[发明专利]一种两机等值电力系统动态频率响应近似解析模型

说明书

一种两机等值电力系统动态频率响应近似解析模型，属于电力系统一次调频领域。本发明通过将多机电力系统等值为两机系统(两个区域)，并采用解环、近似替代等方法进行模型简化，实现了两机等值电力系统的近似解析求解，并给出了模型时域中的近似解析表达式，以表示两机系统中的动态频率响应过程。本发明能够在考虑频率的时空分布特征基础上快速准确的计算两机等值电力系统的动态频率响应过程，是单机模型在实际多机电力系统中应用的拓展形式，既可直接用于快速计算电力系统的频率响应特征，也可直接加入目标方程或约束条件进行电力系统优化运行、保护控制相关研究，避免数值计算，具有实用价值及广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于电力系统一次调频领域，涉及一种两机等值电力系统动态频率响应近似解析模型。

背景技术

频率是反映有功平衡的关键指标，频率的动态响应过程的计算是进行电力系统安全稳定分析、优化运行、保护控制等研究的基础。当前，大容量机组及高比例新能源的并网使得系统频率响应能力显著降低，扰动后频率态势更加严峻；大规模互联电网的建设使得扰动后的动态频率响应过程更加复杂；基于广域测量技术和高速信通技术的安全稳定控制系统实现“实时决策、实时控制”，要求快速获得频率态势。因此，研究能够反映复杂电力系统动态频率响应过程的快速计算模型，显得尤为有意义。

复杂电力系统中发生掉机、直流闭锁等故障造成大功率缺失时，一次调频设备将大范围跨区域的相互支援，出现区域间振荡的现象，主要表现为功角振荡、联络线上的功率振荡，受其影响频率动态轨迹出现系统频率之上的频率振荡(亦被成为频率的时空分布特征)，严重时将会影响系统低频减载等保护设备动作，甚至引发连锁反应，威胁系统的安全稳定运行。通过广域测量系统，我们可以直观的观测到全局频率的动态。从记录的图像上看，扰动后不同节点的频率，尤其是扰动区域与远离扰动的区域的频率，呈现出明显的区别。因此在计算中应该考虑频率的时空分布特征。

单机等值模型忽略系统网络结构和无功-电压影响，结构简单、计算快速，因而被广泛引用。平均频率响应模型(ASFmodel,Average System Frequency Model)模型采用等值转子，保留了各发电机的原动机-调速器，可以描述系统的平均频率动态，但仍需仿真计算。系统频率响应模型(SFR model,System Frequency Response Model)模型进一步将原动机-调速器等值聚合，实现了解析求解，奠定了快速计算的基础。解析模型物理意义清晰，根据输入可以直接计算结果，适用于需要快速计算的情形，但单机模型忽略了网络结构，无法计及动态频率响应过程中的时空分布特征。

因此，本发明提出了一种两机等值电力系统动态频率响应近似解析模型，在单机等值模型的基础上加入直流网络方程，并基于电力系统的分区理论，建立了两机等值电力系统频率响应分析模型，通过解环、近似替代等方法进行模型降阶，最终采用实模态分析理论求出了等值区域动态频率的近似解析表达式，能够在考虑频率的时空分布特征基础上快速准确的计算节点的动态频率响应过程。该模型可直接用于快速计算电力系统的频率响应特征，也可直接加入目标方程或约束条件进行相关研究，而避免数值计算，具有实用价值及广泛的应用前景。

发明内容

本发明提出了一种两机等值电力系统动态频率响应近似解析模型。通过将多机电力系统等值为两机系统(两个区域)，并采用解环、近似替代等方法进行模型简化，实现了两机等值电力系统的近似解析求解，并给出了模型时域中的近似解析表达式，以表示两机系统中的动态频率响应过程。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种两机等值电力系统动态频率响应近似解析模型，具体包括以下步骤：

S1：对于多机电力系统，在网络模型中加入发电机内暂态电抗支路，基于直流潮流得网络方程表达式如式(1)所示：