅰ，持续时间为10.2s，轨迹特征根波动范围[-27～19.5]；随后轨迹特征根进入区域ⅱ，进入时间为11.4s，持续时间为6.4s，轨迹特征根波动范围[-11～5]；进入区域ⅲ的时间为17.8s，持续时间为2.8s，轨迹特征根波动范围[-2.07～-1.93]；最终进入区域ⅳ，系统恢复稳态运行，轨迹特征根波动范围[-2.04～-1.98]与系统稳态运行时轨迹特征根的波动情况相同。
本发明的优点及积极效果为：本发明通过分析发现扰动的大小和类型对轨迹特征根的影响程度各不相同，尤其是轨迹特征根的波动范围有明显差别。有害扰动和无害扰动作用下系统轨迹特征根波动特性之间的差别尤为显著。本发明建立在扰动后轨迹特征根这个多变量作用的输出结果上，避免由于将单一变量作为判据基础出现的偶然性和模糊性；并且本发明在扰动类型识别时间为系统遭受扰动以后的第一个摇摆周期，因此在时间上满足了系统暂态分析中扰动类型快速筛选的要求。本发明能有效避免时域仿真法速度慢和性能指标法中基于单一的性能指标对系统暂态稳定性进行判断的偶然性和模糊性。通过算例进行验证，结果表明，预想扰动设置的类型与扰动识别区识别的结果相一致，论证了这种方法够有效满足系统暂态分析中对扰动类型快速、准确筛选的要求，适用于电力规划和运行调度的离线暂态稳定性分析，可以为系统的设计、运行方式的制定提供重要的理论依据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法的同类型扰动不同扰动量的轨迹特征根曲线对比分析图a；
图3是本发明实施例提供的基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法的同类型扰动不同扰动量的轨迹特征根曲线对比分析图b；
图4是本发明实施例提供的基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法的不同扰动类型相同扰动量的轨迹特征根曲线对比分析图c；
图5是本发明实施例提供的基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法的不同扰动类型相同扰动量的轨迹特征根曲线对比分析图d；
图6是本发明实施例提供的基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法的有害与无害扰动的轨迹特征根曲线对比分析图e；
图7是本发明实施例提供的基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法的有害与无害扰动的轨迹特征根曲线对比分析图f。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于扰动后系统轨迹特征根的暂态稳定性判断方法包括以下步骤：
s101，根据同类型扰动各区域波动范围和持续时间判断是否影响系统的暂态稳定；
s102，根据不同扰动类型相同扰动量各区域波动范围和持续时间判断是否影响系统的暂态稳定；
s103，根据有害与无害扰动的轨迹特征根各区域波动范围和持续时间判断是否影响系统的暂态稳定。
在s101中，以系统稳态运行到1s时5号母线负荷减少20％和80％，扰动时间持续0.2s为例，对比分析同种扰动类型不同扰动量情况下系统轨迹特征根曲线波动情况。如图2和图3所示。
对比两种扰动情况下的轨迹特征根曲线可以发现，两种扰动下的轨迹特征根在1.2s同时进入区域ⅰ，前者在区域ⅰ持续时间为4s，轨迹特征根波动范围[-10～6.2]，后者在区域ⅰ持续时间为8.5s，轨迹特征根波动范围[-14.2～17.8]，明显可以发现两者在区域ⅰ就表现出不同的波动特性；随后轨迹特征根进入区域ⅱ，前者在5.2s时进入，持续时间为5.1s，后者进入区域ⅱ的时间为9.7s，持续时间为10.5s，轨迹特征根波动范围[-4.3～5.5]，两者在区域ⅱ的进入时间，持续时间和波动范围差别很大；两者进入区域ⅲ时，前者进入时间为10.3s，持续时间为3.6s，轨迹特征根波动范围[-2.1～-1.94]，后者进入时间为20.2s，持续时间为1.6s，轨迹特征根波动范围[-2.2～-1.9]，同样表现出了不同的波动特性；两者进入区域ⅳ时，前者进入时间不同，最终的轨迹特征根波动范围都是[-2.04～-1.98]。如表1所示。
通过对比分析可以发现，同种扰动类型不同扰动量的情况下，扰动发生后系统轨迹特征根首先进入区域ⅰ，随后根据扰动情况的不同依次进入区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ，随着扰动量的增大，系统轨迹特征根在区域ⅰ、区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ的波动范围增大，持续时间变长。当扰动不影响系统的暂态稳定时，系统恢复到稳态运行以后，轨迹特征根的波动情况和稳态运行时的波动情况相同。
在s102中，系统稳态运行到1s时6号母线负荷增加20％、扰动时间持续0.2s和系统稳态运行到1s时6号母线发生三相短路故障、扰动时间持续0.2s为例，对比分析不同扰动类型相同扰动大小情况下系统轨迹特征根曲线波动情况。如图4图5所示。
对比两种扰动情况下的轨迹特征根曲线可以发现，两种扰动下的轨迹特征根在1.2s同时进入区域ⅰ，前者在区域ⅰ持续时间为4.2s，轨迹特征根波动范围[-10～4.8]，后者在区域ⅰ持续时间为11.8s，轨迹特征根波动范围[-33～22.7]，明显可以发现两者在区域ⅰ就表现出不同的波动特性；随后轨迹特征根进入区域ⅱ，前者在5.4s时进入，持续时间为7.5s，后者进入区域ⅱ的时间为13s，持续时间为7.8s，轨迹特征根波动范围[-12～6.3]，两者在区域ⅱ的进入时间，持续时间和波动范围差别很大；两者进入区域ⅲ时，前者进入时间为12.9s，持续时间为1.4s，轨迹特征根波动范围[-2.2～-1.8]，后者进入时间为20.8s，持续时间为2.3s，轨迹特征根波动范围[-2.09～-1.92]，同样表现出了不同的波动特性；两者进入区域ⅳ时，前者进入时间不同，最终的轨迹特征根波动范围都是[-2.04～-1.98]。如表2所示。
通过对比分析可以发现，不同扰动类型相同扰动量的情况下，扰动发生后系统轨迹特征根首先进入区域ⅰ，随后根据扰动情况的不同依次进入区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ。由于三相短路故障对系统的危害程度远高于负荷扰动，因此相同扰动时间的前提下，三相短路后系统轨迹特征根的波动程度更为剧烈。所以随着扰动类型对系统危害程度的增大，系统轨迹特征根在区域ⅰ、区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ的波动范围增大，持续时间变长。当扰动不影响系统的暂态稳定时，系统恢复到稳态运行以后，轨迹特征根的波动情况和稳态运行时的波动情况相同。
在s103中，以系统稳定运行到1s时，6号母线发生三相短路故障，持续时间分别为0.1s和0.5s，其中通过预想事故仿真分析可知6号母线上持续时间为0.1s的三相短路故障为无害故障，不影响系统的暂态稳定性，6号母线上持续时间为0.5s的三相短路故障为有害故障，影响系统的暂态稳定性。如图6图7所示。
无害故障发生后，系统轨迹特征根在1.2s时进入区域ⅰ，持续时间为10.2s，轨迹特征根波动范围[-27～19.5]；随后轨迹特征根进入区域ⅱ，进入时间为11.4s，持续时间为6.4s，轨迹特征根波动范围[-11～5]；进入区域ⅲ的时间为17.8s，持续时间为2.8s，轨迹特征根波动范围[-2.07～-1.93]；最终进入区域ⅳ，系统恢复稳态运行，轨迹特征根波动范围[-2.04～-1.98]与系统稳态运行时轨迹特征根的波动情况相同。然而，有害故障发生以后，系统轨迹特征根在1.2s时进入区域ⅰ以后，一直处于该区域内波动，没有区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ，此时的系统处于暂态不稳定运行状态。如表3所示。
综上所述：系统暂态稳定与扰动的大小和类型有直接的关系，通过对比不同扰动情况下的特征根轨迹可以发现，扰动发生以后特征根轨迹首先进入区域ⅰ，随后根据扰动情况的不同依次进入区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ，随着扰动的增大，区域ⅰ、区域ⅱ、区域ⅲ和区域ⅳ的波动范围增大，持续时间更长，当扰动增大到能够使得系统不稳定，成为对系统有害的故障时，特征根轨迹只有区域ⅰ，则系统在遭受扰动以后不能够稳定运行。根据这个规律，可以准确判断系统在遭受扰动以后的暂态稳定性。通过这种方法判定系统遭受预想事故的暂态稳定性虽然耗时较长，但是准确性较传统单一变量判断系统暂态稳定性有很大的提高，然而在快速性上不能满足在线评估对时间的要求，适用于电力规划和运行调度的离线暂态稳定性分析。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。