[发明专利]基于受扰轨迹摆次振荡能量变化的系统振荡特性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于受扰轨迹摆次振荡能量变化的电力系统振荡特性分析方法，适用于电力系统在各种扰动下的振荡特性分析，该方法基于数值积分方法获取系统受扰轨迹，通过EEAC理论识别主导映象系统，继而在外力‑位置平面上求取主导映象系统各个摆次的振荡能量，定义相邻同向摆次能量的变化为轨迹摆次能量特征，并用来描述在特定的模型和扰动场景下，系统的振荡特性。本发明方法从能量的角度来反映系统的振荡特性，克服了单纯从振幅角度无法量化系统振荡危险程度的弊端。

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种基于受扰轨迹摆次振荡能量变化的电力系统振荡特性分析方法。

背景技术

电力系统小扰动稳定性分析一般采用平衡点特征根分析方法，通过将系统方程在平衡点处线性化，求取线性化后的系统状态矩阵的特征根，若存在正实根(或实部为正的共轭根)，则系统将非周期地失稳(或振荡发散)。平衡点特征根分析方法可以准确描述定常线性系统的振荡特性，但是难以反映时变非线性因素对系统的振荡频率、阻尼和模态等特征的影响，不能反映系统振荡失稳的本质机理，不利于深入继续研究。平衡点特征根分析方法与具体扰动或故障场景无关，这一特性一直被认为是平衡点特征根分析方法的优点，但是，认识到在实际的扰动或故障后，系统的拓扑结构和运行方式等有可能发生改变，故障前后的系统有可能已经不是同一个系统，不同故障后的系统也不尽相同，这就导致用故障前系统的特征根无法准确有效地识别故障后的系统振荡模式，这种脱离具体扰动或故障场景的分析方法并不合理。平衡点特征根分析方法从系统振幅的角度描述系统的振荡趋势，考虑到振幅不能作为系统稳定程度的量化标准，因此也就无法准确反映振荡过程中，系统稳定程度的变化。

电力系统大扰动稳定性分析一般通过数值积分的方法求取系统受扰轨迹，但是如何从轨迹中提取稳定性的量化信息却一直是一个难题。扩展等面积准则(EEAC)沿着系统受扰轨迹，逐个时间断面采用互补群惯量中心—相对运动 (CCCOI—RM)变换，将多机系统受扰轨迹聚合成一系列的等值单机映象系统，并严格保持了原系统稳定性的充要条件，实现观察空间与积分空间分离，在观察空间中提取稳定性的定量信息，解决了非自治非线性系统在大扰动下的稳定性定量分析问题。

长期以来大小扰动稳定性分析一直被孤立地研究，事实上，大小扰动稳定性分析的对象本就是同一个高维非自治非线性系统，平衡点特征根分析方法只是在特定的条件下将系统在平衡点处定常线性化，这一过程必然会丢失掉原系统中时变非线性因素的影响；另外，扰动的大小也不存在严格的界定，在稳定域边界附近运行的系统，即使遭受极小的扰动也会面临失稳的可能，而运行在距稳定域边界很远的系统，即使遭受很大的扰动也有可能继续保持稳定运行。

受扰轨迹计及了所有时变非线性因素对动态行为的影响，轨迹特征根方法通过将受扰轨迹视为某些频率、振幅(或阻尼)按特定规律变化的信号组合，沿着系统受扰轨迹求取的特征根时间序列，反映了振荡频率、阻尼的时变性，包括轨迹窗口特征根和轨迹断面特征根。轨迹窗口特征根将受扰轨迹沿时间轴分为提取特征根的多个窗口，将窗口内的系统视为定常线性化系统来提取特征根，该方法不依赖于具体的数学模型，但由于需要足够宽的时间窗口，故不适用于时变太快或非线性太强的场景。轨迹断面特征根将受扰轨迹沿时间轴分割为互不重叠的时段，在每个时段的始端处将系统模型重新定常线性化，来求取该时刻的断面特征根，该方法适用于快时变和强非线性系统，但依赖于具体的数学模型或参数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中平衡点特征根分析方法无法反映非自治非线性因素对系统振荡特性的影响，提出一种基于受扰轨迹摆次振荡能量变化的电力系统振荡特性分析方法，从能量的角度来反映系统的振荡特性，克服了单纯从振幅角度无法量化系统振荡危险程度的弊端。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于受扰轨迹摆次振荡能量变化的电力系统振荡特性分析方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，获取全过程系统受扰轨迹；