本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析領(lǐng)域，具體涉及一種用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的振蕩源定位方法。
背景技術(shù)：
：低頻振蕩是威脅電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一個(gè)突出問(wèn)題，快速并準(zhǔn)確地定位出負(fù)阻尼機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的低頻振蕩分析和控制有著極為重要的意義。目前，低頻振蕩產(chǎn)生機(jī)理主要有負(fù)阻尼機(jī)理和強(qiáng)迫振蕩機(jī)理。負(fù)阻尼機(jī)理認(rèn)為發(fā)電機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩不足導(dǎo)致了小擾動(dòng)功角失穩(wěn)，原因在于高倍率的勵(lì)磁放大系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)阻尼抵消了系統(tǒng)固有的正阻尼，使得系統(tǒng)總阻尼下降甚至成為負(fù)值。負(fù)阻尼機(jī)理是目前發(fā)展最為完善的低頻振蕩機(jī)理，目前已成為解析低頻振蕩現(xiàn)象和設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PowerSystemStabilizer，PSS)的主要理論依據(jù)。在負(fù)阻尼振蕩中，負(fù)阻尼機(jī)組對(duì)模式阻尼削弱最嚴(yán)重，通常被定義為振蕩源。目前，研究振蕩源定位的方法主要有：混合仿真法、能量函數(shù)法和波形相似法?；旌戏抡娣ɡ肞MU單元的實(shí)時(shí)同步相量數(shù)據(jù)和分布模式信息將電網(wǎng)等效成若干子系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)比仿真曲線(xiàn)和實(shí)測(cè)曲線(xiàn)來(lái)定位含擾動(dòng)源的子系統(tǒng)，然后反復(fù)將含擾動(dòng)源的子系統(tǒng)細(xì)分為更小子系統(tǒng)，并最終確定含擾動(dòng)源的最小子系統(tǒng)，但是混合仿真法的解耦方法有待優(yōu)化，以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)PMU的布點(diǎn)，并且混合仿真法不適用于在線(xiàn)定位。能量函數(shù)法應(yīng)用較為廣泛，但該方法的理論基于單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)推導(dǎo)而來(lái)，應(yīng)用在多機(jī)系統(tǒng)中會(huì)存在較大誤差，因此對(duì)于實(shí)際大規(guī)模電力系統(tǒng)而言，該方法不夠準(zhǔn)確。波形相似法利用低頻振蕩時(shí)電壓行波的特殊形態(tài)傳播到電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)所具有的相似性和時(shí)延性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)源的定位，但是實(shí)際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在電網(wǎng)參數(shù)時(shí)變情況下，波形相似法會(huì)產(chǎn)生較大誤差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的振蕩源定位方法，本方法便于量測(cè)、準(zhǔn)確的高、適用于大規(guī)模電力系統(tǒng)振蕩源定位，以及檢測(cè)在不同振蕩模式中各發(fā)電機(jī)是否提供了負(fù)阻尼。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的振蕩源定位方法，包括以下步驟：步驟1：獲取擾動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)各機(jī)組的量測(cè)量，所述量測(cè)量包括第i臺(tái)發(fā)電機(jī)所連母線(xiàn)支路在k時(shí)刻的采樣值，所述采樣值包括有功功率Pi,k、角速度ωi,k，其中i＝1,2,…,s，s為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)，k＝1,2,…,L，L為設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的采樣個(gè)數(shù)；步驟2：根據(jù)有功功率Pi,k、角速度ωi,k獲得相應(yīng)的有功功率變化量ΔPi、角速度變化量Δωi，即ΔPi＝Pi-Pi,0，Δωi＝ωi-ωi,0，Pi,0、ωi,0分別表示穩(wěn)態(tài)有功功率、穩(wěn)態(tài)角速度；步驟3：利用TLS-ESPRIT算法進(jìn)行低頻振蕩模式辨識(shí)，分別辨識(shí)出有功功率變化量、無(wú)功功率變化量、電壓幅值變化量以及電壓相角變化量在不同振蕩模式下的振蕩幅值A(chǔ)mn、衰減因子σmn、振蕩頻率fmn和初始相位其中m＝1,2分別對(duì)應(yīng)有功功率變化量、角速度變化量，n＝1,2,…,s-1，n表示振蕩模式的個(gè)數(shù)；步驟4：選擇弱阻尼振蕩模式，并在該振蕩模式下對(duì)有功功率變化量分量、角速度變化量分量進(jìn)行重構(gòu)，得到第n個(gè)振蕩模式下各變化量分量ΔPi,n(t)、Δωi,n(t)，所述重構(gòu)的公式為：步驟5：在第n個(gè)振蕩模式下，計(jì)算振蕩能量，判斷有功功率變化量ΔPi,n和角速度變化量Δωi,n的相位關(guān)系，計(jì)算公式為：步驟6：根據(jù)第n個(gè)振蕩模式下各發(fā)電機(jī)端口上的振蕩能量判斷振蕩源所在機(jī)組，當(dāng)振蕩能量為負(fù)值時(shí)，表明有功功率變化量ΔPi,n和角速度變化量Δωi,n相位為90°～270°，該機(jī)組提供負(fù)阻尼，該機(jī)組為振蕩源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：a)不需要發(fā)電機(jī)內(nèi)部參數(shù)，采用PMU實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)定位振蕩源，反應(yīng)了系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行情況；b)適用于實(shí)際大規(guī)模電力系統(tǒng)，具有很高的工程實(shí)用價(jià)值。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中一種用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的振蕩源定位方法之流程圖。圖2為四機(jī)兩區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖3為故障后各發(fā)電機(jī)的有功功率振蕩曲線(xiàn)。圖4為發(fā)電機(jī)1有功功率在模式1下的重構(gòu)曲線(xiàn)。圖5為各發(fā)電機(jī)振蕩能量計(jì)算結(jié)果。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，本發(fā)明包括以下步驟：步驟1：獲取擾動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)各機(jī)組的量測(cè)量，該量測(cè)量包括第i臺(tái)發(fā)電機(jī)所連母線(xiàn)支路在k時(shí)刻的采樣值，采樣值包括有功功率Pi,k、角速度ωi,k，其中i＝1,2,…,s，s為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)，k＝1,2,…,L，L為設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的采樣個(gè)數(shù)。步驟2：根據(jù)有功功率Pi,k、角速度ωi,k獲得相應(yīng)的有功功率變化量ΔPi，角速度變化量Δωi。步驟3：利用TLS-ESPRIT算法進(jìn)行低頻振蕩模式辨識(shí)，分別辨識(shí)出有功功率變化量、無(wú)功功率變化量、電壓幅值變化量以及電壓相角變化量在不同振蕩模式下的振蕩幅值A(chǔ)mn、衰減因子σmn、振蕩頻率fmn和初始相位其中m＝1,2分別對(duì)應(yīng)有功功率變化量、角速度變化量，n＝1,2,…,s-1，n表示振蕩模式的個(gè)數(shù)。步驟4：選擇弱阻尼模式，并在該振蕩模式下對(duì)有功功率變化量分量、角速度變化量分量進(jìn)行重構(gòu)，得到第n個(gè)振蕩模式下各變化量分量ΔPi,n(t)，Δωi,n(t)。步驟5：在第n個(gè)振蕩模式下，按式計(jì)算振蕩能量，判斷有功功率變化量ΔPi,n和角速度變化量Δωi,n的相位關(guān)系。步驟6：根據(jù)上述在某一特定模式下各發(fā)電機(jī)端口上的振蕩能量判斷振蕩源所在機(jī)組，當(dāng)振蕩能量為負(fù)值時(shí)，表明有功功率變化量ΔPi,n和角速度變化量Δωi,n相位為90°～270°，該機(jī)組提供負(fù)阻尼，該機(jī)組即為振蕩源。步驟2中第n個(gè)振蕩模式下獲取變化量分量的公式為：步驟4中，對(duì)變化量進(jìn)行重構(gòu)的公式為：本發(fā)明基于模式分解的大規(guī)模電力系統(tǒng)振蕩源定位方法的理論依據(jù)推導(dǎo)詳述如下。多機(jī)系統(tǒng)的PH模型為：其中，Δδ，Δω，ΔEq′，ΔEfd分別為發(fā)電機(jī)的功角、轉(zhuǎn)速、暫態(tài)電勢(shì)、勵(lì)磁電壓列向量；M，T′d0，TA,KA,Dm分別為發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)、勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)、勵(lì)磁調(diào)壓器的時(shí)間常數(shù)、勵(lì)磁調(diào)壓器的放大倍數(shù)、機(jī)械阻尼系數(shù)對(duì)角陣；K1～K6為系數(shù)矩陣。令式(1)的系統(tǒng)矩陣為A，狀態(tài)向量為X，式(1)經(jīng)Laplace變換得(A-sI)X＝0(2)由式(2)可以推得ΔEq′＝(T′d0s+K3+(TAs+I)-1KAK6)-1·(-K4-(TAs+I)-1KAK5)Δδ(3)可知ΔTE＝K1Δδ+K2ΔEq′(4)將式(3)代入式(4)得ΔTE＝KE(s)Δδ(5)其中，KE(s)＝K1+K2(Td′0s+K3+(TAs+I)-1KAK6)-1·(-K4-(TAs+I)-1KAK5)其是n維方陣。由(1)可知，當(dāng)不考慮阻尼系數(shù)D時(shí)考慮ω0＝1，得到若將第k臺(tái)機(jī)的功角Δδk作為未知量(不失一般性，令k＝1)，上式變?yōu)橛纱说檬街?，R為一列向量。上式表明，系統(tǒng)中所有n-1臺(tái)發(fā)電機(jī)的功角Δδi(i＝1,2,…,k-1,k+1,…,n)表示為剩下的第k臺(tái)機(jī)的功角Δδk的線(xiàn)性函數(shù)形式，結(jié)合式(9)和式(6)，得到ΔTei＝Ai(s)Δδi(10)從式(10)看出，在多機(jī)系統(tǒng)中，第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩ΔTei是該發(fā)電機(jī)功角Δδi或角速度Δωi的函數(shù)，這種定義與單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)中的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)在形式上一致。對(duì)于式(10)，令s＝j(luò)ωd，得到ΔTei＝KsΔδi+KdjωdΔδi＝KsΔδi+KdΔωi(11)由線(xiàn)性系統(tǒng)理論知識(shí)可知，對(duì)于存在n個(gè)振蕩模式的系統(tǒng)，小擾動(dòng)后系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)為：式中，λi,vi,wi分別為模式i下的特征值和對(duì)應(yīng)的左、右特征向量，x(0)為系統(tǒng)的初始值。因此，對(duì)第k(k＝1,2,…,n)臺(tái)發(fā)電機(jī)而言，小擾動(dòng)后的功角為同理，其角速度響應(yīng)為即擾動(dòng)后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是不同振蕩模式分量的線(xiàn)性組合。那么，根據(jù)式(11)不同振蕩模態(tài)下有不同的電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)。因此，第k臺(tái)發(fā)電機(jī)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中“真實(shí)的”電磁轉(zhuǎn)矩式中，Ks(λi),Kd(λi)分別為模式i下的同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)和阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)，均為常數(shù)。從式(15)可以看出，對(duì)于存在n振蕩模式的系統(tǒng)而言，多發(fā)電機(jī)組的不同振蕩模式對(duì)應(yīng)不同的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)與同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)。因此，可以把不同振蕩模式的信號(hào)從ΔP，Δω中在不同振蕩模式中分解出來(lái)，然后在不同模式下，按下式計(jì)算振蕩能量，判斷有功功率變化量ΔP和角速度變化量Δω的相位關(guān)系，識(shí)別不同振蕩模式下的負(fù)阻尼機(jī)組。下面選用四機(jī)兩區(qū)仿真系統(tǒng)作為算例對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行驗(yàn)證，該四機(jī)兩區(qū)仿真系統(tǒng)為研究區(qū)域間低頻振蕩問(wèn)題的經(jīng)典系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)圖2。通過(guò)調(diào)整該四機(jī)兩區(qū)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)G3勵(lì)磁系統(tǒng)放大倍數(shù)為-10來(lái)構(gòu)建一個(gè)由勵(lì)磁系統(tǒng)引起的弱阻尼振蕩。設(shè)置如下擾動(dòng)：2s時(shí)在母線(xiàn)7和母線(xiàn)8之間輸電線(xiàn)路靠近母線(xiàn)1處施加三相短路故障，2.05s時(shí)清除故障，仿真時(shí)長(zhǎng)30s，計(jì)算步長(zhǎng)0.01s。故障后各發(fā)電機(jī)的有功功率振蕩曲線(xiàn)如圖3所示。表1所示為基于特征值分析法得到的系統(tǒng)中3各振蕩模式的頻率和阻尼，其中模式1為區(qū)域間振蕩模式。表1系統(tǒng)中的振蕩模式模式1模式2模式3頻率/Hz0.72311.791.67阻尼比/％0.954.50.50由于模式1涉及到的發(fā)電機(jī)更多，對(duì)系統(tǒng)危害更大，因此選擇模式1為所關(guān)注的模式，定位振蕩源。利用TLS-ESPRIT方法分別對(duì)4臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功功率變化量ΔPi和角速度變化量Δωi進(jìn)行分析，分離出ΔPi、Δωi在模式1下的參數(shù)，結(jié)果如表2、表3所示。表2有功功率分析結(jié)果表3角速度分析結(jié)果利用表2表3的分析結(jié)果，分別對(duì)模式1下的ΔPi,1、Δωi,1進(jìn)行重構(gòu)，其中發(fā)電機(jī)G1的有功功率在振蕩模式1下的重構(gòu)曲線(xiàn)如圖4所示。選取在振蕩模式一重構(gòu)后時(shí)間段為[8，18]秒內(nèi)各臺(tái)發(fā)電機(jī)ΔPi,1、Δωi,1的數(shù)據(jù)，按照式(16)計(jì)算各發(fā)電機(jī)的振蕩能量，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。根據(jù)圖5的結(jié)果，容易判斷得到發(fā)電機(jī)3是振蕩源，這與設(shè)定一致。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3