[发明专利]一种基于松耦合设计的小干扰稳定分析建模方法

说明书

本发明公开了一种基于松耦合设计的小干扰稳定分析建模方法，涉及电力系统的小干扰稳定分析建模方法。所述基于松耦合设计的小干扰稳定分析建模方法，通过选取各设备模型的接口量，保持各设备模型的封装性，设备模型之间的关联仅通过接口量表示，设备模型内部其它物理量仅与本设备模型的接口量发生关系，而不与其它设备模型中的物理量直接发生联系，小干扰稳定分析模型不依赖系统的节点导纳矩阵，断开一条线路的连接关系，不需要重新生成节点导纳矩阵，仅需要将相应设备的注入功率置零，保证设备在建模过程中互不干扰，不需要考虑其它设备的情况，对某一类设备的建模，仅需要考虑设备的其它物理量与接口量的关系，使建模及编程的逻辑大大简化。

技术领域

本发明属于电力系统的小干扰稳定分析建模方法，尤其涉及一种基于松耦合设计的小干扰稳定分析建模方法。

背景技术

现代电力系统互联规模日益扩大，系统间的低频振荡时有发生，各种新能源的接入以及新技术、新控制手段的应用使得电力系统的惯性降低，进一步恶化了系统的小干扰稳定。因此有必要加强对系统在各运行方式下的小干扰稳定分析，以发现系统运行的薄弱环节，在规划或运行阶段采取必要的措施。

小干扰稳定分析涉及电力系统中的各类动态设备，如发电机、励磁器、电力系统稳定器(Power System Stabilizer，PSS)、原动机等，它们的设备模型都可以用微分方程和代数方程来描述，变量也相应的分为状态变量和代数变量。电力系统的小干扰稳定分析是基于李雅普诺夫线性化方法，对整个系统中各个设备的微分方程和代数方程分别进行线性化处理，形成系统的状态矩阵，再根据状态矩阵的特征值进行分析。小干扰稳定分析是电力系统分析计算中最复杂的计算之一，建模过程和程序编写十分复杂，其中各设备模型的复杂性和灵活性事关小干扰稳定分析建模和程序编写的复杂性。

电力系统小干扰稳定分析有三种经典模型，一是Sauer(Sauer P W,Pai MA.Power system dynamics and stability[M].Prentice Hall,1998.)提出的建模方法，它在建立设备的模型前必须考虑设备与其他设备的关联关系，以此确定用以描述该设备模型的变量个数以及变量性质(状态变量还是代数变量)，如发电机与相连的励磁器共用一个励磁电压变量，发电机是否有相连的励磁器决定了在建立该发电机模型时，励磁电压应为状态变量还是代数变量，可见励磁器模型与发电机模型耦合非常紧密，造成编程逻辑复杂。二是王锡凡(王锡凡.现代电力系统分析[M].科学出版社,2003.)在小干扰稳定分析中提出的与Sauer相似的建模方法，在这种建模方法中，模型的建立往往从每台发电机考虑，先完成某一台发电机和与之关联的设备建模，才可继续建立下一台发电机和及其相连的设备模型，这导致设备之间的关联度很高，建模方法不灵活。除发电机模型外，对网络方程的处理也是线性化过程中较为复杂的一步。Sauer选取母线电压、相角和发电机在交、直轴上的分量(I_d、I_q)为代数变量，并在网络方程中以这些变量来表示发电机发出的有功功率和无功功率，即P_G＝V_dI_d+V_qI_q、Q_G＝V_qI_d-V_dI_q，这一表达会造成在线性化潮流方程的过程中，求导十分复杂，且线性化后的网络平衡方程表达出的物理意义不清晰。三是Kundur(Kundur,Prabha.Power system stability and control[M].中国电力出版社,2001.)提出的以磁链为变量代替电动势描述发电机模型的建模方法。与王锡凡的建模方法相似，该模型在描述系统的网络方程时采用了节点电压方程的形式，所需的节点导纳矩阵不仅形成和修改过程复杂，而且转化为状态矩阵前还需要根据负荷节点进行修正，形成修正节点导纳矩阵，这一系列繁琐的步骤无疑加深了建模的困难程度。