[发明专利]基于李雅普诺夫的电力系统临界切除时间计算系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统稳定分析与控制领域，尤其涉及一种基于李雅普诺夫的电力系统临界切除时间计算系统及方法。

背景技术

大区域互联电网运行方式多变、扰动类型多样以及振荡模式复杂，发生故障时，若不能准确判断系统稳定性并采取及时有效的控制措施，将会发生系统失步甚至解列等严重的后果。临界切除时间(Critical Clearing Time，CCT)是表征大扰动下暂态稳定性能最为有效的指标，如何快速精确计算临界切除时间受到了电力研究人员的长期关注。

目前，临界切除时间估计方法主要有两类，一类是基于时域仿真的方法，这是目前工程中常用的方法，充分考虑了电力系统的详细模型，能够进行严格精确的系统仿真计算，然而计算过程耗时较长，难以实现在线应用。另一类是基于能量函数的计算方法，基于能量函数的临界切除时间计算方法虽然具有较快的计算速度，但依赖暂态轨迹信息，且计算精度受到系统模型限制。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种基于李雅普诺夫Lyapunov函数簇的电力系统临界切除时间计算方法及系统，用于解决现有研究计算过程耗时长、依赖暂态轨迹信息等问题，作为预想事故排序的重要参考，供给运行人员获悉系统潜在风险。

一种基于李雅普诺夫的电力系统临界切除时间计算系统，包括顺序相连的电力系统网络结构保持模型生成模块、LMI求解模块、李雅普诺夫Lyapunov函数构造模块和临界切除时间计算模块。

所述LMI求解模块用于求解根据电力系统网络结构保持模型转化的线性矩阵不等式；

所述李雅普诺夫Lyapunov函数构造模块根据LMI求解模块的计算结果，构造故障电力系统的Lyapunov函数，对故障过程的能量累积与故障电力系统所能承受的临界切除时间的关系进行量化计算；

所述临界切除时间计算模块通过显式方法计算临界切除时间CCT。

基于李雅普诺夫的电力系统临界切除时间计算系统的计算方法所述方法包括

步骤1、建立计及发电机和负荷动态的电力系统网络结构保持模型，并通过时变函数刻画出系统模型非线性部分的边界；

步骤2、构造时变电力系统的Lyapunov函数，确定该函数导数在故障期间的可变上界，

步骤3、对故障过程的能量累积与故障电力系统所能承受的临界切除时间的关系进行量化分析；

步骤4、将临界切除时间计算转化成一组线性矩阵不等式约束下的凸优化问题，计算临界切除时间。

所述步骤1中建立计及发电机和负荷动态的电力系统网络结构保持模型的具体过程为

总节点数为n₀的电力系统，设前m个节点为发电机节点，且第i台发电机描述为式(1)，0<i≤m；

后n₀-m个节点均是负荷节点，设表示第i个节点的注入有功功率，m<i<n₀，同时将有功功率分为确定部分和随频率波动部分，得

式中，表示第i个节点的有功负荷参考值，为确定部分；d_i表示负荷频率调节系数，当d_i＝0时式(2)表示恒功率负荷特性。

系统各节点的节点注入功率表示为：

式中，U_i、U_j分别代表节点k、j的电压幅值，B_kj为网络节点导纳阵中相应元素的虚部；

通过式(1)-(3)得到包含发电机动态及负荷特性的电力系统网络结构保留模型为式(4)所示；

式中，b_ij＝U_iU_jB_ij，[B_ij]_{i，j}∈ε表示系统节点导纳矩阵，U_i表示第i个节点的电压幅值；

设故障切除后系统稳态平衡点为该平衡点通过求解式(5)所示的非线性方程得出，

其中

通过式(1)-(5)，建立电力系统网络结构保留模型：

状态变量x＝[x₁,x₂,x₃]^T，由式(6)得到系统状态空间表达式：