新型电力系统宽频谐振势能理论方法

本发明属于电力系统宽频振荡，涉及新型电力系统宽频谐振势能理论方法。

背景技术：

1、新型电力系统宽频振荡分析，是宽频振荡机理分析、振荡辨识、溯源、振荡路径探索的基础；宽频谐振分析亦是如此，传统的对于新型电力系统宽频谐振分析的方法，如：数值分析法、特征值分析法及阻抗分析法等方法上述方法均较依赖系统的参数辨识及系统建模的精确性且易出现维数灾，无法在未知系统参数的情况下进行宽频谐振分析，对于大系统的分析是存在一定局限性的；再者上述方法不能有效地反映强非线性电力系统振荡的动态特性，基于不同的分析方法研究宽频谐振问题可能会得出不同的结论，导致电力电子设备参与宽频谐振的机理不明确。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供新型电力系统宽频谐振势能理论方法，解决了现有技术中存在的对于大系统的分析存在一定局限性以及不能有效地反映强非线性电力系统振荡的动态特性的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，新型电力系统宽频谐振势能理论方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1，宽频谐振成分分析；

4、步骤2，推导出各类支路无功谐振势能的通用公式；

5、步骤3，判断无功谐振势能为感性及容性。

6、本发明的特点还在于：

7、其中步骤1具体为：根据电路的叠加等效原理，对采样的电压电流信号中的宽频谐振成分进行单独分析；

8、其中步骤1具体为：

9、网络发生单模态宽频谐振时，网络等效为工频交流电压源us与高频交流激励电压源uh共同作用而构成的谐振回路，简单等效为二阶lc谐振电路；根据各支路电压与电流关联方向，等效电压源的端口电压u与电流i为：

10、

11、式中，ws为工频角频率，wh为高频角频率；us代表等效电源端口工频电压有效值，uh代表等效电源端口叠加的高频电压有效值；is代表支路基频电流有效值，ih代表支路叠加的高频电流有效值；为工频电压初相角；为工频电流初相角；为高频电压初相角；为高频电流初相角；

12、其中步骤2具体为：从电力系统宽频谐振的能量驱动本质出发，定义无功谐振势能wq且对网络支路进行分类并定义参考方向，并推导出各类支路无功谐振势能wq的通用公式；

13、其中步骤2具体过程为：根据各支路的无功能量的交互特征定义三种支路，定义参考方向，并推导出各类支路无功谐振势能wq的通用公式：

14、根据其电压电流特征及无功能量在各支路之间的交互特性，将系统中的支路定义及参考方向规定如下：

15、包含电源且直接接地的支路定义为对地电源支路；配网末端包含的负荷且直接接地的支路定义为对地负荷支路；联结电网络中的节点且不直接接地的支路定义为节点支路；对地电源支路的电压电流采用非关联参考方向；对地负荷支路和节点支路采用关联参考方向；

16、对地负荷支路模型中，由电感lj/电容cj、电阻rj组成；

17、定义对地支路的谐振势能wqj：

18、

19、式中，qj为对地支路高频无功，ws为f＝50hz对应的角频率，ts为工频f＝50hz对应的周期，即：

20、

21、式中，uj为负荷节点电压，ijn为对应计算对地负荷支路的电流，且uj和ijn均为独立分析的高频谐振对应的节点电压和支路电流；

22、若将对地负荷支路推广到多对地负荷支路并联的通用形式，如此推导多对地负荷支路并联的通用表达式为：

23、

24、对地电源支路，由电压源us、电感li、电阻ri组成，即对地电源支路包含激励源且参考方向为非关联参考方向，如此推导多对地电源支路并联形式的通用表达式为：

25、

26、式中，ui和iin均为独立分析的高频谐振成分对应的电压降落和支路电流；

27、节点支路，流过节点支路电流为iij，电压降落为uij，支路电流流入节点的电压为ui，支路电流流出节点的电压为uj；

28、将由支路电流流入节点的电压ui与支路电流iij计算得到的无功谐振势能定义为：流入ij支路的谐振势能wqijin，公式为：

29、

30、式中，ui和iij均为独立分析的高频谐振成分对应的电压降落和支路电流；

31、将由支路两端点的电压降落uij与支路电流iij计算得到的无功谐振势能定义为：ij支路储存的谐振势能wqij，公式为：

32、

33、式中，uij和iij均为独立分析的高频谐振成分对应的电压降落和支路电流；

34、由支路电流流出节点的电压uj与支路电流iij计算得到的无功谐振势能定义为：流出ij支路的无功谐振势能wqijout计算公式如下：

35、

36、式中，uj和iij均为独立分析的高频谐振成分对应的电压降落和支路电流；

37、其中步骤2中计算的所有的无功谐振势能wq计算过程中的u和i与高频谐振成分的电压电流相对应，但计算过程中涉及的周期和频率应用的为工频对应的周期和频率，所得的无功谐振势能与对应频率的高频谐振源作用下的电场或磁场能量呈倍数关系，此倍数关系与高频谐振的频率与工频的倍数相关；即所得与网络中交互的无功能量呈倍数对应，其被放大到ms的时间尺度为虚拟宽频谐振势能；

38、若计算过程中涉及的周期和频率应用的为高频谐振成分对应的周期和频率，所得的无功谐振势能为对应频率的高频谐振源作用下的电场或磁场能量，为真实宽频谐振势能，采用工频对应的周期和频率进行计算，若为更真实的反应网络能量的驱动本质采用对应高频谐振成分的频率进行计算；

39、其中步骤3具体为：基于提取出高频谐振成分对应的节点电压u和支路电流i经判断超前与滞后关系后给出下列定义：

40、若电压超前于电流则该支路显感性，电路相当于电阻r与等值电感串联，即支路参与网络能量交互的能量性质为磁场能量；若此时电流超前电压，则该支路显容性，即支路参与网络能量交互的能量性质为电场能量。

41、本发明的有益效果是：

42、本发明的新型电力系统宽频谐振势能理论方法，首先根据谐振电路的叠加等效原理，对采样的电压u和电流i中的高频谐振信号进行独立分析，避免工频信号对谐振分析的影响，然后从电力系统宽频谐振的能量驱动本质出发，基于高频谐振成分对应节点电压u和支路电流i，根据各支路的无功能量的交互特征定义三种支路，定义参考方向，并推导出各类支路无功谐振势能wq的通用公式，最后计算无功谐振势能wq，判断感性或容性；本发明的宽频谐振势能理论方法能够在未知系统参数的情况下，通过量测的电压电流从无功能量的角度对宽频谐振进行分析，为宽频振荡机理分析、振荡辨识、溯源、振荡路径探索提供新的思路和参考。

技术特征：

1.新型电力系统宽频谐振势能理论方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的新型电力系统宽频谐振势能理论方法，其特征在于，所述步骤1具体为：根据电路的叠加等效原理，对采样的电压电流信号中的宽频谐振成分进行单独分析。

3.根据权利要求2所述的新型电力系统宽频谐振势能理论方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

4.根据权利要求1所述的新型电力系统宽频谐振势能理论方法，其特征在于，所述步骤2具体为：从电力系统宽频谐振的能量驱动本质出发，定义无功谐振势能wq且对网络支路进行分类并定义参考方向，并推导出各类支路无功谐振势能wq的通用公式。

5.根据权利要求4所述的新型电力系统宽频谐振势能理论方法，其特征在于，所述步骤2具体过程为：根据各支路的无功能量的交互特征定义三种支路，定义参考方向，并推导出各类支路无功谐振势能wq的通用公式：

6.根据权利要求5所述的新型电力系统宽频谐振势能理论方法，其特征在于，所述步骤2中计算的所有的无功谐振势能wq计算过程中的u和i与高频谐振成分的电压电流相对应，但计算过程中涉及的周期和频率应用的为工频对应的周期和频率，所得的无功谐振势能与对应频率的高频谐振源作用下的电场或磁场能量呈倍数关系，此倍数关系与高频谐振的频率与工频的倍数相关；即所得与网络中交互的无功能量呈倍数对应，其被放大到ms的时间尺度为虚拟宽频谐振势能；

7.根据权利要求1所述的新型电力系统宽频谐振势能理论方法，其特征在于，所述步骤3具体为：基于提取出高频谐振成分对应的节点电压u和支路电流i经判断超前与滞后关系后给出下列定义：

技术总结
本发明公开了新型电力系统宽频谐振势能理论方法，从电力系统宽频谐振的能量驱动本质出发，以电网络量测的各节点电压以及支路电流为基础，定义无功谐振势能W<subgt;Q</subgt;；首先根据电路的叠加等效原理，对信号中的谐振成分进行单独分析，然后对网络支路进行分类并定义参考方向，而后推导出各类支路无功谐振势能W<subgt;Q</subgt;的通用公式，最后判断W<subgt;Q</subgt;是感性或容性，为新型电力系统宽频谐振的辨识、量化分析、振荡溯源提供了新的思路和参考。

技术研发人员：刘闯,孙聪,蔡国伟,杨鹤翎,陈俊睿
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15