基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方法，該方法包括：構(gòu)造包含發(fā)電機三階模型，電動機簡化一階模型的結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)；判斷主導(dǎo)負(fù)荷母線，對主導(dǎo)負(fù)荷母線除外的系統(tǒng)其余部分作戴維南等值，通過電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的滑差初始值；以滑差初始值作為迭代初值，其余變量的初值為故障后穩(wěn)定平衡點的值，通過牛頓?拉夫遜法迭代得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點；將主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的值帶入能量函數(shù)表達(dá)式，得到維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的臨界能量值，用于判斷系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。該發(fā)明在結(jié)合所提出能量函數(shù)和得到的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點后，可以有效預(yù)測系統(tǒng)維持暫態(tài)電壓穩(wěn)定的極限切除時間。
【專利說明】
基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)誓態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及判斷電力系統(tǒng)故障后暫態(tài)電壓穩(wěn)定的技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于啟 發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷的增加，電網(wǎng)功率輸送的壓力越來越大，電力系統(tǒng)的暫 態(tài)電壓失穏事故也時有發(fā)生，引起了廣大電力學(xué)者的關(guān)注。暫態(tài)電壓失穏是系統(tǒng)特性和負(fù) 荷特性共同作用的結(jié)果。在分析方法上，暫態(tài)電壓穩(wěn)定的分析手段仍然主要依賴于時域仿 真法。時域仿真法的模型適應(yīng)性強，可W再現(xiàn)事故期間各個系統(tǒng)元件的動作順序W及其對 系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的影響，有助于研究人員更好地理解電壓崩潰的機理。然而，時域仿真的耗 時較長，難W獲取系統(tǒng)穩(wěn)定性程度的定量指標(biāo)。作為時域仿真法的重要補充，能量函數(shù)法在 近20年取得了重大的研究進(jìn)展。主要包括最近不穩(wěn)定平衡點法、主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點法、勢能 邊界面法、基于主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的穩(wěn)定域邊界法等。在諸多能量函數(shù)的分析方法中，主導(dǎo) 不穩(wěn)定平衡點法為精度較高的一種，使用恒定能量面來近似系統(tǒng)的穩(wěn)定域邊界，該方法的 成功應(yīng)用取決于能否找到正確的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點。而其中的難題為主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點初 值的選取問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于啟發(fā)式能量函數(shù)法 的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性分析方法，通過構(gòu)造包含電動機簡化一階模型的能量函數(shù)、求 取主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點、求取臨界能量等一系列步驟來判斷系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。本方法 相比于傳統(tǒng)使用時域仿真法判斷暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，具有快速有效的特點，可W在故障切除 時刻就可靠地判斷系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，從而大量縮短了仿真時間。
[0004] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0005] -種基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方法，包括W下步 驟：
[0006] S1、構(gòu)造結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)，所述結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)包含發(fā)電機=階模型W 及電動機簡化一階模型；
[0007] S2、判斷主導(dǎo)負(fù)荷母線，對所述主導(dǎo)負(fù)荷母線除外的電力系統(tǒng)其余部分作戴維南 等值，通過電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的滑差初始值；
[000引S3、W所述滑差初始值作為迭代初值，其余變量的初值為故障后穩(wěn)定平衡點的值， 通過牛頓-拉夫遜法迭代得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點；
[0009] S4、將所述主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的值帶入所述結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)，得到維持電力 系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的臨界能量值，從而判斷電力系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟Sl具體為：
[0011] Sl 1、基于基爾霍夫電流定律，獲得電力系統(tǒng)的電流守恒方程：
[0012] YbusVbus-Ig+Il = 0
[001引其中，Ybus表示系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣，Vbus表示節(jié)點電壓向量，I康示發(fā)電機注入電流向 量，Il表示負(fù)荷注入電流向量；
[0014] Sl 2、將上述電力系統(tǒng)的電流守恒方程的左右兩邊同乘WdVBUS，并且取虛部，沿著 電力系統(tǒng)軌跡積分，得到表達(dá)式：
[0015]
[0016] 上式中，n表示系統(tǒng)節(jié)點數(shù)，每表示節(jié)點導(dǎo)納矩陣的共輛，表示節(jié)點電壓的共輛， Vi表示節(jié)點電壓，/<；表示發(fā)電機注入電流的共輛，4表示負(fù)荷注入電流的共輛，同時，上式 第一項表示電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)勢能、上式第二項表示發(fā)電機部分能量、上式第=項表示負(fù)荷 部分能量，其中，所述發(fā)電機=階模型為：
[0017]
[0018] 上式中，Si表示發(fā)電機功角，O 1表示發(fā)電機的角速度，T^dDi表示發(fā)電機開路暫態(tài)時 間常數(shù)，E%i表示發(fā)電機q軸瞬態(tài)電勢，Efdi表示發(fā)電機勵磁電勢，Xdi表示發(fā)電機同步電抗， 表示發(fā)電機d軸暫態(tài)電抗，idi表示發(fā)電機d軸電流，Mi表示發(fā)電機慣性常數(shù)，Pmi表示發(fā)電 機機械功率，Pei表示發(fā)電機電磁功率；
[0019] 而所述電動機簡化一階模型為：
[0020；
[0021] 上式中，S表示電動機的滑差，Hm表示電動機的慣性常數(shù)，Tm表示電動機的機械轉(zhuǎn) 矩，TRl表不電動機的轉(zhuǎn)子電阻，Ts表不電動機的定子電阻，Xs表不電動機的定子電抗，XRl表 示電動機的轉(zhuǎn)子電抗，V表示電動機端母線電壓；
[0022] S13、對步驟S12得到的表達(dá)式進(jìn)行積分，從而得到所述結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)的表 達(dá)式如下所示：
[0027]
[0028] 其中m表示發(fā)電機個數(shù)，n表示母線個數(shù)，Ml表示發(fā)電機慣性常數(shù)，《1表示發(fā)電機的 角速度，Pm康示發(fā)電機機械功率，S康示發(fā)電機功角，Pl康示系統(tǒng)的有功負(fù)荷，Q(Vi)表示系 統(tǒng)的無功負(fù)荷，E%1表示發(fā)電機q軸瞬態(tài)電勢，Vi表示母線電壓，Efdi(t)表示發(fā)電機勵磁電 勢Ji康示節(jié)點導(dǎo)納矩陣的虛部，Xd康示發(fā)電機同步電抗，di表示發(fā)電機d軸暫態(tài)電抗，0i 表示系統(tǒng)節(jié)點角度，而= 0i-0j，Xqi表示發(fā)電機q軸同步電抗，而X = Xs+XRl，Ixi表示電動機 的X軸電流，Iyi表示電動機的y軸電流，上式中下標(biāo)帶有0的表示系統(tǒng)狀態(tài)為故障后穩(wěn)定平衡 點的值。
[0029] 進(jìn)一步地，所述步驟S2具體為：
[0030] S21、選取穩(wěn)態(tài)時電壓較低的母線作為主導(dǎo)負(fù)荷母線，并對電力系統(tǒng)剩余部分作戴 維南等值；
[0031] S22、求解電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程：
[0032]
[0033] 得到的較大的滑差值作為故障后主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點中滑差的初值；
[0034] 上式中Eeq表示系統(tǒng)的戴維南等值電勢，rRi表示電動機定子電阻，req表示系統(tǒng)的戴 維南等值電阻，Xeq表示系統(tǒng)戴維南等值電抗，XRl表示轉(zhuǎn)子電抗，S表示電動機滑差，而等式 右邊中a、b和C為電動機機械轉(zhuǎn)矩的參數(shù)。
[0035] 進(jìn)一步地，所述步驟S3具體為：
[0036] S31、將電力系統(tǒng)故障前的穩(wěn)定平衡點代入系統(tǒng)方程，即電力系統(tǒng)發(fā)電機與電動機 微分方程中微分項置零后的方程，即電力系統(tǒng)動態(tài)平衡方程：
[0037]
[0038] 與電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程：
[0039] YbusVbus_Ig+Il = 〇 的聯(lián)立方程。
[0040] 在上式中，n表示發(fā)電機的個數(shù)，m表示電動機的個數(shù)，Oi表示發(fā)電機的角速度， Efdi表示發(fā)電機的勵磁電勢，E%康示發(fā)電機q軸瞬態(tài)電勢，別康示發(fā)電機同步電抗，表 示發(fā)電機d軸暫態(tài)電抗，idi表示發(fā)電機d軸電流，Pmi表示發(fā)電機的機械功率，Pei表示發(fā)電機 的電磁功率，Sj表示電動機的滑差，Hmj表示電動機的慣性常數(shù)，Tmj表示電動機的機械轉(zhuǎn)矩， TRl j表示電動機的轉(zhuǎn)子電阻，Tsj表示電動機的定子電阻，Xs j表示電動機的定子電抗，XRl j表 示電動機的轉(zhuǎn)子電抗，Vj表示電動機端母線電壓，Ybus表示系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣，Vbus表示節(jié)點電壓 向量，Ic表示發(fā)電機注入電流向量，Il表示負(fù)荷注入電流向量。經(jīng)過牛拉法迭代得到故障后 穩(wěn)定平衡點；
[0041] S32、將所述步驟S22得到的滑差的初值取代故障后穩(wěn)定平衡點中對應(yīng)滑差的值， 經(jīng)過牛拉法迭代得到電壓型的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點。
[0042] 進(jìn)一步地，所述步驟S4具體為：
[0043] S41、將所述主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點作為積分上限，將所述故障后穩(wěn)定平衡點作為積分 下限，代入所述步驟S13中得到的所述結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)的表達(dá)式中，得到的值作為臨界 能量；
[0044] S42、對一個電力系統(tǒng)，W切除時刻電力系統(tǒng)的運行點作為積分上限、故障后穩(wěn)定 平衡點為下限，得到故障切除時刻的能量函數(shù)值；
[0045 ] S43、對比所述故障切除時刻的能量函數(shù)值與所述臨界能量相比，如果切除時刻的 能量函數(shù)值大于臨界能量，則電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓失穏，否則暫態(tài)電壓穩(wěn)定。
[0046] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：
[0047] 本發(fā)明通過尋找與暫態(tài)電壓穩(wěn)定相關(guān)的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點，并且結(jié)合能量函數(shù)法 來判斷電力系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，具有耗時短，可W給出穩(wěn)定裕度的優(yōu)點，避免了傳統(tǒng)時 域仿真法需要仿真較長時間才能判斷系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定的局限性。且經(jīng)過算例驗證，該 方法可W有效預(yù)測系統(tǒng)維持暫態(tài)電壓穩(wěn)定的極限切除時間，具有相當(dāng)?shù)木_度。
【附圖說明】
[0048] 圖1是本發(fā)明中公開的基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方 法的步驟圖；
[0049] 圖2是本實施例所用S機九節(jié)點電力系統(tǒng)的示意圖；
[0050] 圖3是一階電動機模型及等值示意圖；
[0051] 圖4是實施例所用S機九節(jié)點電力系統(tǒng)中母線6的電壓示意圖。
【具體實施方式】
[0052] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，W下參照附圖并舉實施例對 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。
[0053] 實施例
[0054] 請參見圖1，圖1是本實施例中公開的一種基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài) 電壓穩(wěn)定性判斷方法的步驟圖。而圖2所示即為本實施例所用系統(tǒng)的示意圖。圖1所示的一 種基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方法，具體包括如下步驟：
[0055] S1、構(gòu)造包含發(fā)電機S階模型，電動機簡化一階模型的結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)；
[0056] S2、判斷主導(dǎo)負(fù)荷母線，對主導(dǎo)負(fù)荷母線除外的系統(tǒng)其余部分作戴維南等值，通過 電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的滑差初始值；
[0057] S3、W滑差初始值作為迭代初值，其余變量的初值為故障后穩(wěn)定平衡點的值，通過 牛頓-拉夫遜法迭代得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點；
[0058] S4、將主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的值帶入能量函數(shù)表達(dá)式，得到維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的臨 界能量值，從而判斷系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。
[0059] 具體應(yīng)用中，步驟S1、構(gòu)造包含發(fā)電機=階模型，電動機簡化一階模型的結(jié)構(gòu)保持 型能量函數(shù)，包含W下步驟：
[0060] SI I、基于基爾霍夫電流定律，作出系統(tǒng)的電流守恒方程：
[0061] YbusVbus-Ig+Il = 0；
[0062] 其中，Ybus表示系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣，Vbus表示節(jié)點電壓向量，Ig表示發(fā)電機注入電流向 量，Il表示負(fù)荷注入電流向量；
[00創(chuàng) Sl 2、上式左右兩邊同乘WdVBUS，并且取虛部，沿著系統(tǒng)軌跡積分，得到表達(dá)式：
[0064]
[00化]上式中，n表示系統(tǒng)節(jié)點數(shù)，表示節(jié)點導(dǎo)納矩陣的共輛，示節(jié)點電壓的共輛， Vi表示節(jié)點電壓，4表示發(fā)電機注入電流的共輛，'表示負(fù)荷注入電流的共輛。
[0066] S13、對S12得到的表達(dá)式進(jìn)行積分，需要注意的是，系統(tǒng)中除了母線6為電動機負(fù) 荷，母線5和母線8所掛的負(fù)荷均為恒阻抗負(fù)荷。得到能量函數(shù)表達(dá)式如下所示：
[
[
[
[
[
[0072] 上式中，表示發(fā)電機的角速度，Pmi表示發(fā)電機機械功率，Si表示發(fā)電機功角，Pli 表示系統(tǒng)的恒阻抗有功負(fù)荷，Qii表示系統(tǒng)的恒阻抗無功負(fù)荷，E%1表示發(fā)電機q軸瞬態(tài)電 勢，Vi表示母線電壓，Efdi (t)表示發(fā)電機勵磁電勢，Bij表示節(jié)點導(dǎo)納矩陣的虛部，Xdi表示發(fā) 電機同步電抗，康示發(fā)電機d軸暫態(tài)電抗，0康示系統(tǒng)節(jié)點角度，而0ij = 0i-0j，Xq康示發(fā) 電機q軸同步電抗，而Xi = Xs+XRi，Ixi表示電動機的X軸電流，Iyi表示電動機的y軸電流，上式 中下標(biāo)帶有0的表示系統(tǒng)狀態(tài)為故障后穩(wěn)定平衡點的值。
[0073] 具體應(yīng)用中，步驟S2、判斷主導(dǎo)負(fù)荷母線，對主導(dǎo)負(fù)荷母線除外的系統(tǒng)其余部分作 戴維南等值，通過電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的滑差初始值，包 含W下分步驟：
[0074] S21、選取穩(wěn)態(tài)時電壓較低的母線作為主導(dǎo)負(fù)荷母線，并對系統(tǒng)剩余部分作戴維南 等值；
[0075] 由潮流解可W看出，應(yīng)該選取母線6作為主導(dǎo)負(fù)荷母線，并作戴維南等值，具體如 圖3所示；
[0076] S22、求解電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程：
[0077]
，等式中Eeq表示系統(tǒng)的戴維南等值電勢，m表示 電動機定子電阻，req表示系統(tǒng)的戴維南等值電阻，Xeq表示系統(tǒng)戴維南等值電抗，XRl表示轉(zhuǎn) 子電抗，S表示電動機滑差，而等式右邊中a、b和C為電動機機械轉(zhuǎn)矩的參數(shù)。得到較大的滑 差值作為故障后主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點中滑差的初值；
[0078] 計算得到的滑差較大值為0.0494;
[0079] 具體應(yīng)用中，步驟S3、W滑差初始值作為迭代初值，其余變量的初值為故障后穩(wěn)定 平衡點的值，通過牛頓-拉夫遜法迭代得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點;包含W下分步驟：
[0080] S31、將系統(tǒng)故障前的穩(wěn)定平衡點代入系統(tǒng)方程，在本案例中具體為電力系統(tǒng)動態(tài) 平衡方程：
[0081]
[00劇與電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程YbusVbus-Ig+Il = 0的聯(lián)立方程。在上式中，…表示發(fā)電機的 角速度，Efdi表示發(fā)電機的勵磁電勢，E%i表示發(fā)電機q軸瞬態(tài)電勢，Xdi表示發(fā)電機同步電 抗，表示發(fā)電機d軸暫態(tài)電抗，id康示發(fā)電機d軸電流，Pm康示發(fā)電機的機械功率，Pei表 示發(fā)電機的電磁功率，S表示電動機的滑差，Hm表示電動機的慣性常數(shù)，Tm表示電動機的機械 轉(zhuǎn)矩，TRl表示電動機的轉(zhuǎn)子電阻，。表示電動機的定子電阻，Xs表示電動機的定子電抗，XRl 表示電動機的轉(zhuǎn)子電抗，V表示電動機端母線電壓，Ybus表示系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣，Vbus表示節(jié)點電 壓向量，IG表示發(fā)電機注入電流向量，Il表示負(fù)荷注入電流向量。經(jīng)過牛拉法迭代得到故障 后穩(wěn)定平衡點；
[0083] 所設(shè)故障為母線7發(fā)生S相故障，經(jīng)過一定時間后切除，為簡化起見，故障消除后 不切除線路，因此故障前穩(wěn)定平衡點(潮流解)即為故障后穩(wěn)定平衡點，如表1所示
[0084] 表1故障后穩(wěn)定平衡點 「00851
[0086] ~在上面的表格中，S表示電動機滑差，O 1~O 3表示發(fā)電機的角速度，Si~S3表示發(fā)I 電機的功角，E%i~E%3表示發(fā)電機的q軸暫態(tài)電勢，目1~目9表示母線節(jié)點相角，Ui~化表示母 線節(jié)點電壓，下表同。
[0087] S32、將步驟S22得到的滑差初值取代故障后穩(wěn)定平衡點中對應(yīng)滑差的值，經(jīng)過牛 拉法迭代得到電壓型的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點；
[0088] 得到的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點如下所示：
[0089] 表2主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點
[0090]
[
[0092] 具體應(yīng)用中，步驟S4、將主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的值帶入能量函數(shù)表達(dá)式，得到維持系 統(tǒng)電壓穩(wěn)定的臨界能量值，從而判斷系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，包含W下分步驟：
[0093] S41、將所得到的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點作為積分上限、故障后穩(wěn)定平衡點作為積分下 限，代入步驟S13所得到的能量函數(shù)表達(dá)式中，得到的值為臨界能量；
[0094] 計算得到的系統(tǒng)臨界能量函數(shù)值為2.0495。
[00M] S42、對一個系統(tǒng)，W切除時刻系統(tǒng)的運行點作為積分上限、故障后穩(wěn)定平衡點為 下限，得到故障切除時刻的能量函數(shù)值；
[0096] 本次實施例中，故障發(fā)生時刻為1.0s，故障切除時刻為1.2s，對應(yīng)的臨界能量值為 1.7294。
[0097] S43、對比切除時刻的能量函數(shù)值與臨界能量相比，如果切除時刻的能量函數(shù)值大 于臨界能量，則系統(tǒng)暫態(tài)電壓失穏，否則暫態(tài)電壓穩(wěn)定。
[0098] 根據(jù)能量函數(shù)法，可知系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定，與仿真波形相符，，母線6的仿真波形如 圖4所示。
[0099] 值得一提的是，臨界能量對應(yīng)的故障切除時間為1.221s，根據(jù)時域仿真法得到的 臨界切除時間為1.224,誤差為1.34%，保證了本發(fā)明所提出方法足夠的精確性。
[0100] 綜上所述，本發(fā)明基于系統(tǒng)內(nèi)無功守恒的規(guī)律，構(gòu)造了包含簡化一階電動機模型 的能量函數(shù)，再通過戴維南等值的方法求得主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的初值，最后通過牛頓-拉夫 遜法迭代得到電壓型的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點。在結(jié)合所提出能量函數(shù)和得到的主導(dǎo)不穩(wěn)定平 衡點后，可W有效得到維持電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的臨界切除時間。
[0101] 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方法，其特征在于，包 括W下步驟： 51、 構(gòu)造結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)，所述結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)包含發(fā)電機Ξ階模型W及電 動機簡化一階模型； 52、 判斷主導(dǎo)負(fù)荷母線，對所述主導(dǎo)負(fù)荷母線除外的電力系統(tǒng)其余部分作戴維南等值， 通過電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的滑差初始值； 53、 W所述滑差初始值作為迭代初值，其余變量的初值為故障后穩(wěn)定平衡點的值，通過 牛頓-拉夫遜法迭代得到電壓型主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點； 54、 將所述主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點的值帶入所述結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)，得到維持電力系統(tǒng) 暫態(tài)電壓穩(wěn)定的臨界能量值，從而判斷電力系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方 法，其特征在于，所述步驟S1具體為： 511、 基于基爾霍夫電流定律，獲得電力系統(tǒng)的電流守恒方程： YbusVbus-Ig+Il = 0 其中，Ybus表不系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣，Vbus表不節(jié)點電壓向量，Ig表不發(fā)電機注入電流向量，II表 示負(fù)荷注入電流向量； 512、 將上述電力系統(tǒng)的電流守恒方程的左右兩邊同乘WdVBus，并且取虛部，沿著電力 系統(tǒng)軌跡積分，得到表達(dá)式：上式中，η表示系統(tǒng)節(jié)點數(shù)，:?表示節(jié)點導(dǎo)納矩陣的共輛，F(xiàn)；表示節(jié)點電壓的共輛，Vi表 示節(jié)點電壓，4表示發(fā)電機注入電流的共輛，4表示負(fù)荷注入電流的共輛，同時，上式第一 項表示電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)勢能、上式第二項表示發(fā)電機部分能量、上式第Ξ項表示負(fù)荷部分 能量，其中，所述發(fā)電機Ξ階模型為：上式中，Si表示發(fā)電機功角，ω i表示發(fā)電機的角速度，T/dDi表示發(fā)電機開路暫態(tài)時間常 數(shù)，E%i表不發(fā)電機q軸瞬態(tài)電勢，Efdi表不發(fā)電機勵磁電勢，xdi表不發(fā)電機同步電抗，χ/ di表 不發(fā)電機d軸暫態(tài)電抗，idi表不發(fā)電機d軸電流，Mi表不發(fā)電機慣性常數(shù)，Pmi表不發(fā)電機機械 功率，Pei表不發(fā)電機電磁功率； 而所述電動機簡化一階模型為：上式中，S表示電動機的滑差，Hm表示電動機的慣性常數(shù)，Tm表示電動機的機械轉(zhuǎn)矩，rRl 表示電動機的轉(zhuǎn)子電阻，。表示電動機的定子電阻，Xs表示電動機的定子電抗，XR1表示電動 機的轉(zhuǎn)子電抗，V表示電動機端母線電壓； S13、對步驟S12得到的表達(dá)式進(jìn)行積分，從而得到所述結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)的表達(dá)式 如下所示：其中m表示發(fā)電機個數(shù)，η表示母線個數(shù)，Ml表示發(fā)電機慣性常數(shù)，ωι表示發(fā)電機的角速 度，Ρ"康示發(fā)電機機械功率，δ康示發(fā)電機功角，Pi康示系統(tǒng)的有功負(fù)荷，Q(Vi)表示系統(tǒng)的 無功負(fù)荷，E%i表示發(fā)電機q軸瞬態(tài)電勢，Vi表示母線電壓，Efdi(t)表示發(fā)電機勵磁電勢，Bij 表示節(jié)點導(dǎo)納矩陣的虛部，Xdi表示發(fā)電機同步電抗，x^di表示發(fā)電機d軸暫態(tài)電抗，θ?表示系 統(tǒng)節(jié)點角度，而0ij = 0i-0j，Xq康示發(fā)電機q軸同步電抗，而X = Xs+邱l，Iχ康示電動機的x軸電 流，lyi表示電動機的y軸電流，上式中下標(biāo)帶有0的表示系統(tǒng)狀態(tài)為故障后穩(wěn)定平衡點的值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方 法，其特征在于，所述步驟S2具體為： 521、 選取穩(wěn)態(tài)時電壓較低的母線作為主導(dǎo)負(fù)荷母線，并對電力系統(tǒng)剩余部分作戴維南 等值； 522、 求解電動機的轉(zhuǎn)矩平衡方程：得到的較大的滑差值作為故障后主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點中滑差的初值； 上式中Eeq表示系統(tǒng)的戴維南等值電勢，rRi表示電動機定子電阻，req表示系統(tǒng)的戴維南 等值電阻，Xeq表示系統(tǒng)戴維南等值電抗，XR1表示轉(zhuǎn)子電抗，S表示電動機滑差，而等式右邊 中a、b和C為電動機機械轉(zhuǎn)矩的參數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方 法，其特征在于，所述步驟S3具體為： S31、將電力系統(tǒng)故障前的穩(wěn)定平衡點代入電力系統(tǒng)發(fā)電機與電動機微分方程中微分 項置零后的方程，即電力系統(tǒng)動態(tài)平衡方程：與電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程:YbusVbus-Ig+Il = ο的聯(lián)立方程， 在上式中，η表示發(fā)電機的個數(shù)，m表示電動機的個數(shù)，ω i表示發(fā)電機的角速度，Efdi表示 發(fā)電機的勵磁電勢，E%i表示發(fā)電機q軸瞬態(tài)電勢，xdi表示發(fā)電機同步電抗，x^di表示發(fā)電機 d軸暫態(tài)電抗，i di表示發(fā)電機d軸電流，Pmi表示發(fā)電機的機械功率，Pei表示發(fā)電機的電磁功 率，表示電動機的滑差，Hmj表示電動機的慣性常數(shù)，Tmj表示電動機的機械轉(zhuǎn)矩，ηυ表示電 動機的轉(zhuǎn)子電阻，rsj表示電動機的定子電阻，xs j表示電動機的定子電抗，XRij表示電動機的 轉(zhuǎn)子電抗，vj表示電動機端母線電壓，Ybus表示系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣，Vbus表示節(jié)點電壓向量，Ic表示 發(fā)電機注入電流向量，II表示負(fù)荷注入電流向量。經(jīng)過牛拉法迭代得到故障后穩(wěn)定平衡點； S32、將所述步驟S22得到的滑差的初值取代故障后穩(wěn)定平衡點中對應(yīng)滑差的值，經(jīng)過 牛拉法迭代得到電壓型的主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于啟發(fā)式能量函數(shù)法的電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判斷方 法，其特征在于，所述步驟S4具體為： 541、 將所述主導(dǎo)不穩(wěn)定平衡點作為積分上限，將所述故障后穩(wěn)定平衡點作為積分下 限，代入所述步驟S13中得到的所述結(jié)構(gòu)保持型能量函數(shù)的表達(dá)式中，得到的值作為臨界能 量； 542、 對一個電力系統(tǒng)，W切除時刻電力系統(tǒng)的運行點作為積分上限、故障后穩(wěn)定平衡 點為下限，得到故障切除時刻的能量函數(shù)值； 543、 對比所述故障切除時刻的能量函數(shù)值與所述臨界能量相比，如果切除時刻的能量 函數(shù)值大于臨界能量，則電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓失穏，否則暫態(tài)電壓穩(wěn)定。
【文檔編號】H02J3/00GK106099922SQ201610596684
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610596684.5, CN 106099922 A, CN 106099922A, CN 201610596684, CN-A-106099922, CN106099922 A, CN106099922A, CN201610596684, CN201610596684.5
【發(fā)明人】杜兆斌, 詹富均, 黃炳祥, 夏成軍
【申請人】華南理工大學(xué)