[发明专利]一种简化结构的电力系统多机动态频率响应模型

权利要求书

1.一种简化结构的电力系统多机动态频率响应模型，其特征在于，包括以下步骤：

S1：网络层面基于直流潮流，在网络模型中加入发电机内暂态电抗支路，形成直流潮流网络扩展分析模型，模型网络方程表达式如式(1)所示：

式中，P_g，P_G，P_L分别为发电机输出电磁功率P_gi、发电机端母线注入功率P_Gi、负荷节点注入功率P_Lj组成的列向量；B_GG，B_GL，B_LG，B_LL为直流潮流计算中导纳矩阵B的子阵，B_gg，B_gG，B_Gg为扩展节点与原发电机节点间的导纳阵，单位为pu，以S_B为基准容量；δ_g、θ_G、θ_L分别为发电机转子角δ_gi、发电机端母线电压相角θ_Gi、负荷节点电压相角θ_Lj组成的列向量，单位为rad；g，G，L分别为发电机内电势虚拟节点g_i，发电机节点G_i，负荷节点L_j；m为发电机节点个数，l为负荷节点个数，i＝1～m，j＝m+1～m+l；

扩展加入发电机节点暂态电抗后，原潮流计算中发电机节点G_i转换为负荷节点；稳态运行时，该节点注入功率为0，若发生掉机时，相应的发电机端母线注入功率为负的切机功率；但其与负荷节点不同的是，该节点没有功频调节能力；

将式(1)改写并表示为增量方程：

式中，为发电机节点G_i和负荷节点L_j组成扩展负荷节点集合，包含节点个数为m+l个；Δ表示对应变量的增量；

当发生功率缺失时，g_i节点转子角因为惯性不能突变，因此根据(2)式第二行，得节点相角的变化量的表达式为：

将(3)式带入(2)式第一行，消去节点，得发电机电磁功率增量的表达式为：

式中，B_S为机间振荡矩阵，扰动功率分配矩阵，分别为：

公式(4)中消去负荷节点，将发电机电磁功率增量分解为机间振荡功率与负荷变化分配功率两部分；通过化简消去了负荷节点，考虑了发电机次暂态电抗，简化了网络方程计算，使得直接求解发电机的电磁功率增量；

S2：在机组层面，每个节点均采用SFR模型，简化结构的电力系统多机动态频率响应模型，其中，发电机采用二阶模型，用增量方程表示为：

式中，H、D分别为发电机惯性时间常数H_i、等效发电机阻尼D_i组成的对角阵，单位为s；ΔP_M，Δω分别为机械功率增量，发电机角频率增量的列向量，单位为pu；ω₀为额定发电机角频率，单位为rad/s；s为复频率；P_N为发电机额定有功功率P_Ni组成的对角阵，单位为MW；其中，D的计算表达式为：

式中，D_M为发电机阻尼D_Mi组成的对角阵；K_L为静频特性系数组成的对角阵；为负荷节点稳态运行时初始有功功率组成的对角阵；

原动机-调速器采用简化的模型，用增量方程表示为：

ΔP_M＝-K_MR^-1(1+T_Rs)^-1(1+F_HT_Rs)Δω (9)

式中，F_H，K_M，R分别为发电机高压缸做功比例F_Hi，机械功率增益系数K_Mi，再热时间常数R_i组成的对角阵，无量纲；T_R为调差系数T_Ri组成的对角阵，单位为s；

S3：由S1与S2中(4)～(9)能够得到简化结构的电力系统多机动态频率响应模型，该模型的计算流程如下：

1)令n、Δωⁿ、与为0，设n增加1的步长Δt＝0.01，将带入公式(4)求出发电机电磁功率增量

2)利用Δωⁿ与的值，根据公式(7)与(9)，采用数值积分方法，求出Δωⁿ⁺¹、与Δδ_gⁿ⁺¹；

3)根据将带入公式(4)求出发电机电磁功率增量；

4)令n＝n+1，判断是否需要跳出循环，若为否，转至2)；若为是，结束。