一种电力系统暂态频率性能与新能源接入间关系的多项式逼近分析方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种电力系统暂态频率性能与新能源接入间关系的多项式逼近分析方法。

背景技术

在传统电力系统中，可再生能源占比较低，电力系统只需考虑如何提供备用能源以适应可再生能源的接入。但随着可再生能源和电力电子设备的不断发展和普及，电力系统迅速向高比例可再生能源和电力电子化的方向发展。此发展所带来的变化将会导致其系统的参数和性能发生很大程度的改变，比如新能源系统低惯量特性和低调频能力使其不能像传统电力系统一般及时恢复系统频率，系统的频率稳定性能下降，可能会导致系统低频减载装置启动，甚至于导致系统解列。所以如何更好地评估量化电力系统暂态频率稳定性，探究系统中不同因素对暂态频率稳定的影响，并借此协助电力系统稳定运行，是电网运行的重要问题之一。

在进行电力系统问题分析时，往往把影响电力系统运行的因素视为电力系统模型中的可变参数，从而将可变参数与电力系统状态和性能之间的研究称为电力系统中的参数化问题研究。在电力系统参数化问题的研究中，多项式逼近的应用较为广泛，多项式可建立系统可变参数与系统状态和性能的函数关系，并量化可变参数的影响。多项式逼近是正交多项式基函数加权广义傅里叶展开的结果，并具有2范数意义上的全局最优逼近的性质，在参数变化范围较大且被逼近变量关于参数的非线性关系较强时仍具有较高的逼近精度，能够给出参数空间内的全局高准确度逼近。配点法属于一种计算多项式系数的非侵入式方法，其特点为多项式系数的计算与系统微分代数方程组的求解相互独立。

发明内容

综上，针对现有技术的实际需求，本发明提出一种电力系统暂态频率性能与新能源接入间关系的多项式逼近分析方法，通过建立电力系统参数与暂态频率稳定指标之间的关系式，能够量化系统频率稳定性，并探究不同参数对暂态频率的影响，提高了对系统暂态频率稳定性评估的准确性，有利于电力系统调度及电力系统受扰后对频率稳定的预测。

本发明具体采用以下技术方案：

一种电力系统暂态频率性能与新能源接入间关系的多项式逼近分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立待分析的电力系统的数学模型；

步骤2、根据电网运行导则与系统低频减载值的设定，划分不同频段，据此选取暂态频率二元表(f

步骤3、选取影响系统频率的关键因素参数，并确定各参数范围；

步骤4、用一组微分代数方程描述步骤1中的电力系统模型，并根据可变参数p与系统暂态轨迹x(t,p)、y(t,p)的映射关系，建立I与p的隐函数I(p)；

步骤5、设定I(p)的逼近阶次N，从p的正交多项式系中选取基函数并确定其项数；

步骤6、采用配点法确定p的配点集合并确定每个配点仿真得到的频率响应轨迹对应的I。采用配点法计算系数的方式得到各基函数的系数，进而确定I与p的显式逼近函数

进一步地，在步骤2中：根据频率稳定安全要求和步骤1中系统的频率控制措施，将频率响应曲线划分为n+1个区间，每个区间的频率阈值即为二元表的f

根据所选基于多二元表的暂态频率稳定跌落区间划分，整理出系统暂态频率稳定指标关系式如下：

式中，t

进一步地，在步骤2中，获得系统暂态频率稳定指标表达式之后，将每一段频率区间赋予权重系数，当系统频率不满足于某一具体要求时，量化评估指标结果大于1；系统频率处于暂态频率稳定范围之内时，量化评估指标结果小于1；系统频率处于暂态频率临界稳定状态时，量化评估指标结果等于1；结合频率的累积效应，各频段权重系数的计算公式为：

在频率偏移量很小的频段，由于其临界稳定情况为频率恰好在二元表最大允许时间T

进一步地，在步骤3中，选取影响系统频率的关键因素，关键因素包括潜在扰动功率、同步发电机的一次调频系数、系统新能源接入比例、新能源机组的调频增益、负荷水平等。

进一步地，在步骤4-步骤6中：根据步骤1构造的电力系统模型，其动态过程采用一组微分-代数方程来描述：

式中，x为系统状态变量所组成的向量；y为系统代数变量所组成的向量；p为系统中可变参数组成的向量；

当为系统选取一组参数向量p时，则对应确定一组向量x、y，系统的暂态过程由上式决定；每一组参数向量p可确定一组x和y的轨迹，将该轨迹记作x(t,p)和y(t,p)，每一组x和y的轨迹对应计算出唯一的指标I，因此暂态频率稳定量化指标I也是关于p的函数，两者的函数关系记作I(p)；

对于I(p)是隐函数，但可由p的正交多项式线性组合逼近，将逼近结果记为

式中，ψ

对于n维参数向量p，设p中某个参数p

式中，N代表逼近阶次，

参数p

式中i＝1,2,...,n，n为参数向量p的维数，N为逼近阶次；

对

式中S内的配点个数M＝(N+1)

设S内的配点为p

将I(p

式中χ

进一步地，在步骤6中，将步骤5求得的c

相比于现有技术，本发明及其优选方案基于量化评估系统暂态频率稳定性的暂态频率稳定指标，逼近系统中的频率影响因素与暂态频率稳定指标的函数多项式关系。本发明计算速度快且逼近精度高，能够根据所得系统参数与暂态频率指标的多项式函数对电力系统运行提出建议，从而实现电力系统的稳定运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为本发明实施例步骤2的暂态频率稳定指标示意图。

图2为本发明实施例步骤6的计算流程框图。

图3为本发明实施例总体操作流程的示意框图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处的附图中的描述和示出的组件可以以不同配置来组合设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的选定实施例的详细描述并非为了限制要求保护的本发明的范围，而是仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图3所示，本发明实施例提供的的技术方案是一种电力系统暂态频率性能与新能源接入间关系的多项式逼近分析方法，具体包括以下步骤：

步骤1、建立待分析的电力系统的数学模型。

步骤2、根据电网运行导则与系统低频减载值的设定，划分不同频段，据此选取暂态频率二元表(f

步骤3、选取影响系统频率稳定的关键参数，并确定各参数范围；

步骤4、用一组微分代数方程描述步骤1中的电力系统模型，并根据可变参数p与系统暂态轨迹x(t,p)、y(t,p)的映射关系，建立I与p的隐函数I(p)；

步骤5、设定I(p)的逼近阶次N，从p的正交多项式系中选取基函数并确定其项数；

步骤6、采用配点法确定p的配点集合并确定每个配点仿真得到的频率响应轨迹对应的I。采用配点法计算系数的方式得到各基函数的系数，进而确定I与p的显式逼近函数

作为一种优选的实施例，步骤2的具体实现包括：

步骤2.1、根据频率稳定安全要求和步骤1中系统的频率控制措施，可以将暂态频率响应曲线划分为n+1个区间，每个区间的临界值即为二元表的频率阈值f

步骤2.2、根据所选多二元表的暂态频率稳定跌落区间划分依据，整理出系统暂态频率稳定指标为：

式中，t

步骤2.3、将每一段频率区间赋予权重系数，当系统频率不满足于某一具体要求时，量化评估指标结果大于1；系统频率处于暂态频率稳定范围之内时，量化评估指标结果小于1；系统频率处于暂态频率临界稳定状态时，量化评估指标结果等于1。结合频率的累积效应，各频段权重系数的计算表达式为：

……

在频率偏移量很小的频段，由于其临界稳定情况为频率恰好在二元表最大允许时间T

各频段与权重系数的对应关系如表1所示。

表1频段与权重系数对应关系

作为一种优选的实施例，步骤3的具体实现包括：

选取影响系统频率的关键因素，可以考虑系统的潜在扰动功率、同步发电机的一次调频系数、系统新能源接入比例、新能源机组的调频增益、负荷水平等等，根据所选择的因素以及系统规模设置参数的变化范围。

作为一种优选的实施例，步骤4的具体实现包括：

根据步骤1构造的电力系统模型，其动态过程可以用一组微分-代数方程来描述：

式中，x为系统状态变量所组成的向量；y为系统代数变量所组成的向量；p为系统中可变参数组成的向量。

当为系统选取一组参数向量p时，可对应确定一组向量x、y，系统的暂态过程由式所决定。每一组参数向量p可确定一组x和y的轨迹，将该轨迹记作x(t,p)和y(t,p)，每一组x和y的轨迹也可以计算出唯一的指标I，因此暂态频率稳定量化指标I也是关于p的函数，两者的函数关系可以记作I(p)。通常该函数关系是隐式的，无法直接获得其表达式，但可用多项式逼近此函数关系。

对于指标I(p)来说，它可由p的正交多项式线性组合逼近，逼近后的暂态轨迹记为

式中，ψ

作为一种优选的实施例，步骤5的具体实现包括：

对于n维参数向量p，设p中某个参数p

式中，N代表逼近阶次，

作为一种优选的实施例，步骤6流程图如图2所示，其具体实现包括：

步骤6.1、确定各参数在N+1阶次高斯点。参数p

式中i＝1,2,...,n，n为参数向量p的维数，N为逼近阶次；

步骤6.2、对

式中S内的配点个数M＝(N+1)

步骤6.3、设S内的配点为p

步骤6.4、将I(p

式中χ

最终将求得的c

本实施例提供的以上方案当中的逻辑程序设计方案可以代码化的形式存储在计算机可读取存储介质中，并以计算机程序的方式进行实现，并通过计算机硬件输入计算所需的基本参数信息，并输出计算结果。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品来描述的。应理解可由计算机程序指令实现每一流程。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在一个流程或多个流程中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在一个流程或多个流程中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的一种电力系统暂态频率性能与新能源接入间关系的多项式逼近分析方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。