[发明专利]一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法

权利要求书

1.一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

同步相量测量单元采集发电机的机端电压信号、发电机发出的功率信号，根据经典二阶发电机模型的相量图建立内电势与暂态电抗的关系式；

基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，通过最小二乘曲线拟合得到暂态电抗的估计结果，根据内电势与暂态电抗的关系式计算内电势并估计区域等值发电机功角的状态；

将区域等值发电机功角的状态估计结果与PMU量测的发电机有功功率的输出作为输入量，采用最小二乘辨识方法，辨识区域等值发电机的惯性时间常数和机械功率输出；

其中，所述根据经典二阶发电机模型的相量图建立内电势与暂态电抗的关系式具体为：

E_q∠δ＝V_T∠θ+jx_d′·I_T∠α

式中，E_q为区域等值发电机暂态电抗后的内电势；δ为发电机的功角状态量；V_T为等值发电机的机端电压；θ为等值发电机的机端电压相角；x_d’为等值发电机的暂态电抗；I_T、α分别为外部区域与研究区域联络母线上的电流幅值、相角信号，∠表示角度；

其中，所述基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机相量关系，通过最小二乘曲线拟合得到暂态电抗的估计结果具体为：

1)通过等值发电机模型相量图，运用三角形余弦定理获取内电势、机端电压、暂态电抗、电流幅值、无功功率之间的关系式，进而获取等值发电机的内电势幅值；

2)基于经典二阶发电机模型的区域等值发电机机电暂态过程假设暂态电抗的内电势与机械输出功率保持不变，则在PMU每个采集数据的时间步长内，获取内电势与内电势平方和的均值的关系式；

3)将第i个时间步长内等值发电机的内电势的表达式、内电势平方和的均值，带入到另一关系式中，求取目标函数；获取使目标函数最小的暂态电抗x_d’的估计值；

其中，所述采用最小二乘辨识方法，辨识区域等值发电机的惯性时间常数和机械功率输出具体为：

其中，为发电机惯性时间常数及机械输出功率的参数矩阵的估计结果；为惯性时间常数T_j,equ的估计值；为机械功率输出参数P_M的估计值；T为转置；A表示区域等值发电机功角状态δ_i的二阶导数矩阵；B为发电机有功功率输出矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述方法还包括：

将电力系统划分为研究区域与外部区域两个子系统，确定两个子系统的边界母线的数量，在每个边界母线处将外部区域子系统等值为一台经典二阶发电机模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述内电势、机端电压、暂态电抗、电流幅值、无功功率之间的关系式具体为：

其中，Q_E表示等值发电机发出的无功功率。

4.根据权利要求1所述的一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述第i个时间步长内等值发电机的内电势的表达式具体为：

其中，E_q,i为第i个时间步长内等值发电机的内电势；V_T,i为第i个时间步长内等值发电机的机端电压幅值；I_T,i为第i个时间步长内等值发电机的机端电流幅值；Q_E,i为第i个时间步长内等值发电机的无功功率输出。

5.根据权利要求4所述的一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述目标函数为：

其中，x_data为为所有时间步长等值发电机机端电压幅值的均值，为等值发电机机端电流平方和的均值，为所有时间步长等值发电机无功功率的均值。

6.根据权利要求4所述的一种基于广域量测信息的电力系统区域动态等值方法，其特征在于，所述计算内电势估计区域等值发电机功角的状态具体为：

E_q,i∠δ_i＝V_T,i∠θ_i+jx_d′·I_T,i∠α_i

式中，θ_i为第i个时间步长内PMU量测的机端电压相角；α_i为第i个时间步长内等值发电机机端相角；δ_i为功角状态信息。