[发明专利]电力系统动态元件响应特性对暂态电压稳定性影响分析方法

权利要求书

1.一种电力系统动态元件响应特性对暂态电压稳定性影响分析方法，其特征在于，所述的分析方法包括下列步骤：

S1、建立电力系统数学模型，并基于李雅普诺夫理论，构建能够反映该电力系统数学模型的能量函数表达式；

S2、暂态电压稳定性判断，通过电力系统分岔条件和基于启发式求得的电压失稳型主导不稳定平衡点构造的恒定能量面来判断暂态电压稳定性；

S3、根据步骤S1中构建的能量函数表达式，提取其中与动态元件相关的部分，建立各动态元件的势能分量函数，其中，所述的动态元件包括发电机、高压直流输电系统、感应电动机；

S4、故障期间，电力系统向电网注入大量能量，发电机转速增加导致动能增大，故障清除后，总能量守恒，动能沿着电力网络逐步转化为各个动态元件和输电线路的势能，随着动能的振荡变化，各个动态元件的势能逐渐增大并也伴随着一定的振荡，所承受势能增幅最大的动态元件将受到更大的能量冲击，利用各个动态元件势能最大值所在势能振荡曲线的前半个周期波的势能增量来分析电网脆弱区域。

2.根据权利要求1所述的电力系统动态元件响应特性对暂态电压稳定性影响分析方法，其特征在于，所述的步骤S2过程如下：

S201、构建能量函数；

S202、求主导不稳定平衡点；

S203、求临界能量Ucr；

S204、求故障清除时刻能量U；

S205、判断故障清除时刻能量U与临界能量Ucr大小，若故障清除时刻能量U大于临界能量Ucr，则判定系统暂态电压失稳；否则，继续转至下一步骤；

S206、判断是否遇到奇异面，若是，则判定系统暂态电压失稳，否则，判定系统稳定。

3.根据权利要求1所述的电力系统动态元件响应特性对暂态电压稳定性影响分析方法，其特征在于，所述的步骤S4中各个动态元件势能最大值所在势能振荡曲线的前半个周期波的势能增量来分析电网脆弱区域，通过以下评估指标实现不同系统动态元件对暂态电压稳定性影响的评估，具体如下：

设故障后设备势能分量达到最大值或极大值的时刻为T2，对应时刻势能分量为U₂，在这一个势能波动周期中，达到最大值前的极小值时刻为T1，对应时刻势能分量为U₁，则这一个势能波动周期中势能差为ΔU＝U₂-U₁，定义评估指标如下：

评估指标一：σ₁＝ΔU/ΔQ

评估指标二：σ₂＝V(T2)/ΔU

其中，ΔQ为对应时间段内，该设备在故障后动态恢复特性影响下的无功变化量，V(T2)为该设备在T2时刻对应接入母线电压幅值。

4.根据权利要求1所述的电力系统动态元件响应特性对暂态电压稳定性影响分析方法，其特征在于，所述的电力系统数学模型具有n个发电机节点、N个负荷节点、2个直流系统换流站母线节点，且只有1个平衡节点，包括：

四阶发电机模型，表达式为：

三阶感应电动机模型，表达式为：

该电力系统数学模型的能量函数表达式为：

U＝U_AC+U_L1+U_L2i+U_g+U_R+U_I+U_d+U_DC

其中：

且有：

E＝[E₁,…,E_n]^T，E_i＝[E′_qi E_fdi]；T＝blockdiag[T₁,…,T_n]，A＝blockdiag[A₁,…,A_n]，B＝blockdiag[B₁,…,B_n]，

其中，下标i和j代表网络母线节点标号，i＝1，2，…，n+N+3，j＝1，2，…，n+N+3，ρ_i是为了使B_i^-1T_i正定的参数，且对任意不为零的矩阵向量，都有x^TB_i^-1T_ix0，i＝1，2…，n；

C＝[C₁,…,C_n]^T，C_i＝[0l]；

U_DC＝-V_IV_RB_IRcos(θ_I-θ_R)；

上式中，当i＝1，2，…，n时，ω_i为发电机转速，δ_i为发电机转子角度，M_i为发电机惯性时间常数，P_mi为发电机机械功率，D_i为阻尼系数，E′_qi为q轴暂态电势，X_di为发电机的暂态电抗，X′_di为发电机的次暂态电抗，T‘_doi为d轴暂态时间常数，E_fdi为励磁电势，P_ei为发电机电磁功率，μ_i为励磁控制器反馈增益系数，T_vi为励磁控制时间常数，k_i为励磁电压一阶数学模型中，所接入母线电压相关的线性系数，l_i为接入母线i的使发电机励磁为正的控制常数；R下标代表整流侧变量，I下标代表逆变侧变量，V_R和V_I交流母线电压幅值，当i＝n+1，n+2，…，n+N+3时，T′_di为定子开路时间常数，M_i为感应电动机惯性时间常数，E′_Li为内电势幅值，X′_i为暂态电抗，X_i为同步电抗，δ_i为感应电动机功角，s_i为感应电动机滑差，T_mi为感应电动机电磁转矩，T_ei为机械转矩；U_AC为交流网络势能，U_L1为静态负荷势能，U_L2i为接入i节点感应电动机负荷势能，U_g为系统所有发电机能量，U_R为直流整流侧与交流网络接口势能，U_I为直流逆变侧与交流网络接口势能，U_DC为直流网络节点间势能，U_d为直流功率交换形成的势能分量，V_i和V_j分别为母线标号i和j的电压幅值，θ_i和θ_j分别为母线标号i和j的电压相角，Q_L1i为标号为i的母线所接入静态负荷的无功功率，P_L1i为标号为i的母线所接入静态负荷的有功功率。