用于电力系统的新能源调频系数计算方法及系统与流程

本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种用于电力系统的新能源调频系数计算方法及系统。

背景技术：

1、随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。

2、目前，环境问题越来越严重，因此新能源发电系统开始大规模并入电网并开始发电。但是，新能源发电系统的不确定性和不稳定性，给电力系统的运行带来了极大的风险。目前，电力系统的稳定性分析，需要确定新能源的调频系数，从而保证电力系统稳定性分析的可靠性。

3、但是，目前传统的电力系统新能源的调频系数计算方案，严重依赖于时域仿真以及模型线性化来建立频率稳定性的关键边界。但是，现有方案依旧存在如下问题：虽然时域仿真能提供最准确的结果，但是很难在对其在优化问题中建立详细模型；此外，模型线性化主要围绕运行点进行，但是在极端有功功率扰动期间，现有放那得到的结果与实际的频率偏差值存在较大差距。这些缺陷，使得目前的电力系统的新能源调频系数方案，可靠性较差，精确性也较差。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种可靠性高且精确性好的用于电力系统的新能源调频系数计算方法。

2、本发明的目的之二在于提供一种实现所述用于电力系统的新能源调频系数计算方法的系统。

3、本发明提供的这种用于电力系统的新能源调频系数计算方法，包括如下步骤：

4、s1.获取目标电力系统的数据信息；

5、s2.基于第一性原理和牛顿第二定律，构建目标电力系统的非线性平均模型；

6、s3.根据步骤s2构建的非线性平均模型，以最大有功功率扰动、最小系统阻尼、稳态频率极限和暂态频率极限作为关键边界，构建新能源调频数学模型；

7、s4.根据步骤s3得到的新能源调频数学模型，获取目标电力系统的稳定参数；

8、s5.根据步骤s4得到的稳定参数，构建得到目标电力系统的新能源调频系数计算模型；

9、s6.采用步骤s5得到的目标电力系统的新能源调频系数计算模型，完成目标电力系统的新能源调频系数计算。

10、步骤s2所述的基于第一性原理和牛顿第二定律，构建目标电力系统的非线性平均模型，具体包括如下步骤：

11、省略网络拓扑和电压动态后，得到如下算式：

12、

13、式中j为目标电力系统的等效惯性矩；为惯性中心角速度对时间的一阶导数；ω为惯性中心角速度；ts(t,ω)为电源的等效转矩；tl(t,ω)为负载的等效转矩；t为时间；b(t)为目标电力系统的等效阻尼系数；ωs为用于表示同步角速度的常数；

14、在以上等式的两边同时乘以ω，并采用系统基本功率sb归一化处理，得到如下非线性系统形式：

15、

16、式中为系统状态变量对时间的一阶导数；为系统状态变量；为非线性函数；为由不确定性和扰动引起的扰动项；

17、转化处理后的系统方程，得到：

18、

19、

20、

21、

22、

23、式中ps(t,ω)为电源总有功功率；pl(t,ω)为负载总有功功率；x为归一化的coi角速度，且为归一化的coi角速度对时间的一阶导数；u(t,x)为电源总有功功率；w(t,x)为负载总有功功率；d(t)为归一化阻尼系数，且m为归一化等效惯性矩，且为归一化的电源总有功功率；为归一化的负载总有功功率。

24、步骤s3所述的根据步骤s2构建的非线性平均模型，以最大有功功率扰动、最小系统阻尼、稳态频率极限和暂态频率极限作为关键边界，构建新能源调频数学模型，具体包括如下步骤：

25、设定d(t)的下界为正常数dmin；

26、和存在pb＝dminrss(1-rtr)，其中d为的可行域，为实数集，为的二范数，rtr为的暂态值的允许最大值，pb为系统最大有功功率扰动，rss为的稳态值的允许最大值；

27、对所有的和rss＜rtr，为扰动发生时刻的值，转换后的等式中的的解必须满足：

28、

29、

30、式中γ为幂指数系数，且t0为扰动发生时刻；t为暂态持续时间。

31、步骤s4所述的根据步骤s3得到的新能源调频数学模型，获取目标电力系统的稳定参数，具体包括如下步骤：

32、a.使用柯西施瓦兹不等式，证明步骤s2中的系统在的定义域上输入到状态稳定：

33、设定为连续可微的函数；

34、若能够使得下式成立：

35、

36、

37、式中α1()为第一k∞类函数；为连续可微的函数；α2()为第二k∞类函数；f(t,x,u)为连续函数；w3(x)为上的连续正定函数；ρ()为k类函数；

38、则系统是输入到状态稳定的，在t上平滑连续，在x和u上局部利普西茨连续，对于所有t≥0，输入u(t)是关于t的有界、平滑连续函数；

39、选取为系统的状态李雅普诺夫候选函数的输入，且满足在上分段连续可微、为k∞类函数和上界和下界为则时间导数表示为：

40、

41、设定采用柯西施瓦茨不等式，则有：

42、

43、式中θ为正常数，且0＜θ＜1；dmin为常数，且dmin＞0；为上的连续正定函数，且

44、由于是上的连续正定函数，ρ(||z||)是k类，因此满足了输入到状态定理的所有条件；因此，系统方程中定义的系统在d上是输入到状态稳定的；

45、b.证明是非受迫系统中，系统方程中的的指数稳定平衡点；

46、设定x＝0为方程的平衡点，为包含x＝0的定义域；设连续可微函数且满足

47、k1||x||α≤v(t,x)≤k2||x||α

48、

49、

50、则x＝0是指数稳定的；式中k1为设定的第一正常数；α为设定的第二正常数；v(t,x)为设定的连续可微函数；k2为设定的第三正常数；f(x,t)为设定的连续可微函数；k3为设定的第四正常数；

51、针对非受迫系统的情况：由李雅普诺夫函数的时间导数和命题中的假设得到：当c3＝dmin、c4＝m均为正常数时，不等关系和对所有的(t，x)∈[0，∞)×d均有效；c1为第一参数，c2为第二参数，c3为第三参数，c4为第四参数；

52、因此，非受迫系统满足定理的条件，从而得到x＝0在d上指数稳定；

53、c.证明若系统方程扰动项为状态以rss为界，且有rss＝rtrθ，则满足充分条件，系统鲁棒稳定：

54、设定x＝0为标称系统的一个指数稳定平衡点，v(t,x)为标称系统在[0，∞)×d上满足不等式c1||x||2≤v(t,x)≤c2||x||2、和的一个李雅普诺夫函数；其中，

55、设定对于所有的t≥0、x∈d和正常数θ＜1，扰动项g(t,x)满足

56、则对于所有扰动系统的解满足

57、

58、且对于有限的t，存在

59、

60、其中，k为正常数，且γ为幂指数系数，且b为正常数，且

61、针对满足x＝0在d上指数稳定的非受迫系统，当设定：

62、为方程中系统的扰动项；

63、的上界为rss，表示为b＝rss；

64、rss＝rtrθ；

65、则存在

66、

67、

68、

69、

70、式中对所有t≥0，有且0＜rss＜rtr；

71、因此，若存在有功扰动pb最大值满足上限：

72、pb＝dminrss(1-rtr)

73、则对于所有和有限的t，系统方程中的解满足

74、

75、

76、式中t0为扰动开始时刻；的最小收敛速度为

77、步骤s5所述的根据步骤s4得到的稳定参数，构建得到目标电力系统的新能源调频系数计算模型，具体包括如下步骤：

78、当有功扰动pb最大组满足上限，pb＝dminrss(1-rtr)时，结合d＝dl+∑idi+kre，则得到：

79、

80、式中kre为系统中新能源提供的阻尼；dl为系统的负荷阻尼；di为系统第i个常规机组提供的阻尼。

81、本发明还提供了一种实现所述用于电力系统的新能源调频系数计算方法的系统，包括数据获取模块、非线性模型构建模块、调频数学模型构建模块、稳定参数计算模块、调频计算模型构建模块和调频系数计算模块；数据获取模块、非线性模型构建模块、调频数学模型构建模块、稳定参数计算模块、调频计算模型构建模块和调频系数计算模块依次串接；数据获取模块用于获取目标电力系统的数据信息，并将数据信息上传非线性模型构建模块；非线性模型构建模块用于根据接收到的数据信息，基于第一性原理和牛顿第二定律，构建目标电力系统的非线性平均模型，并将数据信息上传调频数学模型构建模块；调频数学模型构建模块用于根据接收到的数据信息，根据构建的非线性平均模型，以最大有功功率扰动、最小系统阻尼、稳态频率极限和暂态频率极限作为关键边界，构建新能源调频数学模型，并将数据信息上传稳定参数计算模块；稳定参数计算模块用于根据接收到的数据信息，根据得到的新能源调频数学模型，获取目标电力系统的稳定参数，并将数据信息上传调频计算模型构建模块；调频计算模型构建模块用于根据接收到的数据信息，根据得到的稳定参数，构建得到目标电力系统的新能源调频系数计算模型，并将数据信息上传调频系数计算模块；调频系数计算模块用于根据接收到的数据信息，采用得到的目标电力系统的新能源调频系数计算模型，完成目标电力系统的新能源调频系数计算。

82、本发明公开的这种用于电力系统的新能源调频系数计算方法及系统，通过考虑系统频率边界量，从而实现了电力系统的新能源调频系数计算；因此本发明的可靠性更高，而且精确性更好。