频率状态参数检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统运行和控制技术领域，特别是设及一种频率状态参数检测方 法。
【背景技术】
[0002] 因为风能随机波动的特点和风电机组的运行特性相对复杂，风电的接入对能量管 理系统（energy management system，EMS)提出了新的挑战。电力系统状态估计（state estimation, SE)是EMS的核屯、功能之一，也是其他高级应用软件的基础。状态估计的结果直 接影响电网调度的智能化分析与决策，它是远动装置与数据库之间的重要一环。对风机的 运行状态进行监控是保证风电系统安全稳定运行的基础，然而要获取它们准确的运行状 态，那就必须要求对状态估计的功能进行完善，同时也要求状态估计根据电网的发展而不 断地提高，从而实现进一步提高电力系统高级在线应用程序的水平。
[0003] 随着大规模风电接入电网，风电出力的波动性不仅会改变电网原有的潮流分布， 还会对电网频率产生显著影响，传统的状态估计模型已不再适用，难W准确反映风电系统 中频率的变化，状态估计的准确性较低。
【发明内容】
[0004] 基于此，有必要针对现有技术准确性较低的问题，提供一种频率状态参数检测方 法。
[0005] -种频率状态参数检测方法，包括W下步骤：
[0006] 建立计及频率偏差的异步风机的简化RX模型，根据所述简化RX模型获取r形简化 电路，根据所述r形简化电路构造计及频率偏差的量测方程；
[0007] 根据所述量测方程构造雅克比矩阵，根据所述雅克比矩阵和电力系统的初始频率 状态参数建立频率状态的状态方程，对所述状态方程进行迭代求解，得到所述状态方程的 状态修正量；
[000引根据所述状态修正量对所述初始频率状态参数进行修正，并重复根据所述雅克比 矩阵和初始频率状态参数建立频率状态的状态方程的步骤，直到所述状态修正量满足预设 的收敛条件，将修正后的初始频率状态参数设为电力系统当前的频率状态。
[0009] 上述频率状态参数检测，通过在异步风机的简化RX模型中引入频率偏差，并获取 r形简化电路，根据所述r形简化电路构造计及频率偏差的量测方程，根据量测方程构造 雅克比矩阵，并获取状态方程的状态修正量，通过所述状态修正量对初始频率状态参数进 行迭代修正，直到状态修正量满足预设的收敛条件，将频率偏差作为新的状态量引入到状 态估计过程中，能够准确反映风电系统中频率的变化，提高了状态估计的准确性。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的频率状态参数检测方法流程图；
[0011] 图2为计及频率偏差变量的异步风机T形等效电路图；
[0012] 图3为计及频率偏差变量的异步风机r形简化电路。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明的频率状态参数检测方法的实施例进行描述。
[0014] 图1为本发明的频率状态参数检测方法流程图。如图1所示，所述频率状态参数检 测方法可包括如下步骤：
[0015] Sl，建立计及频率偏差的异步风机的简化RX模型，根据所述简化RX模型获取r形 简化电路，根据所述r形简化电路构造计及频率偏差的量测方程；
[0016] 其中，可通过如下方式建立计及频率偏差的异步风机的简化RX模型：
[0017] 获取电力系统的网络参数;所述网络参数可包括母线编号、名称、补偿电容，输电 线路的支路号、首端节点和末端节点编号、串联电阻、串联电抗、并联电导、并联电纳、变压 器变比和阻抗，风电场的空气密度、风速，风机机型参数和系统初始频率。
[0018] 根据所述网络参数对电力系统的状态参数进行初始化操作；
[0019] 根据所述网络参数和初始化的状态参数建立计及频率偏差的异步风机的简化RX 模型。
[0020] 本发明W异步风机的准稳态模型为例分析风机的频率特性。当考虑电力系统频率 偏差变量时，风力发电机的等值电路模型如图2所示。图中Ri、R2和Rm分别为定子电阻、转子 电阻和励磁电阻;Xl、X沸Xm分别表示定子电抗、转子电抗和励磁电抗；Il、l2和Im分别为流过 定子绕组、转子绕组和励磁绕组的电流;S是滑差；Af是频率偏差量;Pg、Qg为异步发电机发 出的有功功率和无功功率。
[0021] 为了简化计算，本文采用RX模型。容量较大(大于40kW)的异步电机，由于其Xi?Xm， 且Ri和Rm可W忽略不计，可近似等效为图3所示的r形电路。
[00剖图3中，令Xi2 = Xi+X2,则简化RX模型的转子电流12、有功功率Pg和无功功率Qg分别 为：
[0026] 由上面的式子可知，当滑差S或者频率偏移量Af变化时，Pg、Qg都会随之变化。
[0027] 为了考虑电网侧频率偏差对同步发电机的影响，同步发电机采用下面的准稳态模 型：
[0030] 式中：Pg和化分别表示同步发电机输出的有功功率值和无功功率值，PG_set和舶_set 分别是同步发电机初始的有功功率值和无功功率值，扣是额定有功功率值，化是对应同步发 电机的调速率，ag和bQ是同步发电机无功出力对应的调节系数，A f表示系统稳态时频率与 额定值的偏差。
[0031] 负荷的准稳态数学模型采用考虑频率变化的静态模型，其多项式模型可表示如 下：
[0034]式中：Pl和化分别表示该负荷的有功和无功值，PL_set和QLset分别表示该负荷的有 功和无功的初始值，Kp和Kq分别表示负荷有功和无功对应的调节效应系数。Pp、pc、pz和Qp、 qc、qz表示负荷模型静态电压特性系数，化和化B分别是该负荷的电压运行值和额定电压值。 [00巧]量测方程可包括：
[0036]发电机注入功率量测方程为：
[0039] 其中，Pe_set和舶_set分别是同步发电机初始的有功功率值和无功功率值，Pr是额定 有功功率值，Rr是对应同步发电机的调速率，ag和bQ是同步发电机无功出力对应的调节系 数，Af表示系统稳态时频率与额定值的偏差，Ui和&分别表示节点i和j的电压幅值，01J是 节点巧Ij节点j的电压相角差，Gij和Bij则表示节点导纳阵中对应节点i和j之间的电导和电 纳，n是系统节点总数；
[0040] 负荷注入功率量测方程为：
[004；3]其中，PL_set和化_set分别表示该负荷的有功和无功的初始值，Kp和Kq分别表示负荷 有功和无功对应的调节效应系数，Pp、Pc、Pz和qp、Qc、Qz表示负荷模型静态电压特性系数，Ul 和化B分别是该负荷的电压运行值和额定电压值；
[0044]异步风机注入功率量测方程为：
[0047] 其中，Pgi和Qgi分别为异步风机注入的有功功率和无功功率，A f表示系统稳态时 频率与额定值的偏差，R2为转子电阻；S是滑差，U为风机输出的电压，Xl2 = Xl+X2，Xl和拉分别 表示定子电抗和转子电抗，Xm为励磁电抗。
[0048] S2,根据所述量测方程构造雅克比矩阵，根据所述雅克比矩阵和电力系统的初始 频率状态参数建立频率状态的状态方程，对所述状态方程进行迭代求解，得到所述状态方 程的状态修正量；
[0049] 电力系统的实时运行和控制需要了解系统的真实运行工况，由于测量和传输等方 面的原因，得到的生数据难免存在误差，状态估计能在一定程度上提高数据的精度。自1969 年美国麻省理工学院的许怀丕(F.C. Schweppe)等人提出了电力系统状态估计的最基本算 法--基本加权最小二乘(wei曲ted least squares，WLS)状态估计算法W来，加权最小二 乘法成为电力系统状态估计中应用最多的算法。其基本思想是W量测量和量测估计值之差 的平方和最小为目标准则的估计方法。基本加权最小二乘法是电力系统状态估计的最基本 方法，该方法模型简单，收敛性能好，估计质量高，是目前应用最为广泛的方法之一。该方法 的不足就是计算雅克比矩阵时需要手工推导微分公式和编写微分代码，工作繁琐且容易出 错，效率低下。当频率偏差作为新增的状态量后，雅克比元素会更加复杂，该方法的缺点也 更明显。
[0050] 为了克服上述缺陷，本发明在构造雅克比矩阵时，可采用自动微分(Automatic Differentiation, AD)技术。可根据所述量测方程构造雅克比矩阵的步骤包括：
[0051 ]将雅克比矩阵中不变元素的位置和数值存储到一个链表中；
[0052] 根据所述量测方程，并采用AD技术计算雅克比矩阵中的可变元素；
[0053] 根据所述不变元素的位置和数值，