[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

说明书

一种简化结构的电力系统多机动态频率响应模型，属于电力系统一次调频领域。首先，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。其次，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。最后，由上述步骤得简化结构的电力系统多机动态频率响应模型。在网络层面，基于DFR模型消去非发电机节点，将网络结构简化为只含有发电机节点的机间振荡矩阵及只含有非发电机节点的扰动功率分配矩阵，简化求解过程；在机组层面，采用低阶的动态频率相应模型，降低求解阶数。本发明相比DFR模型提升计算效率且具有较高的精度，可适用于多个负荷节点扰动，具有广泛的应用场景和实用意义。

技术领域

本发明属于电力系统一次调频领域，涉及一种简化结构的电力系统多机动态频率响应模型。

背景技术

频率响应又被称为一次调频，是电力系统中遏制频率偏移的关键措施，反映电力系统中有功平衡的情况，影响电力系统的安全稳定运行。当发生功率扰动时，尤其是大幅的功率扰动，电力系统频率将会出现频率偏移现象，严重时将会引起电力系统中继电保护装置动作，引起停电、停机事故，影响正常的生产生活。

随着特高压的建设、可再生能源的高比例并网、大容量机组的投，电网调频能力、灵活性显著下降，安全运行环境恶化，扰动后的频率动态过程更加复杂，出现明显的时空分布特征。快速准确的刻画和分析电力系统动态频率的响应过程，是安全稳定分析、优化运行、保护控制等研究的重要基础。因此，关于动态频率响应模型及计算的研究一直备受关注。

目前，针对该问题主要有全状态仿真模型与单机等值模型两类模型。全状态仿真模型可通过详细的模型表示复杂的网络结构与电气元件，并通过数值积分算法求解，来模拟详细的频率响应过程，能够反映频率的时空分布特征。例如PSS/E、PSASP、BPA、PowerWorld等仿真软件中提供了多种发电机模型、负荷模型、输电模型等电气元件模型，并提供了欧拉法、梯形法、龙泽库塔法等求解算法。但全状态仿真模型求解速度慢，多用于离线仿真分析等对求解速度要求不高的应用场景。而单机等值模型忽略了无功-电压与网络结构的影响，采用等值转子简化模型，例如系统频率响应模型(SFR，System FrequencyResponse Model)、平均频率响应模型(ASF，Average System Frequency Model)模型等，虽计算速度快，但无法反映频率的时空分布特征。因此，需要提出快速的计及网络结构的频率响应分析模型。

基于直流潮流的电力系统频率响应分析方法(DFR，Direct-current-loadflow-based Frequency Response Model)与基于简化导纳矩阵的频率响应快速分析方法(FRM，Frequency Analysis Model base on Reduced Admittance Matrix)均为一种快速的计及网络结构的频率响应分析模型。DFR模型采用直流潮流来描述网络结构的影响，相比全状态响应模型，效率有了极大的提升。FRM模型在DFR模型的基础上，将网络矩阵化简为只含有发电机组的和一个扰动节点的简化导纳矩阵，消去了非扰动负荷节点，进一步提升了计算求解效率。但FRM方法所构造的在计算多个扰动的动态频率响应过程时需要重复计算多个简化导纳矩阵，这会影响计算效率。

因此，本发明提出了一种基于简化结构的电力系统多机动态频率响应模型，在网络层面，基于DFR模型，消去了非发电机节点，将网络结构简化为只含有发电机节点的机间振荡矩阵以及只含有非发电机节点的扰动功率分配矩阵，简化了求解过程；在机组层面采用低阶的动态频率相应模型，降低了求解阶数。

发明内容

本发明提出了一种简化结构的电力系统多机动态频率响应模型。在网络层面，基于DFR模型，将网络简化为只含有发电机节点的机间振荡矩阵以及只含有非发电机节点的扰动功率分配矩阵，从而简化了计算过程，提高了计算效率；在机组层面采用低阶的SFR模型，降低了求解阶数。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：