一种基于动态阻抗的电力系统稳定特性评估方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种基于动态阻抗的电力系统稳定特性评估方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球经济的快速发展，电力网络的规模也越来越大，尤其是新技术新设备的 不断应用，使得电网各部分之间的特性越来越复杂。电力网络的安全稳定运行越来越关系 到国计民生与国家安全。随着电网规模的不断扩大，电网的动态特性越来越体现出复杂的 非线性特性，传统意义上的建模方法已经越来越难以计算出各节点之间的耦合关联程度。 在以往的系统调度运行中，工作人员往往只能通过经验判断电力网络的动态特性，对于各 部分之间的动态特性及其所起到的作用不能量化分析，近几年全球都发生了多起大停电事 故，而直到现在对于事故的成因和传播机理都没有一个明确的结论，通过分析网络的动态 特性及各部分之间的相互影响大小，可以更深入的理解电气网络自身的特性。
[0003] 众所周知，在网络分析技术中，对于一个复杂网络的分析往往是从网络结构的角 度，如度、介等指标，这些指标忽略了网络参数，与电力网络不完全相符。大量的研究表明， 在电力网络中，常常有一些节点更容易影响整个网络，或有一些节点更容易被其他节点所 影响，所以需要再考虑电气参数的基础上有针对性的对整个电力系统动态特性进行分析。
[0004] 以往的网络特性研究中，对于网络参数常常是认为其是静态参数，支路参数(R，L， C)则是元件特性的具体体现，进一步表示了源-网-荷之间的关系，而从20年前开始，就不断 的有文献利用戴维南(Thevenin's)等值方法对电力系统等值分析;但当支路参数(R，L，C) 与电量有关时，等值后的参数就是非线性参数，互相之间的关系也是非线性关系，这样的网 络就是非线性网络，所以对于电力系统中源-网-荷特性的分析，需要考虑动态支路参数影 响。
[0005] 现有的网络技术应用于电力系统分析，也主要都是从静态角度分析一个具有电气 参数特性的网络结构中，各部分之间的相互耦合联系强弱，并认为两个节点之间的相互影 响相同，但这并不完全符合电力系统实际，在实际电力系统中既存在有部分节点的电压容 易受到其他节点注入电流变化的影响，但该节点注入电流的变化却对其他节点的节点电压 影响较小;又存在部分节点的电压不容易被其他节点注入电流变化所影响，但是该节点注 入电流的变化却对其他节点的节点电压有较大影响的情况，即区域之间的相互影响程度大 小并不一致。因此需要提供一种电力系统稳定特性评估方法，能够从动态角度，有效地分析 本节点对其他节点造成影响大小，以及其他节点对本节点造成影响大小。
[0006] 目前常用的动态分析方法有小干扰分析法、时域仿真法和动态潮流法等等。近几 年也不断有新的动态分析方法提出，如建立多目标动态优化模型，计算动态潮流，考虑网络 结构熵等等，但主要都是针对某一具体运行条件，使得结果具有一定的局限性，无法完全量 化各区域之间的动态电气特性及其重要程度因此迫切的需要提供一种能实时量化跟踪动 态过程中电力系统稳定特性的评估方法。
【发明内容】
[0007] 本发明所解决的技术问题是，针对网络技术应用于电力系统实际的不足，提供了 一种基于动态阻抗的电力系统稳定特性评估方法，能够实时分析网络中源-网-荷各节点之 间的动态电气特性。
[0008] 本发明提供的技术方案为：
[0009 ] -种基于动态阻抗的电力系统稳定特性评估方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1:在整个电力系统中，得到需要分析时刻的当前电力网络连接特性，电力网 络连接特性包括电力系统的网络拓扑结构与网络拓扑参数；
[0011] 步骤2:设置扰动方式，选择任一能反映系统运行状态的实数参变量λ，并跟踪扰动 后λ的变化;λ只要是实变量，且可以反映电网运行状态，就可以适用后续公式进行电力系统 稳定特性评估方法；
[0012] 通过潮流计算求取各时刻的动态等值阻抗矩阵ZdynA;
[0013]
[0014]
[0015]该矩阵中第i行第j列的元素为：
[0016]
_￡^为1号节点的节点电压，I为j号节点的注入电流，I < i, j仝m+ s+n; m是发电机节点个数，η是负荷节点个数，s是连接节点个数；
[0017] 步骤3:根据步骤2所得的动态等值阻抗矩阵，求取源-网-荷节点之间的动态电气 特性;具体如下：
[0018]
[0019] 其中：
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]下标G、T和L分别表示发电机节点、连接节点和负荷节点；AtJe、Δ?τ、ΔΙ\分别表 示发动机节点、连接节点和负荷节点的节点电压变化量列向量；Δ?τ、Aili分别表示发 动机节点、连接节点和负荷节点的注入电流变化量列向量;Za表示发电机节点到负荷节点 的动态互阻抗；
[0024]以负荷节点与其他节点之间的特性为例，负荷节点的节点电压变化量列向量计算 公式如下：
[0025]
[0026] 其中有：
[0027]
[0028] E是单位矩阵，N是面向负荷的系统等值阻抗矩阵，M是负荷节点电压与发电机节点 电压相互关系矩阵；
[0029] 具体到负荷节点i，l Si Sn，有：
[0030]
[0031] 其中Mlk是矩阵M第i行k列元素，N11是矩阵N第i行i列的元素，Nlj是矩阵N第i行j列 的元素;令
[0032] 则有：
[0033]
[0034] 其中，表示负荷节点i的电压变化量;AUGik表示发电机节点k的电压变化对负 荷节点i电压的影响；AULii表示负荷节点i的注入电流变化对自身电压的影响；AULi j表示 负荷节点j的注入电流变化对负荷节点i电压的影响；
[0035] 为了简化分析，考虑发电机无功功率不越限，理论研究中发电机节点的功率和节 点电压不变，此时发电机节点的电压为恒值，所以第一项为〇,可以忽略，则有
[0036]
[0037] 在后续计算自稳因子和致稳因子的时候忽略了第一项，如果不忽略的话，计算方 法也是一致的，只需要在当前情况下考虑PV节点的节点电压发生变化时的情况。
[0038] 可以看出负荷节点i的电压受以下三个部分影响：
[0039] 1)发电机节点电压变化的影响。
[0040] 2) i负荷电流在自阻抗上电压降变化的影响。
[0041] 3)除i以外的其他负荷电流在相应互阻抗上电压降变化的影响。
[0042 ]这三者共同作用使得该节点电压波动，可以看出负荷节点i的节点电压在当前时 刻容易受影响的程度，通过进一步对比分析三个不同部分所占比重，还可以得到影响负荷 节点i的电压中的主导因素。同理可推得发电机侧的电压电流关系式，通过分解不同的影响 因素，可深入分析源-网-荷相互动态特性变化趋势及其主导因素。
[0043] 当针对电力系统源-网-荷动态电气特性分析时，根据实际需要，可以比较各节点 有相同注入电流变化量时的特性。通过上述分析，即量化解耦了负荷节点与其他节点之间 的动态特性，同理也可以推得其他类型节点之间的动态特性。
[0044] 进一步地，上述基于动态阻抗的电力系统稳定特性评估方法，还包括以下步骤：
[0045] 步骤4:通过动态等值阻抗矩阵，进一步分析各节点的动态电气特性，主要体现在 自稳性和致稳性，分别用自稳因子和致稳因子表示；
[0046] (3)i节点的自稳因子：
[0047] 自稳因子用ZU1表示，表示了i节点的自稳性，体现了所有其他节点对i节点造成影 响大小的平均值，即i节点受到整个网络影响的动态电气特性;计算公式如下：
[0048]
[0049] 其中，η表示负荷节点的个数；
[0050] (4)j节点的致稳因子：
[0051] 致稳因子用ZIj表示，表示了 j节点的致稳性，体现了 j节点对其他节点造成影响大 小的平均值，即j节点对整个网络影响的动态电气特性;计算公式如下：
[0052]
[0053]其中，η表示负荷节点的个数。
[0054]上述实数参变量λ为节点的注入电流实部或注入系统功率变化因子。
[0055]本发明的基于动态阻抗的电力系统稳定特性评估方法，能适用于所有的扰动方 式，实变量可以选择任一能反映系统运行状态的实数参变量，如节点的注入电流实部或注 入系统功率变化因子。除了大