基于绝对坐标系下单机能量的电力系统暂态稳定分析方法

本发明属于电网分析与控保，特别是涉及到一种基于绝对坐标系下单机能量的电力系统暂态稳定分析方法。

背景技术：

1、电力系统暂态稳定分析是研究电力系统在受到短路故障、切除线路、发电机或负荷、发电机失去励磁或冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持稳定同步运行能力的研究。在这个领域中，传统方法主要有时域仿真法、直接法和非线性动力学方法。时域仿真法是最成熟和最广泛应用的方法，它通过仿真电力系统在时间域内的响应来判断系统的稳定性。直接法则是不通过时域仿真而直接判断系统的稳定性。非线性动力学方法直接计算稳定流形来分析系统的稳定性。然而，后两种方法在实际应用中通常需要借助时域仿真进行辅助。

2、随着广域量测技术和通信技术的快速发展，一些研究者提出了基于响应的方法，该方法不依赖于离线仿真，而是仅利用系统实时响应信息来分析系统的暂态稳定性。基于响应的方法具有不依赖离线仿真、不需要预设故障场景和实时判断系统暂态稳定性的优点，目前已经发展出多种技术路线。在这些技术中都有一个难点：在运方多变场景下的局限性下，如何选择一个物理意义明确、计算简便的稳定指标以提高暂态稳定性判别的快速性和精确性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于绝对坐标系下单机能量的电力系统暂态稳定分析方法用于解决现有暂态稳定分析方法中在运方多变场景下的局限性下，很难选择一个物理意义明确、计算简便的稳定指标的技术问题。

2、基于绝对坐标系下单机能量的电力系统暂态稳定分析方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：

3、步骤一、通过量测获得发电机的相对角速度、绝对坐标系下的发电机稳态时的绝对功角、绝对坐标系下的故障切除时发电机的功角、发电机的电磁功率、发电机的机械功率；

4、步骤二、通过单机无穷大系统受扰后的暂态能量函数以及步骤一获得的各参数获得系统受扰后的暂态能量vt；

5、步骤三、通过量测获得发电机出口母线到故障点所包含的支路数、各支路相角差、各母线的有功功率；

6、步骤四、通过单机无穷大系统的稳态能量公式以及步骤一和步骤三获得的各参数获得单机无穷大系统的稳态能量vs；

7、步骤五、单机无穷大系统中发电机的能量函数v表示为：

8、

9、式中，m表示发电机的惯量；ω表示发电机的相对角速度；δ0表示发电机稳态时的绝对功角；δc表示故障切除时发电机的功角；pe(δ)表示发电机的电磁功率；pm表示发电机的机械功率；δ0表示发电机稳态时的绝对功角；n为发电机出口母线到故障点所包含的支路数；δi和δj分别为i-j支路相角差；pi(δ)为母线i的有功功率；pe表示发电机稳态下的有功功率；发电机的暂态能量由发电机故障后的轨迹决定，稳态能量由其初始的稳定状态决定；

10、通过步骤二和步骤四获得的单机无穷大系统暂态能量和单机无穷大系统的稳态能量获得单机无穷大系统中发电机的能量；

11、步骤六、对发电机不同运行方式下的临界能量特性进行解析

12、单机无穷大系统中发电机在临界状态下的能量vcr表示为：

13、

14、式中，δcr表示发电机的临界切除角，δu表示发电机转子的不稳定平衡点，pm表示发电机的机械功率，pe(δ)表示电机的电磁功率；

15、当系统发生三相短路故障时，故障期间发电机的电磁功率降至0，故障清除后的功角曲线与未受扰动时的功角曲线相同，因此发电机的电磁功率表示为：

16、

17、式中，xd表示同步电抗；e表示发电机内电势；u表示机端电压，发电机稳态时有功出力不同影响δ0的数值，认为pm恒定，因此，发电机在临界状态下的能量vcr认定为是以δ0为自变量的函数；

18、通过离线系统仿真获得单机无穷大系统中发电机在临界状态下的能量vcr；

19、步骤七、构建基于单机能量函数的发电机稳定度指标

20、在单机无穷大系统的不同运行工况下，同步发电机的临界能量认定为一恒定值，不受其初始有功出力的影响，利用这一性质，定义发电机稳定度指标(stability index，si)为：

21、

22、通过式中si的结果判别发电机是否失稳：

23、当si＞0时，则该机组受扰后的能量未超过临界能量，判定此时该机组稳定，并且si的数值越大，则其距离临界点越远，稳定程度也越高；

24、当si≤0时，则该机组受扰后的能量已超过或等于临界能量，判定为机组失稳，进行故障清除；

25、在故障清除后，重复步骤一至步骤七，重新获得si的计算结果，实现对发电机的稳定判别及稳定量化评估。

26、所述单机无穷大系统受扰后的暂态能量函数表示为：

27、

28、式中，第一项表示发电机的动能；第二项表示发电机的相对势能。

29、所述单机无穷大系统的稳态能量公式表示为：

30、

31、式中，第一项为单机无穷大系统中发电机的稳态能量；第二项为发电机出口母线到故障点的稳态支路势能。

32、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

33、本发明是考虑结合系统稳态能量和系统故障后的暂态能量，构建电力系统基于绝对坐标系下的单机能量函数，通过研究发电机能量与稳态潮流之间的关联关系，利用不同运行方式下发电机组临界能量近似为一恒值的特点，提出一种暂态稳定判别及量化评估方法，该方法简单明了，计算方便，且突破了能量函数法在运方多变场景下的局限性，通过该方法实现对电力系统暂态稳定性的准确判别。

技术特征：

1.基于绝对坐标系下单机能量的电力系统暂态稳定分析方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

2.根据权利要求1所述的基于绝对坐标系下单机能量的电力系统暂态稳定分析方法，其特征是：所述单机无穷大系统受扰后的暂态能量函数表示为：

3.根据权利要求1所述的基于绝对坐标系下单机能量的电力系统暂态稳定分析方法，其特征是：所述单机无穷大系统的稳态能量公式表示为：

技术总结
本发明公开了一种基于绝对坐标系下单机能量的电力系统暂态稳定分析方法，属于电网分析与控保技术领域，包括构建单机无穷大系统的单机能量函数，发电机不同运行方式下的临界能量特性解析以及构建基于单机能量函数的发电机稳定度指标等步骤。通过研究发电机能量与稳态潮流之间的关联关系，利用不同运行方式下发电机组临界能量近似为一恒值的特点，提出一种暂态稳定判别及量化评估方法，该方法简单明了，计算方便，且突破了能量函数法在运方多变场景下的局限性，通过该方法实现对电力系统暂态稳定性的准确判别。

技术研发人员：张艳军,蔡国伟,王湘东,刘铖,张宇驰,高凯,刘闯,李守超,安景革
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15