一种适用于电力系统低频振荡辅助决策的无功调整方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及电力系统仿真分析领域，更具体设及一种适用于电力系统低频振荡辅 助决策的无功调整方法。
【背景技术】：
[0002] 随着我国西电东送、大规模联网工程的逐步实施，互联程度的提高为解决我国能 源分布与用电需求倒置，提高电力传输效率W及经济性具有重要意义。与此同时，电网的规 模不断扩大，网络结构日趋复杂，环境和经济因素的制约使得电力系统的运行情况更加接 近极限条件。在运种情况下，大电网互联后的低频振荡问题日益突出，联络线功率发生大幅 度波动，甚至剧烈振荡的风险增加。
[0003] 为了更好地了解联网后大型电力系统低频振荡特性，并进一步采取更有效的措施 保证电力系统的稳定性，开发能够适用于离线分析和在线防控预警的低频振荡辅助决策系 统具有重要的意义。该系统应具备可靠地分析大型电力系统小干扰稳定性、并针对弱阻尼 和负阻尼振荡模式给出辅助控制决策方案的功能。
[0004] 现有的常规小干扰稳定性计算分析方法和软件已经比较成熟，并广泛应用于电力 系统的规划和运行中，主要用来分析系统可能存在的弱阻尼模式和低频振荡风险，并进一 步针对低频振荡产生的原因，研究提高系统阻尼的措施。运些措施主要是加装电力系统稳 定器PSS、静止无功补偿器SVC、可控串联补偿器TCSC及直流输电系统的附加控制系统等装 置。但从系统长远的运行来看，使用运些装置并不能充分和快速地解决小干扰稳定问题，因 为装置的执行要经过冗长的设计、制造、安装和投运过程，不能完全满足所有可能出现的问 题；而且由小干扰稳定性问题导致的系统振荡事件经常是在短期内出现，通过安装新的控 制器来减轻运一问题不是最有效的方法。 阳〇化]另外，在小干扰稳定性计算分析的基础上，通过调整系统的运行方式，包括改变发 电机有功、无功出力，增加无功补偿，改变枢纽点电压，改变联络线传输功率等，也是提高系 统阻尼抑制低频振荡的有效措施。但在具体实施过程中，运行方式的调整更多地依赖于工 程人员的经验和尝试，而没有一套系统的、针对实际电网运行状态的、可量化的调整策略， 所W对运行方式的调整也迫切需要一个有指导意义的指标。
【发明内容】
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[0006] 本发明的目的是提供一种适用于电力系统低频振荡辅助决策的无功调整方法，通 过调整机组的无功出力，提高系统阻尼，消减低频振荡风险。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案：一种适用于电力系统低频振荡辅助 决策的无功调整方法，包括：
[0008] (1)根据初步的小干扰稳定分析，获取振荡模式及机组信息；
[0009] (2)设定筛选条件，筛选低频振荡模式；
[0010] (3)对所有筛选出的所述低频振荡模式逐一构造目标函数及约束条件，并求解优 化问题；
[0011] (4)汇总无功调整的辅助决策策略表，指导电力系统规划和运行。
[0012] 所述初步的小干扰稳定分析的过程包括：
[001引 （1-1)根据给定的参数、运行条件、直流输电系统参数及无功补偿、枢纽点及平衡 点的电压和相角进行潮流计算，获得电力系统稳态平衡点；所述参数包括电网拓扑结构、线 路和变压器；所述运行条件包括发电机和负荷的运行条件；
[0014] (1-2)在所述电力系统稳态平衡点处，根据动态元件模型和参数建立状态方程，计 算线性化矩阵；
[0015] (1-3)设定特征值计算条件，对电力系统所述线性化矩阵求解特征值，并求解各特 征值对应的振荡模式的指标，包括频率、阻尼比、相关比、特征向量及参与因子，从而确定所 述振荡模式。
[0016] 所述筛选条件包括低频振荡模式的频率范围、弱阻尼和负阻尼模式的阻尼比、与 功角相关的机电振荡模式的相关比的范围、区分振荡模式中发生振荡的两组机群的特征向 量右角度指标W及参与的机组角度和参与因子的范围；
[0017] 根据所述筛选条件，对所述步骤（1)获取到的振荡模式筛选出与低频振荡有关的 弱阻尼振荡模式，并获取参与的机组信息。
[0018] 所述对所有筛选出的所述低频振荡模式逐一构造目标函数及约束条件，并求解优 化问题的过程包括：
[0019] (3-1)计算各低频振荡模式中特征值对参与机组的无功功率的灵敏度；
[0020] (3-2)根据所述灵敏度的指标计算目标函数梯度，并结合其约束条件计算低频振 荡模式中参与机组的无功调整量；
[0021] (3-3)根据所述无功调整量改变机组无功出力，计算新的运行状态下的线性化矩 阵，并重新计算各低频振荡模式的特征值及其对参与机组的无功的灵敏度；
[0022] (3-4)重新计算目标函数梯度，并判断其是否收敛，若不收敛，则返回步骤（3-3)， 反复迭代最终完成各低频振荡模式优化问题的求解。
[0023] 在所述求解优化问题的过程包括：记录所述步骤（3-3)得到的无功调整量及所述 步骤（3-4)重新计算得到的特征值和低频振荡模式的信息；最终汇总成辅助决策的策略 表。
[0024] 所述步骤（1-2)中建立状态方程的动态元件包括发电机、负荷、励磁调节器、电力 系统稳定器PSS、调速器、风电机组、光伏发电系统、直流输电系统、静止无功补偿器SVC和 可控串补装置TCSC。
[00巧]所述设定特征值计算条件包括：
[00%] 用于确定捜索特征值所在的频率段的捜索范围；
[0027]用于确定将捜索范围中的区段数目的捜索点个数；
[0028] 用于确定在复平面上每个捜索点周围由近及远捜索特征值的个数的捜索特征值 的个数；
[0029] 加速收敛参数守卫向量个数。
[0030] 构造的所述目标函数为： 阳的。minf(入i) 阳0巧其中，/化.）=严<^)，Al为筛选出的第i个低频振荡模式的特征值，Re表示特征 值实部。
[0033] 设定的所述无功约束条件为：
[0035] 式中，Q,k表示第i个低频振荡模式中第j个参与机组累计k次调整后的无功，Q,mm 表示机组j的无功下限，表示机组J的无功上限，0 1和0 2表示与机组发出无功能力 的调整因子，k表示累计无功调整次数；dQik表示机组J第k次调整的无功，dQm。、表示单步 调整量限制；Mg。。表示参与调整的机组个数，M1表示该低频振荡模式所有参与的机组个数。
[0036] 所述各低频振荡模式中特征值对参与机组的无功功率的灵敏度通过下式确定：
阳03引式中，Q。为第i个低频振荡模式中参与的第j个机组的无功功率，U和V分别表 示该低频振荡模式特征值的左、右特征向量，
为状态矩阵对Qi,的导数，A1为筛选出的 第i个低频振荡模式的特征值。
[0039] 所述灵敏度的指标计算目标函数梯度通过下式确定：
[0041] 所述计算低频振荡模式中参与机组的无功调整量的过程包括：
[0042] 通过步长因子a与各参与机组梯度分量
的乘积作为无功调整量，并结合约 束条件检查调整量是否超标，若调整量超标则修正步长因子，保证各机组的调整量不能超 出机组调节能力和速度。
[0043] 判断所述目标函数收敛时，通过调整机组无功后求得的新的灵敏度计算梯度，并 计算各参与机组梯度分量
的均方根值O<e作为判断收敛的标准，梯度均方根计算 的表达式为：
阳045] 其中Mi为第i个模式中参与的Mi台机组，e为一个小量，表示判断收敛的口槛值。
[0046] 所述辅助决策策略表的信息包括：