[发明专利]基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法

权利要求书

1.一种基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法，其特征在于：在时域仿真的输出曲线基础上，通过轨迹灵敏度分析方法计算失稳的发电机功角轨迹相对于控制量的灵敏度，得到指导切机控制决策的量化指标，然后通过并行仿真校验求得优化的切机控制策略方法；具体如下：

(一)多机电力系统的轨迹灵敏度指标：

通过动态系统(1)来说明轨迹关于参数的灵敏度定义

其中x是n维的状态变量向量，y是m维的代数变量向量，α是p维的系统运行参数和结构参数向量；定义状态变量向量x和代数变量向量y对参数向量α的一阶偏导数和为一阶轨迹灵敏度；

基于发电机二阶模型建立多机电力系统的微分方程组如下

其中δ_i、ω_i、M_i、D_i、P_mi、P_ei分别为各发电机的转子角、转子角速度、转动惯量、阻尼系数、机械功率和电磁功率；

将发电机等效为内电势节点，则全部网络节点在内的节点电流和电压关系为

其中I_G、E、U_G、U_L分别为各发电机电流、内电势、端电压和其它节点电压向量，Y_G、Y_GG、Y_GL、Y_LG、Y_LL分别为发电机暂态电抗对应导纳1/jX'_di组成的对角矩阵、发电机端自导纳、发电机端与其它节点的互导纳、其它节点自导纳；

消去式(3)中除内电势节点以外的所有其它节点，得到各发电机电流与内电势之间的关系

矩阵Y_E中的元素Y_ij＝G_ij+jB_ij，i，j＝1，2，…，n称为发电机内电势节点的输入导纳和转移导纳，Y_E为对称阵，且为满阵；

仿照潮流计算推导相应的功率方程，可得

将上式代入式(2)中，得到全系统微分方程，即

假定发电机k为功角最小发电机、发电机l为功角最大发电机，将式(6)中所有发电机功角重写为相对于发电机k的相对功角，则系统状态向量为

x＝[ω₁ δ_1k…ω_k-1 δ_k-1,k ω_k ω_k+1 δ_k+1,k…ω_n δ_nk]^T (7)

系统状态变量数为2n-1；

根据上式，可以求解多机电力系统中任意发电机的功角、转速相对于发电机出力的轨迹灵敏度；如果求解最大功角发电机的功角曲线δ_lk相对于每一台发电机出力P_mi的轨迹灵敏度

则可以得到对最大功角影响最大的发电机出力；轨迹灵敏度数值越大，则说明该发电机出力对最大功角发电机的功角影响越大；

轨迹灵敏度是时间序列，为了对其进行量化分析，选择故障后36个采样点的时间窗，定义灵敏度指标为

在每一个采样点处，不同机组的轨迹灵敏度计算过程可以并行处理，假设可切机组为r台，则灵敏度指标计算流程为：

①通过时域仿真进行稳定性评估，若系统失稳，则其失稳轨迹将用于后续灵敏度计算；

②基于式(6)建立轨迹灵敏度的数学模型，采用梯形隐式积分法进行差分化推导；

③在每一个采样点，统一计算然后并行计算

④汇总所有轨迹灵敏度结果，计算指标

(二)切机控制决策方法：

基于轨迹灵敏度分析的切机控制决策方法，具体步骤如下：

①系统故障扫描；

在线运行时，定周期获取系统当前运行工况，并基于实际运行工况进行预想故障扫描，得到会导致系统失稳的故障；

②获取切机控制范围；

可切除的发电机集合是稳定控制系统能够执行切机操作的机组；

③轨迹灵敏度求解；

建立系统的轨迹灵敏度方程，并行计算轨迹灵敏度指标，即最大发电机功角相对于可切除发电机的轨迹灵敏度；

④生成备选切机策略；

若可切发电机数量较少，则可以通过穷举法生成备选的切机策略；首先基于轨迹灵敏度计算结果对可切除机组进行排序，考虑故障线路引起的功率缺额和发电机出力情况，穷举n组切机策略，轨迹灵敏度数值较大的机组优先被切除；

⑤暂态稳定校验；

采用基于并行计算的超实时仿真对穷举的n组切机策略进行稳定校验，能够使系统稳定的切机策略为有效的切机策略；

⑥优化策略生成；

在所有能使系统稳定的策略中挑选出切机容量最小的策略，作为最终的切机控制策略。

2.根据权利要求1所述基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法，其特征在于：指导切机控制决策方法的轨迹灵敏度量化指标，能够反映出切除发电机组对电力系统功角稳定的影响，且不同机组的灵敏度指标可以并行求解。