[发明专利]基于模式惯量的多机电力系统节点转动惯量的优化方法

说明书

本发明公开了一种基于模式惯量的多机电力系统节点转动惯量的优化方法。通过频率建模方法，得到多机电力系统中发电机节点及网络节点的功率扰动到频率的闭环传递函数；向节点分别注入功率阶跃扰动，得到节点的频率响应，处理时压缩网络节点形成压缩电纳阵；用发电机的转动惯量矩阵对压缩电纳阵进行缩放，得到缩放电纳阵；对缩放电纳阵进行特征值分解，并根据该分解对扰动后节点频率响应进行模式分解，得到频率响应的模式分量；利用模式惯量对多机电力系统的节点转动惯量进行优化处理。本发明能够利用模式惯量分析网络中任意局部(节点)的频率强度，据此优化多机电力系统节点转动惯量，提高多机电力系统运行稳定性。

技术领域

本发明涉及了一种多机电力系统的优化方法，尤其是涉及了一种基于模式惯量的多机电力系统节点转动惯量的优化方法。

背景技术

现代电力系统中可再生能源渗透率不断提高，而可再生能源的典型控制策略(如基于锁相环的控制)没有等效惯量，导致了电力系统惯量显著降低。这造成了系统频率波动变大，对系统的频率稳定性提出了挑战。对电力系统频率强度进行评估，可识别是否系统需要额外的调频措施。因此，电力系统频率强度的评估引起了广泛的关注。

已有的频率强度评估指标有系统总惯量，系统频率H₂、Λ₂范数等。这些指标主要针对系统整体频率强度的评估，而目前少有对系统局部(某个节点)频率强度评估的指标。仅对系统整体频率强度进行评估，可能无法发现某些局部的频率问题。例如，考虑一台小容量的柴油发电机，其通过较长的传输线连接到高惯量的交流电网。因为外部网络具有较大的惯量，这个电力系统的整体频率强度足够强。但由于传输线较长，柴油发电机端口的节点频率在功率扰动下可能会有较大的波动，这种频率特性无法由系统总惯量等整体频率强度指标表征。因此，如何准确获得多机电力系统中任意节点的频率强度进而进行准确优化仍是目前电力系统面临的一个挑战。

发明内容

为了评估多机电力系统任意节点的频率强度，进而优化电力系统中的转动惯量，本发明提出了一种基于模式惯量的多机电力系统节点转动惯量的优化方法。

本发明的技术方案采用如下步骤：

1)通过频率建模方法，得到多机电力系统中发电机节点及网络节点的功率扰动到频率的闭环传递函数，闭环传递函数中根据节点为发电机节点或网络节点将网络电纳矩阵B分为四块区域，具体为B_GG、B_GL、B_LG、B_LL，其中B_GG、B_GL、B_LG、B_LL分别表示网络电纳矩阵B的左上角、右上角、坐下角、右下角四块区域，下标G对应发电机节点，下标L对应网络节点；

2)向发电机节点和网络节点分别注入功率阶跃扰动，得到节点的频率响应，处理时压缩网络节点形成压缩电纳阵B_r；

3)使用发电机的转动惯量矩阵J对压缩电纳阵B_r进行缩放，得到缩放电纳阵B_s＝J^-1/2B_rJ^-1/2；

4)对缩放电纳阵B_s进行特征值分解，并根据该分解对扰动后节点频率响应进行模式分解，得到频率响应的n个模式分量，n为多机电力系统中发电机节点的数量，进而获得每个节点每个模式的模式惯量；这n个模式分量前系数的倒数，作为模式惯量。

5)利用模式惯量对多机电力系统的节点转动惯量进行优化处理。

所述的多机电力系统中包含有n个发电机节点和m+a个网络节点，网络节点分为m个负荷节点和a个无源节点，将接在相同发电机节点处的发电机等效为一台发电机，则n个发电机节点一共有n台发电机。

所述步骤1)，多机电力系统中各节点功率扰动到频率的闭环传递函数及网络电纳矩阵为：