一种电力系统动态等值方法及装置与流程

本发明涉及电力系统动态分析领域，具体涉及一种电力系统动态等值方法及装置。

背景技术：

在电力系统规划设计和实际运行中为保证输电的可靠性需做大量的暂态过程仿真计算，以估计系统遭受扰动后的稳定性。随着“西电东送”及“大区互联”工程的迅速开展，现代电网的规模不断扩大。如何快速、准确地分析如此庞大和复杂的非线性时变系统，并及时给出正确的应对措施，成为人们越来越关注的焦点。为提高输电的经济性和可靠性，现代电力系统越来越趋向于区域互联，从而大大增加了数字仿真的计算量。实际上，按目前的理论水平与技术条件，要对大型电力系统进行完全实时的在线分析还存在不少困难，人们一般只能关注其局部区域，而对与研究系统联系较弱的外部系统，则做适当的化简降阶处理。因此有必要对大电力系统进行动态等值。在动态等值中，完全系统分为研究系统和外部系统，由于动态等值主要是针对研究系统进行的，外部系统可在保证其对研究系统的动态影响不畸变的条件下，进行简化。

常用的动态等值方法有同调等值法、模式等值法和估计等值法。其中同调等值法物理透明度高，适用于系统的非线性计算和大扰动工况，可直接用于暂态分析。基于发电机转子同摆的同调等值法是最基本的一种，主要用于暂态稳定分析，要求等值前后研究系统在大扰动下有接近的转子摇摆曲线，同时要求等值系统中的元件应为实际电力系统元件，以便直接用暂态稳定程序进行分析。它包括相关机群识别、网络化简和相关机群参数聚合3部分。相关机群参数聚合，是要构造1台等值的发电机及其调节系统，使它在暂态稳定仿真的过程中能很好地模拟一个相关机群中全部发电机及其调节系统的综合动态响应。

同调等值法在理论上是严谨的，但具有如下缺点：聚合算法较复杂，对于大系统等值时间较长。过度依靠计算人员的操作经验，获得的等值模型需要依靠扰动地点、扰动类型等因素来决定，且工作量大，很难为复杂扰动情况制定一个最优的等值方案。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是保留外部系统对研究系统动态行为的影响，在保证工程分析精度要求的前提下，有效地简化系统，提高分析速度。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电力系统动态等值方法，其改进之处在于，所述方法包括：

步骤1：通过仿真对电力系统中研究区域施加扰动，获取所述研究区域的第一动态响应；

步骤2：利用聚类算法对电力系统中研究区域以外的区域进行分区，并对分区内发电机节点进行等效，获取等效后的电力系统；

步骤3：通过仿真对等效后的电力系统中研究区域施加扰动，获取研究区域的第二动态响应；

步骤4：根据第一动态响应与第二动态响应间的畸变率输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

优选的，所述步骤1之前，包括：在电力系统的聚类树系统中选择所述研究区域。

进一步的，所述电力系统的聚类树系统根据电力系统中发电机节点间的机电距离建立；

其中，按下式确定发电机节点i和节点j间的机电距离：

上式中，δωij为节点i和节点j的角速度差；δ为节点i和节点j的功角差；ei为节点i的电压，ej为节点j的电压，g(i，j)为节点i和节点j的电导之差，b(i，j)为节点i和节点j的电纳之差，t＝1/50。

优选的，所述步骤2，包括：

利用k-means算法对所述外部系统中的发电机节点进行聚类，获取聚类结果；

获取聚类结果中聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和，将聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和作为电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

优选的，所述步骤4，包括：

若第一动态响应与第二动态响应间的畸变率小于预设阈值，则输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

一种电力系统动态等值装置，其改进之处在于，所述装置包括：

第一仿真模块，用于通过仿真对电力系统中研究区域施加扰动，获取所述研究区域的第一动态响应；

等值模块，用于利用聚类算法对电力系统中研究区域以外的区域进行分区，并对分区内发电机节点进行等效，获取等效后的电力系统；

第二仿真模块，用于通过仿真对等效后的电力系统中研究区域施加扰动，获取研究区域的第二动态响应；

判断模块，用于根据第一动态响应与第二动态响应间的畸变率输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

优选的，系统还包括：选择模块，用于在电力系统的聚类树系统中选择所述研究区域。

进一步的，所述电力系统的聚类树系统根据电力系统中发电机节点间的机电距离建立；

其中，按下式确定发电机节点i和节点j间的机电距离：

上式中，δωij为节点i和节点j的角速度差；δ为节点i和节点j的功角差；ei为节点i的电压，ej为节点j的电压，g(i，j)为节点i和节点j的电导之差，b(i，j)为节点i和节点j的电纳之差，t＝1/50。

优选的，所述等值模块用于：

利用k-means算法对所述外部系统中的发电机节点进行聚类，获取聚类结果；

获取聚类结果中聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和，将聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和作为电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

优选的，所述判断模块用于：

若第一动态响应与第二动态响应间的畸变率小于预设阈值，则输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的技术方案，步骤1：通过仿真对电力系统中研究区域施加扰动，获取所述研究区域的第一动态响应；步骤2：利用聚类算法对电力系统中研究区域以外的区域进行分区，并对分区内发电机节点进行等效，获取等效后的电力系统；步骤3：通过仿真对等效后的电力系统中研究区域施加扰动，获取研究区域的第二动态响应；步骤4：根据第一动态响应与第二动态响应间的畸变率输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数，本发明提供的技术方案，基于仿真平台，实现一种电力系统动态等值方法，将发电机间机械及电气距离作为衡量各单元耦合强弱程度的量化指标，采用聚类方法将系统进一步细分成若干个弱耦合的子系统，逐一进行参数聚合。在仿真平台中进行数模混合仿真，验证该动态等值方法。

附图说明

图1是一种电力系统动态等值方法的流程图；

图2是一种电力系统动态等值装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种电力系统动态等值方法，如图1所示，包括：

步骤1：通过仿真对电力系统中研究区域施加扰动，获取所述研究区域的第一动态响应；

步骤2：利用聚类算法对电力系统中研究区域以外的区域进行分区，并对分区内发电机节点进行等效，获取等效后的电力系统；

步骤3：通过仿真对等效后的电力系统中研究区域施加扰动，获取研究区域的第二动态响应；

步骤4：根据第一动态响应与第二动态响应间的畸变率输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

其中，可以通过基于rt-lab的半实物实时仿真平台进行步骤1和步骤3的仿真过程；

在所述步骤1之前，包括：在电力系统的聚类树系统中选择所述研究区域。

其中，所述电力系统的聚类树系统根据电力系统中发电机节点间的机电距离建立；

按下式确定发电机节点i和节点j间的机电距离：

上式中，δωij为节点i和节点j的角速度差；δ为节点i和节点j的功角差；ei为节点i的电压，ej为节点j的电压，g(i，j)为节点i和节点j的电导之差，b(i，j)为节点i和节点j的电纳之差，t＝1/50。

本发明提供的实施例中可以根据发电机节点i和节点j间的机电距离选择所述研究区域，利用，首先选定一个节点，然后以该节点与其他节点间的机电距离为选择依据，选择该节点与其他节点间的机电距离小于预设值的节点作为研究区域包含的发电机节点；

具体的，所述步骤1中，通过基于rt-lab的半实物实时仿真平台搭建电力仿真系统，在研究系统中选择扰动施加地点，确定扰动类型，仿真获取各种典型扰动作用下的动态响应；

所述步骤2，包括：

利用k-means算法对所述外部系统中的发电机节点进行聚类，获取聚类结果；

获取聚类结果中聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和，将聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和作为电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

进一步的，由于区域发电机节点动态等值属于现有技术，因此，本申请不限于将聚类结果中聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和作为聚类中心对应分区的等效发电机节点的传递函数；

所述步骤4，包括：

若第一动态响应与第二动态响应间的畸变率小于预设阈值，则输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

本发明还一种电力系统动态等值装置，如图2所示，所述装置包括：

第一仿真模块，用于通过仿真对电力系统中研究区域施加扰动，获取所述研究区域的第一动态响应；

等值模块，用于利用聚类算法对电力系统中研究区域以外的区域进行分区，并对分区内发电机节点进行等效，获取等效后的电力系统；

第二仿真模块，用于通过仿真对等效后的电力系统中研究区域施加扰动，获取研究区域的第二动态响应；

判断模块，用于根据第一动态响应与第二动态响应间的畸变率输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

优选的，系统还包括：选择模块，用于在电力系统的聚类树系统中选择所述研究区域。

进一步的，所述电力系统的聚类树系统根据电力系统中发电机节点间的机电距离建立；

其中，按下式确定发电机节点i和节点j间的机电距离：

上式中，δωij为节点i和节点j的角速度差；δ为节点i和节点j的功角差；ei为节点i的电压，ej为节点j的电压，g(i，j)为节点i和节点j的电导之差，b(i，j)为节点i和节点j的电纳之差，t＝1/50。

优选的，所述等值模块用于：

利用k-means算法对所述外部系统中的发电机节点进行聚类，获取聚类结果；

获取聚类结果中聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和，将聚类中心中的发电机节点的励磁系统模型的传递函数加和作为电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

优选的，所述判断模块用于：

若第一动态响应与第二动态响应间的畸变率小于预设阈值，则输出电力系统中研究区域以外的分区的等效发电机节点的传递函数。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。