一種適用于電力系統(tǒng)低頻振蕩輔助決策的無(wú)功調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)仿真分析領(lǐng)域，更具體設(shè)及一種適用于電力系統(tǒng)低頻振蕩輔 助決策的無(wú)功調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著我國(guó)西電東送、大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)工程的逐步實(shí)施，互聯(lián)程度的提高為解決我國(guó)能 源分布與用電需求倒置，提高電力傳輸效率W及經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。與此同時(shí)，電網(wǎng)的規(guī) 模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)因素的制約使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況更加接 近極限條件。在運(yùn)種情況下，大電網(wǎng)互聯(lián)后的低頻振蕩問(wèn)題日益突出，聯(lián)絡(luò)線功率發(fā)生大幅 度波動(dòng)，甚至劇烈振蕩的風(fēng)險(xiǎn)增加。
[0003] 為了更好地了解聯(lián)網(wǎng)后大型電力系統(tǒng)低頻振蕩特性，并進(jìn)一步采取更有效的措施 保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，開(kāi)發(fā)能夠適用于離線分析和在線防控預(yù)警的低頻振蕩輔助決策系 統(tǒng)具有重要的意義。該系統(tǒng)應(yīng)具備可靠地分析大型電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性、并針對(duì)弱阻尼 和負(fù)阻尼振蕩模式給出輔助控制決策方案的功能。
[0004] 現(xiàn)有的常規(guī)小干擾穩(wěn)定性計(jì)算分析方法和軟件已經(jīng)比較成熟，并廣泛應(yīng)用于電力 系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行中，主要用來(lái)分析系統(tǒng)可能存在的弱阻尼模式和低頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)一 步針對(duì)低頻振蕩產(chǎn)生的原因，研究提高系統(tǒng)阻尼的措施。運(yùn)些措施主要是加裝電力系統(tǒng)穩(wěn) 定器PSS、靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC、可控串聯(lián)補(bǔ)償器TCSC及直流輸電系統(tǒng)的附加控制系統(tǒng)等裝 置。但從系統(tǒng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的運(yùn)行來(lái)看，使用運(yùn)些裝置并不能充分和快速地解決小干擾穩(wěn)定問(wèn)題，因 為裝置的執(zhí)行要經(jīng)過(guò)冗長(zhǎng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和投運(yùn)過(guò)程，不能完全滿足所有可能出現(xiàn)的問(wèn) 題；而且由小干擾穩(wěn)定性問(wèn)題導(dǎo)致的系統(tǒng)振蕩事件經(jīng)常是在短期內(nèi)出現(xiàn)，通過(guò)安裝新的控 制器來(lái)減輕運(yùn)一問(wèn)題不是最有效的方法。 陽(yáng)〇化]另外，在小干擾穩(wěn)定性計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行方式，包括改變發(fā) 電機(jī)有功、無(wú)功出力，增加無(wú)功補(bǔ)償，改變樞紐點(diǎn)電壓，改變聯(lián)絡(luò)線傳輸功率等，也是提高系 統(tǒng)阻尼抑制低頻振蕩的有效措施。但在具體實(shí)施過(guò)程中，運(yùn)行方式的調(diào)整更多地依賴于工 程人員的經(jīng)驗(yàn)和嘗試，而沒(méi)有一套系統(tǒng)的、針對(duì)實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的、可量化的調(diào)整策略， 所W對(duì)運(yùn)行方式的調(diào)整也迫切需要一個(gè)有指導(dǎo)意義的指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種適用于電力系統(tǒng)低頻振蕩輔助決策的無(wú)功調(diào)整方法，通 過(guò)調(diào)整機(jī)組的無(wú)功出力，提高系統(tǒng)阻尼，消減低頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：一種適用于電力系統(tǒng)低頻振蕩輔助 決策的無(wú)功調(diào)整方法，包括：
[0008] (1)根據(jù)初步的小干擾穩(wěn)定分析，獲取振蕩模式及機(jī)組信息；
[0009] (2)設(shè)定篩選條件，篩選低頻振蕩模式；
[0010] (3)對(duì)所有篩選出的所述低頻振蕩模式逐一構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)及約束條件，并求解優(yōu) 化問(wèn)題；
[0011] (4)匯總無(wú)功調(diào)整的輔助決策策略表，指導(dǎo)電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行。
[0012] 所述初步的小干擾穩(wěn)定分析的過(guò)程包括：
[001引 （1-1)根據(jù)給定的參數(shù)、運(yùn)行條件、直流輸電系統(tǒng)參數(shù)及無(wú)功補(bǔ)償、樞紐點(diǎn)及平衡 點(diǎn)的電壓和相角進(jìn)行潮流計(jì)算，獲得電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)；所述參數(shù)包括電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、線 路和變壓器；所述運(yùn)行條件包括發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的運(yùn)行條件；
[0014] (1-2)在所述電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)處，根據(jù)動(dòng)態(tài)元件模型和參數(shù)建立狀態(tài)方程，計(jì) 算線性化矩陣；
[0015] (1-3)設(shè)定特征值計(jì)算條件，對(duì)電力系統(tǒng)所述線性化矩陣求解特征值，并求解各特 征值對(duì)應(yīng)的振蕩模式的指標(biāo)，包括頻率、阻尼比、相關(guān)比、特征向量及參與因子，從而確定所 述振蕩模式。
[0016] 所述篩選條件包括低頻振蕩模式的頻率范圍、弱阻尼和負(fù)阻尼模式的阻尼比、與 功角相關(guān)的機(jī)電振蕩模式的相關(guān)比的范圍、區(qū)分振蕩模式中發(fā)生振蕩的兩組機(jī)群的特征向 量右角度指標(biāo)W及參與的機(jī)組角度和參與因子的范圍；
[0017] 根據(jù)所述篩選條件，對(duì)所述步驟（1)獲取到的振蕩模式篩選出與低頻振蕩有關(guān)的 弱阻尼振蕩模式，并獲取參與的機(jī)組信息。
[0018] 所述對(duì)所有篩選出的所述低頻振蕩模式逐一構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)及約束條件，并求解優(yōu) 化問(wèn)題的過(guò)程包括：
[0019] (3-1)計(jì)算各低頻振蕩模式中特征值對(duì)參與機(jī)組的無(wú)功功率的靈敏度；
[0020] (3-2)根據(jù)所述靈敏度的指標(biāo)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)梯度，并結(jié)合其約束條件計(jì)算低頻振 蕩模式中參與機(jī)組的無(wú)功調(diào)整量；
[0021] (3-3)根據(jù)所述無(wú)功調(diào)整量改變機(jī)組無(wú)功出力，計(jì)算新的運(yùn)行狀態(tài)下的線性化矩 陣，并重新計(jì)算各低頻振蕩模式的特征值及其對(duì)參與機(jī)組的無(wú)功的靈敏度；
[0022] (3-4)重新計(jì)算目標(biāo)函數(shù)梯度，并判斷其是否收斂，若不收斂，則返回步驟（3-3)， 反復(fù)迭代最終完成各低頻振蕩模式優(yōu)化問(wèn)題的求解。
[0023] 在所述求解優(yōu)化問(wèn)題的過(guò)程包括：記錄所述步驟（3-3)得到的無(wú)功調(diào)整量及所述 步驟（3-4)重新計(jì)算得到的特征值和低頻振蕩模式的信息；最終匯總成輔助決策的策略 表。
[0024] 所述步驟（1-2)中建立狀態(tài)方程的動(dòng)態(tài)元件包括發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、電力 系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS、調(diào)速器、風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電系統(tǒng)、直流輸電系統(tǒng)、靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC和 可控串補(bǔ)裝置TCSC。
[00巧]所述設(shè)定特征值計(jì)算條件包括：
[00%] 用于確定捜索特征值所在的頻率段的捜索范圍；
[0027]用于確定將捜索范圍中的區(qū)段數(shù)目的捜索點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0028] 用于確定在復(fù)平面上每個(gè)捜索點(diǎn)周圍由近及遠(yuǎn)捜索特征值的個(gè)數(shù)的捜索特征值 的個(gè)數(shù)；
[0029] 加速收斂參數(shù)守衛(wèi)向量個(gè)數(shù)。
[0030] 構(gòu)造的所述目標(biāo)函數(shù)為： 陽(yáng)的。minf(入i) 陽(yáng)0巧其中，/化.）=嚴(yán)<^)，Al為篩選出的第i個(gè)低頻振蕩模式的特征值，Re表示特征 值實(shí)部。
[0033] 設(shè)定的所述無(wú)功約束條件為：
[0035] 式中，Q,k表示第i個(gè)低頻振蕩模式中第j個(gè)參與機(jī)組累計(jì)k次調(diào)整后的無(wú)功，Q,mm 表示機(jī)組j的無(wú)功下限，表示機(jī)組J的無(wú)功上限，0 1和0 2表示與機(jī)組發(fā)出無(wú)功能力 的調(diào)整因子，k表示累計(jì)無(wú)功調(diào)整次數(shù)；dQik表示機(jī)組J第k次調(diào)整的無(wú)功，dQm。、表示單步 調(diào)整量限制；Mg。。表示參與調(diào)整的機(jī)組個(gè)數(shù)，M1表示該低頻振蕩模式所有參與的機(jī)組個(gè)數(shù)。
[0036] 所述各低頻振蕩模式中特征值對(duì)參與機(jī)組的無(wú)功功率的靈敏度通過(guò)下式確定：
陽(yáng)03引式中，Q。為第i個(gè)低頻振蕩模式中參與的第j個(gè)機(jī)組的無(wú)功功率，U和V分別表 示該低頻振蕩模式特征值的左、右特征向量，
為狀態(tài)矩陣對(duì)Qi,的導(dǎo)數(shù)，A1為篩選出的 第i個(gè)低頻振蕩模式的特征值。
[0039] 所述靈敏度的指標(biāo)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)梯度通過(guò)下式確定：
[0041] 所述計(jì)算低頻振蕩模式中參與機(jī)組的無(wú)功調(diào)整量的過(guò)程包括：
[0042] 通過(guò)步長(zhǎng)因子a與各參與機(jī)組梯度分量
的乘積作為無(wú)功調(diào)整量，并結(jié)合約 束條件檢查調(diào)整量是否超標(biāo)，若調(diào)整量超標(biāo)則修正步長(zhǎng)因子，保證各機(jī)組的調(diào)整量不能超 出機(jī)組調(diào)節(jié)能力和速度。
[0043] 判斷所述目標(biāo)函數(shù)收斂時(shí)，通過(guò)調(diào)整機(jī)組無(wú)功后求得的新的靈敏度計(jì)算梯度，并 計(jì)算各參與機(jī)組梯度分量
的均方根值O<e作為判斷收斂的標(biāo)準(zhǔn)，梯度均方根計(jì)算 的表達(dá)式為：
陽(yáng)045] 其中Mi為第i個(gè)模式中參與的Mi臺(tái)機(jī)組，e為一個(gè)小量，表示判斷收斂的口檻值。
[0046] 所述輔助決策策略表的信息包括：