一种交流电力系统稳定性优化方法和系统

本申请属于电力系统稳定控制，更具体地，涉及一种交流电力系统稳定性优化方法和系统。

背景技术：

1、面对当今电力系统中频繁发生的新形态振荡问题，现有工作大多基于傅里叶分解结果认为系统动态过程是在基本电气量瞬时值工作点上以谐波扰动的形态达到自洽并基于此进行稳定控制，其中部分研究认为动态过程是稳态交流瞬时值上叠加正负序单个谐波扰动建立模型分析稳定性进而改变控制参数，还有部分研究认为需考虑正负序谐波耦合时才能得出更合适的稳定性分析结果从而进行稳定控制，但上述控制参数优化的效果在不同电网条件的系统运行场景下适应性存在较大局限。另外有部分工作则在旋转坐标系下建立了基于电压和电流dq分量扰动间的传递函数关系来分析系统稳定性从而实现控制优化，但dq轴阻抗以及他们之间的耦合并没有明确的物理内涵。此外，还有基于模态分析法改进参数，但针对目前电力电子设备大量接入的系统，系统阶数随着电力电子装备接入呈几何增长，所建立的状态空间模型阶数会越来越高且每一次新增装备都要对系统的状态空间模型重建，工作量大且难以据此进行控制参数优化。

2、总之上述这些稳定性方法都存在一个共同的问题，就是电力系统在不同电网条件和入网设备的场景下稳定效果存在较大的差异。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本申请提供了一种交流电力系统稳定性优化方法和系统，其目的在于解决现有电力系统稳定性方法面对不同电网条件和入网设备的场景时普适性不够的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，包括下述步骤：

3、s1、以交流电力系统中装备内电势幅值/频率与网络端口有功/无功电流为状态变量，获得交流电力系统中设备储能与网络储能相互交换的原始关系；

4、s2、根据所述原始关系获得交流电力系统直流稳态工作点上增量间的扰动关系；

5、s3、基于所述扰动关系获得控制参数对交流电力系统稳定性影响的分析结果；

6、s4、根据所述分析结果调节控制参数，提高交流电力系统的稳定性。

7、优选的，步骤s1具体为：

8、

9、

10、其中，ae(t)和ωe(t)分别为内电势幅值和频率；和分别为有功电流和无功电流；ncov1表示和ae(t)之间的非线性关系；ncov2表示和ωe(t)之间的非线性关系；nnet1表示[ae(t),ωe(t)]和之间的非线性关系；nnet2表示[ae(t),ωe(t)]和之间的非线性关系；t为时间。

11、优选的，步骤s2具体为：

12、将所述原始关系描述为交流电力系统直流稳态工作点上叠加扰动增量的关系；进一步基于所述关系得到交流电力系统直流稳态工作点上增量间的扰动关系。

13、优选的，将所述原始关系描述为交流电力系统直流稳态工作点上叠加扰动增量的扰动关系，具体为：

14、

15、

16、其中，ae0和ωe0分别为内电势的稳态幅值和频率；和分别为稳态有功电流和无功电流；δae(t)和δωe(t)分别为内电势幅值和频率的扰动增量；和分别为有功电流和无功电流的扰动增量；ncov1表示和ae(t)之间的非线性关系；ncov2表示和ωe(t)之间的非线性关系；nnet1表示[ae(t),ωe(t)]和之间的非线性关系；nnet2表示[ae(t),ωe(t)]和之间的非线性关系；t为时间。

17、优选的，交流电力系统直流稳态工作点上增量间的扰动关系，具体为：

18、

19、

20、其中，[δae δωe]t表示内电势幅值和频率的扰动增量矩阵的转置；表示有功电流和无功电流的扰动增量矩阵的转置；gcov(s)为内电势幅值/频率和有功/无功电流扰动增量之间的传递函数矩阵；hnet(s)为有功/无功电流和内电势幅值/频率扰动增量之间的传递函数矩阵。

21、优选的，步骤s3具体为：采用特征值分析方法求解所述扰动关系的特征值，针对特征值，其实部为负且绝对值越大，则系统越稳定。

22、优选的，步骤s3具体为：采用伯德图法作出所述扰动关系中传递函数的幅频-相频特性曲线，针对相位裕度和幅值裕度，裕度为正且值越大，则系统越稳定。

23、第二方面，本申请提供了一种交流电力系统稳定性优化系统，包括以下部分：

24、第一模块，用于以交流电力系统中装备内电势幅值/频率与网络端口有功/无功电流为状态变量，获得交流电力系统中设备储能与网络储能相互交换的原始关系；

25、第二模块，用于根据所述原始关系获得交流电力系统直流稳态工作点上增量间的扰动关系；

26、第三模块，用于基于所述扰动关系获得控制参数对交流电力系统稳定性影响的分析结果；

27、第四模块，用于根据所述分析结果调节控制参数，提高交流电力系统的稳定性。

28、第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

29、第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

30、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

31、(1)电力系统振荡等不稳定情况本质上是系统中储能元件之间在控制作用下能量交换行为的一种外在体现，设备内电势幅值/频率变化又直接反映了设备在系统动态过程中自身能量存储水平的动态，因此，本申请方案基于幅值/频率形成的控制优化方法是直接作用于不稳定现象背后的能量交换本质，其不会受电网条件不同和电网接入设备不同的影响，具有更好的普适性。

32、(2)幅值/频率不仅是电力系统运行关注的主要指标，还是电气设备设计和制造的关键参数，与电气设备绝缘水平以及耐压/耐流能力等具有密切联系，因此，本申请方案基于幅值/频率形成的控制优化方法与现有技术相比更加有效。

技术特征：

1.一种交流电力系统稳定性优化方法，其特征在于，包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤s1具体为：

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤s2具体为：

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，将所述原始关系描述为交流电力系统直流稳态工作点上叠加扰动增量的扰动关系，具体为：

5.根据权利要求1或3所述方法，其特征在于，交流电力系统直流稳态工作点上增量间的扰动关系，具体为：

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤s3具体为：采用特征值分析方法求解所述扰动关系的特征值，针对特征值，其实部为负且绝对值越大，则系统越稳定。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤s3具体为：采用伯德图法作出所述扰动关系中传递函数的幅频-相频特性曲线，针对相位裕度和幅值裕度，裕度为正且值越大，则系统越稳定。

8.一种交流电力系统稳定性优化系统，其特征在于，包括以下部分：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任一所述的方法。

技术总结本申请公开了一种交流电力系统稳定性优化方法和系统，属于电力系统稳定控制技术领域。本申请首先以交流电力系统中装备内电势幅值/频率与网络端口有功/无功电流为状态变量，表征交流电力系统中设备储能与网络储能相互交换的原始关系；然后将所述原始关系描述为交流电力系统直流稳态工作点上增量间的扰动关系；再基于所述扰动关系分析控制参数的变化对交流电力系统稳定性的影响；最后根据分析结果调节控制参数，提高交流电力系统的稳定性。本申请方案基于幅值/频率形成的控制优化方法是直接作用于不稳定现象背后的能量交换本质，针对不同电网条件具有更强的普适性。技术研发人员：雷世豪,王思成,袁小明,袁宇波,姜云龙,史明明受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25