一种含详细发电机模型的电网暂态稳定能量函数分析方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种能量函数分析方法，更具体的说设及一种含详细发电机模型的电 网暂态稳定能量函数分析方法及系统，属于电力系统暂态稳定分析与控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 电网暂态稳定问题是影响电网安全稳定运行的主要问题之一。区域电网的不断互 联、电力市场政策的逐步实施W及越来越多的间歇性新能源并网使得电网的动态特性更加 复杂，电网运行越来越接近其稳定极限，电网暂态稳定破坏度更大；因此根据电网的实时状 态，快速、准确的暂态稳定在线量化评估是实施安全稳定控制和预防性控制的基础。能量函 数法因其快速及可定量给出稳定裕度的优点而具有在线应用的前景；但是，目前通用的能 量函数法分析软件中模型采用发电机二阶经典模型W及恒定阻抗负荷、并进行网络收缩， 该能量函数法分析软件中模型过于简单，电力系统安全分析的可靠性不高，因此如何构造 包含更详细元件的能量函数一直是研究中的难题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有的能量函数法分析软件中模型过于简单、电力系统安 全分析的可靠性不高等缺陷，提供一种含详细发电机模型的电网暂态稳定能量函数分析方 法及系统。
[0004] 本发明为实现上述目的，所采用技术解决方案是：一种含详细发电机模型的电网 暂态稳定能量函数分析方法，包括W下步骤：
[0005] 10、输入故障前的网络信息、发电机动态参数和故障条件，建立包含详细发电机模 型的电力系统模型；
[0006] 20、确定故障模式；
[0007] 30、计算角点CRN;
[0008] 40、计算发电机等值参数；
[0009] 50、求解准确的主导不稳定平衡点aJEP;
[0010] 60、根据CUEP与故障清除时刻的系统能量差值计算能量裕度。
[0011] 所述的步骤10中：
[0012] 故障前的网络信息包括发电机有功和无功出力、负载有功功率和无功功率、网络 元件参数及网络拓扑W及所有节点电压幅值与相位；
[0013] 发电机动态参数包括同步机参数及励磁调节器参数；
[0014] 包含详细发电机模型的电力系统模型为：同步机采用阶数〉2的高阶模型，励磁调 节器通过噪声带宽等效的方法等值为输出限幅的一阶惯性环节，负荷采用恒定阻抗模型。
[0015] 所述的步骤20中包括W下步骤：
[0016] 21:采用数值积分方法计算故障轨迹，确定扰动结束时刻各机组的角度聲 < 及角速 度終；
[0017] 22 :根据故障清除时刻td各机组的角度巧'及角速度瑪'，进一步计算t。拥刻各机 组暂态动能及加速度，分别按机组暂态动能和加速度分别降阶排序得到两个列表，选择列 表中具有较大动能和较大加速度的机组群组合成一个列表；
[0018] 23 :从步骤22所得列表的顶端开始，选择第一个机组或机群即受扰最严重的机组 作为临界机群，其余机组作为余下机群，计算校正后的暂态动能，在列表中由上至下不断将 新的机组归入临界机群直到其对应故障模式的校正后动能小于之前所有故障模式中最大 值的10% ;
[0019] 24:对于步骤23所得的每个候选故障模式，选择其中规格化势能裕度最小的候选 故障模式作为故障模式。
[0020] 4.根据权利要求3所述的一种含详细发电机模型的电网暂态稳定能量函数分析 方法，其特征在于，其中规格化势能裕度的计算方法如下：
[00川a:计算近似的CRN:
[002引其中，为临界机群集合，QWS为余下机群集合，嫁为故障后的稳定平衡点处 临界机群和余下机群惯量中屯、的功角差，坏?'为第i台机组在故障后的稳定平衡点对应的功 角，Ml、M。,、Mw,、Mt分别为第i台机组、临界机群、余下机群和系统的惯性时间常数；
[002引b:发电机电势取故障清除时刻的值并视为常数，计算故障清除时刻和近似的CRN间的势能差值AVpe;
[0027] C:计算故障清除时刻的校正后暂态动能，若Gi。,,.不为0,规格化势能裕度 等于AVpE与的比值，否则，取AVpE作为规格化势能裕度。
[0028] 所述的步骤30中，角点CRN的计算方法为W选定的故障模式对应的近似CRN作为 迭代初值求解下列方程组：
[0029]dXi/dt= 0,i= 1, 2,…，n
[0030] 其中，为第i台发电机状态变量。
[0031] 所述的步骤40中，发电机定子等值内阻抗Z。。的计算公式为：
[0032]
[003引其中，怎:T为CRN处发电机的等值电动势，"r、巧胃、<胃、分别为CRN处发电机定子电压、定子电流的d轴分量和q轴分量。
[0034] 所述的步骤50包括W下步骤：
[0035] 51 :在角度空间中沿故障后的稳定平衡点与CRN的直线上捜索系统势能最大值 占. '?、、，
[0036] 52 :W上面步骤51中得到的势能最大值点作为初值求解下列方程组：
[0037]p"= 0,i= 1，2,…，n
[003引其中，Pgi为第i台机组的加速功率。
[0039] 一种含详细发电机模型的电网暂态稳定能量函数分析系统，包括W下部分：
[0040] 输入及建模装置，用于输入网络信息、发电机动态参数及故障条件，用于建立包含 详细发电机模型的电力系统模型；
[0041] 故障模式选择装置，用于确定故障模式；
[0042] 角点CRN计算装置，用于计算角点CRN;
[0043] 发电机等值参数计算装置，用于计算发电机等值参数；
[0044] 准确的主导不稳定平衡点抓EP求解装置，用于求解准确的主导不稳定平衡点 CUEP；
[0045] 能量裕度计算装置，用于根据CUEP与故障清除时刻的系统能量差值计算能量裕 度。
[0046] 与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
[0047] 本发明中分析方法首先建立包含详细发电机模型的电力系统模型，确定故障模式 后求解角点，然后计算发电机等值参数，再求解准确的主导不稳定平衡点CUEP，最后计算能 量裕度；该方法中发电机采用更为详细的模型，发电机等值参数的计算也更为精确，在一定 程度上克服了现有进入实用的能量函数法因模型过于简化而导致暂态稳定分析结果与实 际偏差较大的问题，可提高电力系统安全分析的可靠性。
【附图说明】
[0048] 图1是本发明流程图。
[0049] 图2是本发明中IE邸-9节点系统图。
[0050] 图3是本发明中渝鄂直流背靠背工程投运后华中华北电网的主干网架图。
【具体实施方式】
[0051] W下结合【附图说明】和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。
[005引一、实施例一
[0053] 参见图1，一种含详细发电机模型的电网暂态稳定能量函数分析方法，包括W下步 骤：
[0054] 10、输入故障前的网络信息、发电机动态参数和故障条件，建立包含详细发电机模 型的电力系统模型。
[0055] 具体的，所述的步骤10中：故障前的网络信息包括发电机有功和无功出力、负载 有功功率和无功功率、网络元件参数及网络拓扑W及所有节点电压幅值与相位；发电机动 态参数包括同步机参数及励磁调节器参数；包含详细发电机模型的电力系统模型为：同步 机采用阶数〉2的高阶模型，励磁调节器通过噪声带宽等效的方法等值为输出限幅的一阶 惯性环节，负荷采用恒定阻抗模型。
[0056] 例如，对于一个包含n台发电机的电力系统，同步机采用四阶模型，励磁调节器采 用输出限幅的一阶惯性环节，不考虑调速器和电力系统稳定器，惯性中屯、（C0I)坐标下的 同步机-励磁系统的方程为：
[0057]
[0058]其中，r;、X"、Xqi、X"'Xqi、！di、Iqi、Edi、Eqi、Tq〇i、TdOi、"di、Uqi、Vti、V"fi 分别为同步发电机的定子电阻、横轴和纵轴暂态电抗、电流横轴分量、电流纵轴分量、与励 磁绕组磁链成正比和与横轴阻尼绕组磁链成正比的电动势、励磁绕组时间常数、横轴阻尼 绕组的时间常数、电压d轴分量和q轴分量、机端实际电压、机端参考电压；町1、Ki、E'fdi、 Efdi为励磁调节器的等效时间常数、等效增益、限幅前及限幅后的励磁电压；M1、&,、Pmi、P。！ 和Pu分别为发电机惯性时间常数、COI坐标系下的角速度、输入机械功率和输出电磁功率。
[0059] 负荷采用恒定阻抗模型，建立收缩至发电机端节点的导纳矩阵Yw，统一坐标系下 的导纳型节点方程为：
[0060] L+jIy=YN〇Jx+jUy)
[006U其中，Ix=[ixiix2…ijT为发电机机端电流X轴分量的列向量；类似的，Iy、Ux、Uy为发电机机端电流y轴分量的列向量、机端电压X轴分量的列向量和y轴分量的列向量。
[0062] 统一的xy坐标系下电压、电流转换到dq坐标系下的变换公式为：
[0063]
[0064] 其中，A可表示电压、电流、磁链及各种电势。
[0065] 20、确定故障模式。
[0066] 具体的，所述的步骤20中包括W下步骤：
[0067] 21 :采用数值积分方法计算故障轨迹，确定扰动结束时刻各机组的角度皆及角速 度窃;'。
[006引 22 :根据故障清除时刻td各机组的角度够及角速度錢进一步计算t。拥刻各机 组暂态动能及加速度，分别按机组暂态动能和加速度分别降阶排序得到两个列表，选择列 表中具有较大动能和较大加速度的机组群（例如在最大值的0. 5%W内）组合成一个列表。
[0069] 23 :从步骤22所得列表的顶端开始，选择第一个机组或机群（如同一电厂的所有 机组）即受扰最严重的机组作为临界机群，其余机组作为余下机群，计算校正后的暂态动 能；在列表中由上至下不断将新的机组归入临界机群直到其对应故障模式的校正后动能小 于之前所有故障模式中最大值的10%。
[0070] 24 :对于步骤23所得的每个候选故障模式，选择其中规格化势能裕度最小的候选 故障模式作为故障模式。
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