基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法及系统

本发明涉及电网等值及电网评估，尤其涉及一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法及系统。

背景技术：

1、电路等效是指在保持电路效果不变的情况下，将复杂的电路用简单电路来代替，以简化电路分析。现有技术中，通常使用戴维南等值这一电压稳定分析方法从节点的角度对电网电路进行等值，以此评估电网电路对等值节点的电压影响，体现“节点”与“系统”之间的关联，在此基础上，基于各节点的电网戴维南等值，计算阻抗比或短路比实现对各节点电压支撑强度的评估分析。

2、但是，随着能源转型，源、网、荷之间的有功功率平衡模式变得复杂且快速多变，相关的调节功率在电网线路中的传输分布也随之呈现复杂多变特性，仅从节点的角度难以应对电网电路有功功率平衡模式的变化，难以对由此引起的有功功率平衡调控和无功功率平衡调控对电网整体的电压支撑强度影响进行准确地评估与分析。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法及系统，将pq扰动分解戴维南等值模型中的基态电路和有功扰动电路的戴维南阻抗矩阵分别进行特征值分解，从而建立了两组解耦的单源、单荷、单分支模态电路，其中基态电路的一条模态电路代表一种电网功率传输和无功平衡功率传输模式，有功扰动电路的一条模态电路代表一种有功平衡功率传输模式，模态电路中的源、荷分别代表该模式下的发电聚合和负荷聚合；同时，针对无功平衡和有功平衡中的功率传输模态电路分别提出了无功-电压刚度指标和有功-电压刚度指标，根据该指标评估电网电压的支撑强度。

2、第一方面，本公开提供了一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法，包括：

3、根据叠加原理，将电网稳态电路分解为基态电路和有功扰动平衡电路，分别对基态电路和有功扰动平衡电路进行模态分解变换；

4、通过模态分解变换，分别获得基态电路和有功扰动平衡电路的多个模态通路，根据不同模态通路的模态传输功率，确定主导模态通路；

5、基于基态电路和有功扰动平衡电路主导模态通路的无功-电压刚度指标和有功-电压刚度指标，评估电网电压的支撑强度。

6、进一步的技术方案，所述模态分解变换包括：

7、对电网节点电压方程中的电网线路参数矩阵进行特征值分解，得到电网线路参数矩阵的特征值矩阵和特征向量矩阵；

8、将特征值矩阵和特征向量矩阵代入电网节点电压方程中，利用电路模态电压和模态电流进行化简，得到电路的模态分解变换形式。

9、进一步的技术方案，电网基态电路中第i条模态通路的模态传输功率为：

10、

11、上式中，ci为第i条模态通路的模态传输功率，fi为第i条模态通路的模态电压源电压，hi为第i条模态通路的模态电流，*表示第i条模态通路模态电流的共轭。

12、进一步的技术方案，基态电路中第i条模态通路的无功-电压刚度指标为：

13、

14、上式中，δhqi为无功功率扰动引起的第i条模态通路的模态电流变化量，δwqi为无功功率扰动和电网平衡调控引起的第i条模态通路的模态负荷电压变化量，λi为第i条模态通路的特征值。

15、进一步的技术方案，有功扰动平衡电路第i条模态通路的有功-电压刚度指标为：

16、

17、上式中，δhpi为有功功率扰动引起的第i条模态通路的模态电流变化量，δwpi为有功功率扰动和电网平衡调控引起的第i条模态通路的模态负荷电压变化量，χi为第i条模态通路的特征值，fi为有功扰动平衡电路第i条模态通路的电压源电压。

18、进一步的技术方案，还包括：

19、根据不同情况下基态电路和有功扰动平衡电路主导模态通路的无功-电压刚度和有功-电压刚度，以电网电压支撑强度为基准，规划电网稳态电路结构。

20、进一步的技术方案，所述规划电网稳态电路结构，包括：

21、在电网稳态电路中的不同节点增加发电装置，根据不同情况下主导模态通路的无功-电压刚度，确定用以增加发电装置的最优节点；

22、在电网稳态电路中的不同节点增加储能装置，根据根据不同情况下主导模态通路的有功-电压刚度，确定用以增加储能装置的最优节点。

23、第二方面，本公开提供了一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估系统，包括：

24、模态分解模块，用于根据叠加原理，将电网稳态电路分解为基态电路和有功扰动平衡电路，分别对基态电路和有功扰动平衡电路进行模态分解变换；

25、刚度指标求解模块，用于通过模态分解变换，分别获得基态电路和有功扰动平衡电路的多个模态通路，根据不同模态通路的模态传输功率，确定主导模态通路，求解主导模态通路的无功-电压刚度指标和有功-电压刚度指标；

26、电网电压支撑强度评估模块，用于基于基态电路和有功扰动平衡电路主导模态通路的无功-电压刚度指标和有功-电压刚度指标，评估电网电压的支撑强度。

27、第三方面，本公开还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述方法的步骤。

28、第四方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述方法的步骤。

29、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

30、1、本发明提供了一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法及系统，模态分解电网等值是对电网线路参数矩阵进行特征值分解，当电网线路参数、结构以及各节点性质(如电压源节点或负荷节点)不发生变化时，其特征值也是相对固定的，因此模态分解电网等值能够体现电网电路结构的固有模态特性，本发明将pq扰动分解戴维南等值模型中的基态电路和有功扰动电路的戴维南阻抗矩阵分别进行特征值分解，建立了两组解耦的单源、单荷、单分支模态电路，基于电网等值所体现的电网电路结构特性，实现对电网电路支撑强度的评估。

31、2、本发明通过基态电路的主导模态表现源网荷功率传输的关键模式和特性，利用无功-电压刚度指标和有功-电压刚度指标评估电网电压状态的抗无功和有功扰动的能力，并为电网电路结构规划和调度决策提供参考。

技术特征：

1.一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法，其特征是，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法，其特征是，所述模态分解变换包括：

3.如权利要求1所述的一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法，其特征是，电网基态电路中第i条模态通路的模态传输功率为：

4.如权利要求1所述的一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法，其特征是，基态电路中第i条模态通路的无功-电压刚度指标为：

5.如权利要求1所述的一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法，其特征是，有功扰动平衡电路第i条模态通路的有功-电压刚度指标为：

6.如权利要求1所述的一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法，其特征是，还包括：

7.如权利要求6所述的一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法，其特征是，所述规划电网稳态电路结构，包括：

8.一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估系统，其特征是，包括：

9.一种电子设备，其特征是：包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成如权利要求1-7中任一项所述的一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征是：用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成如权利要求1-7中任一项所述的一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于模态分解电网等值的电压支撑强度评估方法及系统，该方法包括：根据叠加原理，将电网稳态电路分解为基态电路和有功扰动平衡电路，分别对基态电路和有功扰动平衡电路进行模态分解变换；进而分别获得基态电路和有功扰动平衡电路的多个模态通路，根据不同模态通路的模态传输功率，确定主导模态通路；基于基态电路和有功扰动平衡电路主导模态通路的无功‑电压刚度和有功‑电压刚度，评估电网电压的支撑强度。本发明将PQ扰动分解戴维南等值模型中的基态电路和有功扰动电路的戴维南阻抗矩阵分别进行特征值分解，建立两组解耦的单源、单荷、单分支模态电路，基于电网等值所体现的电网电路结构特性，实现对电网电路支撑强度的评估。

技术研发人员：叶平峰,张玉敏,吉兴全,冯琛,于一潇,杨明,臧祥宇,李竞锐
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11