用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法及系统与流程

本发明属于电力系统控制运行，具体涉及一种用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法及系统。

背景技术：

1、能源危机使得人们对新能源的研究和利用越来越重视，而新能源发电(风力发电、光伏发电等)是利用新能源的主要途径。中国的新能源发电比例正逐渐提高，并将继续提高。大规模新能源发电替代传统同步发电机组，使得系统转动惯量降低，系统对频率的暂态支撑能力变弱，频率越限风险增加。此外，随着特高压直流输电工程数量和容量的逐年增加，制约电力系统频率稳定的主要故障成为特高压直流闭锁故障，系统频率稳定水平主要取决于系统的等效转动惯量：等效转动惯量越大，则系统频率稳定水平越高。

2、为了提升系统的安全稳定运行水平，并对系统进行风险预警和运行指导，有必要对系统的等效转动惯量进行监视。而随着新能源对传统同步发电机组的取代，以及新能源发电机组采用虚拟同步控制对系统提供惯量支撑，系统内转动惯量的不均匀分布特性越来越明显，使得传统的通过简单加和方式的转动惯量监视系统误差极大，无法满足系统运行要求，而目前国内外尚未有考虑分布特性的系统转动惯量监视方案。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法及系统，本发明旨在实现节点的最小等效转动惯量以及节点处注入扰动功率后电力系统内的给定区域的区域等效转动惯量的监测，可用于电网的运行控制，为系统的频率安全稳定特性提供更精准的监测效果，本发明简便易行，具有较高的工程适用性，能够有效保障电网的安全、稳定运行。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，包括：

4、s101，监测电力系统中发电机组的运行信息，基于发电机组的运行信息生成发电机导纳矩阵和机端电压向量；

5、s102，监测电力系统中的节点信息，根据监测的节点信息及节点导纳矩阵，根据发电机导纳矩阵修正节点导纳矩阵生成修正后的节点导纳矩阵，根据节点功率和电压生成负荷导纳矩阵，根据发电机导纳矩阵结合节点网络关联矩阵生成发电机-节点关联导纳矩阵；

6、s103，针对给定的扰动注入节点集合d，分别为扰动注入节点集合d中的各个节点处注入的扰动功率δp，并根据修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵计算该节点的扰动功率分布系数向量；

7、s104，根据扰动注入节点集合d中所有的节点扰动功率分布系数向量获取节点的最小等效转动惯量以及节点处注入扰动功率后电力系统内的给定区域的区域等效转动惯量。

8、可选地，步骤s101中生成发电机导纳矩阵和机端电压向量的函数表达式为：

9、

10、ugen＝[ug1ug2…gg]1×g，

11、上式中，ygen为发电机导纳矩阵，x′d1～x′dg分别为电力系统中第1～g台发电机组的次暂态电抗，g为发电机数量，ugen为机端电压向量，ug1～ugg分别为电力系统中第1～g台发电机组的机端电压。

12、可选地，步骤s102中根据发电机导纳矩阵修正节点导纳矩阵生成修正后的节点导纳矩阵的函数表达式为：

13、

14、上式中，yn′et为修正后的节点导纳矩阵，ynet为发电机组的节点导纳矩阵，ygen为发电机导纳矩阵，n为节点数量。

15、可选地，步骤s102中根据节点功率和电压生成负荷导纳矩阵的函数表达式为：

16、

17、上式中，ylpq为负荷导纳矩阵，p1～pn分别为第1～n个节点的有功功率，j为虚数单位，q1～qn分别为第1～n个节点的无功功率，u1～un分别为第1～n个节点的电压，n为节点数量。

18、可选地，步骤s102中根据发电机导纳矩阵结合节点网络关联矩阵生成发电机-节点关联导纳矩阵的函数表达式为：

19、ygn＝ygen·a，

20、上式中，ygn为发电机-节点关联导纳矩阵，ygen为发电机导纳矩阵，a为节点网络关联矩阵，且有：

21、

22、上式中，g为发电机数量，n为节点数量。

23、可选地，步骤s103中根据修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵计算该节点的扰动功率分布系数向量的函数表达式为：

24、

25、上式中，kpdfj表示任意第j个节点的扰动功率分布系数向量，ugen为机端电压向量，ygn为发电机-节点关联导纳矩阵，y′net为修正后的节点导纳矩阵，ylpq为负荷导纳矩阵，δp为第j个节点处注入的扰动功率，δin为扰动电流向量。

26、可选地，所述扰动电流向量的函数表达式为：

27、

28、上式中，δp为第j个节点处注入的扰动功率，uj为第j个节点的电压。

29、可选地，步骤s104中根据扰动注入节点集合d中所有的节点扰动功率分布系数向量获取节点的最小等效转动惯量以及节点处注入扰动功率后电力系统内的给定区域的区域等效转动惯量时，节点的最小等效转动惯量的计算函数表达式为：

30、

31、上式中，jeq-min表示节点的最小等效转动惯量，max表示取最大值，kpdfi为第i个节点的扰动功率分布系数向量，ji为第i台发电机的转动惯量，i＝1,2,…g，g为发电机数量；

32、扰动注入节点集合d的区域等效转动惯量的计算函数表达式为：

33、

34、上式中，jeq-zone为区域等效转动惯量，z为第j个节点处注入扰动功率后电力系统内的给定区域。

35、此外，本发明还提供一种用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法。

36、此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行所述用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法。

37、和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：本发明用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法通过基于系统内发电机信息和网络信息的扰动功率分布系数，可以计算得出针对每个功率扰动节点的系统等效转动惯量，可用于实际电网的控制运行，为系统的频率安全稳定特性提供更精准的监测效果，且本发明简便易行，具有较高的工程适用性，可以有效保障电网的安全、稳定运行。

技术特征：

1.一种用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，其特征在于，步骤s101中生成发电机导纳矩阵和机端电压向量的函数表达式为：

3.根据权利要求1所述的用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，其特征在于，步骤s102中根据发电机导纳矩阵修正节点导纳矩阵生成修正后的节点导纳矩阵的函数表达式为：

4.根据权利要求1所述的用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，其特征在于，步骤s102中根据节点功率和电压生成负荷导纳矩阵的函数表达式为：

5.根据权利要求1所述的用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，其特征在于，步骤s102中根据发电机导纳矩阵结合节点网络关联矩阵生成发电机-节点关联导纳矩阵的函数表达式为：

6.根据权利要求1所述的用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，其特征在于，步骤s103中根据修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵计算该节点的扰动功率分布系数向量的函数表达式为：

7.根据权利要求6所述的用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，其特征在于，所述扰动电流向量的函数表达式为：

8.根据权利要求1所述的用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法，其特征在于，步骤s104中根据扰动注入节点集合d中所有的节点扰动功率分布系数向量获取节点的最小等效转动惯量以及节点处注入扰动功率后电力系统内的给定区域的区域等效转动惯量时，节点的最小等效转动惯量的计算函数表达式为：

9.一种用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测系统，包括相互连接的微处理器和存储器，其特征在于，所述微处理器被编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行权利要求1～8中任意一项所述用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法。

技术总结
本发明公开了一种用于含新能源电力系统的转动惯量在线监测方法及系统，本发明包括基于发电机组的运行信息生成发电机导纳矩阵和机端电压向量；生成修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵以及发电机‑节点关联导纳矩阵；针对给定的扰动注入节点集合D，分别为扰动注入节点集合D中的各个节点处注入的扰动功率ΔP，并根据修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机‑节点关联导纳矩阵计算该节点的扰动功率分布系数向量，并获取节点的最小等效转动惯量以及区域等效转动惯量。本发明旨在实现节点的最小等效转动惯量以及节点处注入扰动功率后电力系统内的给定区域的区域等效转动惯量的准确监测，以用于保障电网的安全、稳定运行。

技术研发人员：吴晋波,姜新凡,刘永刚,尹伟辰,胡迪军,刘力,张佳楠,龙高翔,王一东,石辉,张泰磊,龚禹生,呙虎,洪权,李理,肖遥遥,刘智仁,肖潇,李辉,欧阳帆,严亚兵,许立强,余斌,丁禹
受保护的技术使用者：国网湖南省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6