基于同步发电机三阶模型的电力系统控制方法及相关设备与流程

本发明涉及新能源电力控制，具体为基于同步发电机三阶模型的电力系统控制方法及相关设备。

背景技术：

1、传统的不可再生能源不仅带来严重的环境污染和温室效应等一系列问题，且存量也越来越少，这对人类生存的环境和可持续发展带来了严重的挑战。当前，能源结构调整和能源高效变换是解决上述问题的重要途径，通过提高风电、光伏等清洁能源的投入及并网可以有效改善电网发电侧能源结构，降低以化石能源消耗为主的火电机组的能源占比，而对于改善电网发电的能源结构则离不开基于同步发电机三阶模型的电力系统控制方法。

2、现有技术中，电力系统控制方法是通过调整机组有功出力，跟踪系统频率变化进行控制，但火电机组响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪电网调度的调频指令，存在调节延迟、调节偏差和调节反向的问题，进而会造成电力系统控制的准确性和稳定性降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中电力系统控制方法因火电机组响应时滞长、机组爬坡速率低，不能准确跟踪电网调度的调频指令，会造成电力系统控制的准确性和稳定性降低的问题。提出基于同步发电机三阶模型的电力系统控制方法及相关设备，通过利用同步发电机的三阶模型构建电力系统的状态方程，能够对电力系统中发电机的机械、电气和励磁特性进行更为准确地建模，提高电力系统运行的准确性，且基于同步发电机的三阶模型建模计算量小，有助于提高控制系统的可行性和实用性；对状态方程进行线性优化能够简化控制器的系统参数，同时利用储能控制策略将与电力系统并网的储能系统集成到整个控制系统中，结合电力系统的多方进行模拟，进而对系统参数进行优化，根据优化后的系统参数将目标控制器集成到电力系统进行实际运行，更有利于提高电力系统的稳定性。

2、第一方面，本发明提供的一种技术方案是：基于同步发电机三阶模型的电力系统控制方法，包括以下步骤：

3、基于同步发电机三阶模型构建电力系统的状态方程；

4、选取目标工作点，基于所述目标工作点对所述状态方程进行线性化处理，获取电力系统中控制器的系统参数；

5、基于所述控制器的系统参数确定电力系统中储能系统的储能控制策略，通过预设的模拟工具根据所述电力系统中控制器的系统参数及储能系统的储能控制策略模拟电力系统的运行状态，得到模拟运行结果；

6、根据所述模拟运行结果对所述控制器进行系统参数调整，确定目标控制器，将所述目标控制器集成到电力系统运行。

7、进一步地，所述基于同步发电机三阶模型构建电力系统的状态方程，包括：

8、建立所述同步发电机三阶模型，根据所述同步发电机三阶模型确定转子角度、转子速度及电磁功率的微分方程；

9、将所述转子角度、转子速度及电磁功率的微分方程在状态空间中进行转换，得到电力系统的所述状态方程。

10、进一步地，所述将所述转子角度、转子速度及电磁功率的微分方程在状态空间中进行转换，得到电力系统的所述状态方程，包括：

11、根据微分方程与状态空间的空间转换关系，将所述转子角度、转子速度及电磁功率的微分方程转换到状态空间中，得到电力系统的所述状态方程，所述电力系统的所述状态方程包括电力系统的连续方程及输出方程；

12、所述连续方程为：所述输出方程为：y＝cx(t)+du(t)；

13、其中，x(t)是电力系统的状态向量，u(t)是电力系统的输入向量，a、b、c、d分别表示系统动态特性的常数矩阵或系数，y(t)是电力系统的输出向量，转换的对象包括转子角度、转子速度及电磁功率，转换时x(t)及u(t)与对象对应。

14、进一步地，所述选取目标工作点，基于所述目标工作点对所述状态方程进行线性化处理，获取电力系统中控制器的系统参数，包括：

15、选取电力系统在稳态下的所述目标工作点，获取所述目标工作点的状态变量；

16、基于所述目标工作点的状态变量对所述同步发电机三阶模型中的非线性方程求解偏导，得到对应所述状态方程的雅可比矩阵；

17、基于所述状态方程中转子角度、转子速度和电磁功率的状态变量分别对所述状态方程的雅可比矩阵求解偏导，得到所述优化矩阵；

18、根据所述优化矩阵对所述目标工作点前后预设范围内的工作点的非线性状态方程进行线性化处理，以及根据泰勒级数对所述目标工作点前后预设范围内的工作点的非线性状态方程进行线性处理，得到线性化方程；

19、根据所述状态方程从所述线性化方程提取电力系统中控制器的所述系统参数。

20、进一步地，所述控制器包括vsg控制器，所述基于所述控制器的系统参数确定电力系统中储能系统的储能控制策略，通过预设的模拟工具根据所述电力系统中控制器的系统参数及储能系统的储能控制策略模拟电力系统的运行状态，包括：

21、基于所述vsg控制器的系统参数确定对电力系统中储能系统进行调频的储能控制策略，包括构建综合调频目标传递函数，所述综合调频目标传递函数用于对储能系统进行调频；

22、通过数值仿真工具基于所述vsg控制器的系统参数模拟调频后所述vsg控制器的运行状态，得到所述模拟运行结果，其中，模拟的对象包括所述vsg控制器的一次调频特性、同步发电机惯性及同步发电机阻尼特性进行模拟。

23、进一步地，所述通过数值仿真工具基于所述vsg控制器的系统参数模拟调频后所述vsg控制器的运行状态，得到所述模拟运行结果，包括：

24、通过所述数值仿真工具，根据所述vsg控制器的vsg调速器方程模拟所述vsg控制器的一次调频特性，以及根据所述vsg控制器的vsg转子运动方程模拟同步发电机惯性及同步发电机阻尼特性。

25、进一步地，所述将所述目标控制器集成到电力系统运行的步骤之前，方法还包括：对所述目标控制器的控制系统进行性能分析，包括对所述控制系统进行频域分析、时域分析及鲁棒性分析。

26、第二方面，本发明还提供一种技术方案是：基于同步发电机三阶模型的电力系统控制装置，所述装置包括：

27、构建模块，用于基于同步发电机三阶模型构建电力系统的状态方程；

28、处理模块，用于选取目标工作点，基于所述目标工作点对所述状态方程进行线性化处理，获取电力系统中控制器的系统参数；

29、模拟模块，基于所述控制器的系统参数确定电力系统中储能系统的储能控制策略，通过预设的模拟工具根据所述电力系统中控制器的系统参数及储能系统的储能控制策略模拟电力系统的运行状态，得到模拟运行结果；

30、参数调整模块，用于根据所述模拟运行结果对所述控制器进行系统参数调整，确定目标控制器，将所述目标控制器集成到电力系统运行。

31、第三方面，本发明还提供一种技术方案是：一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面中所述的基于同步发电机三阶模型的电力系统控制方法的步骤。

32、第四方面，本发明还提供一种技术方案是：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，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中所述的基于同步发电机三阶模型的电力系统控制方法的步骤。

33、本发明所达到的有益效果：本技术通过利用同步发电机的三阶模型构建电力系统的状态方程，能够对电力系统中发电机的机械、电气和励磁特性进行更为准确地建模，提高电力系统运行的准确性，且基于同步发电机的三阶模型建模计算量小，有助于提高控制系统的可行性和实用性；对状态方程进行线性优化能够简化控制器的系统参数，同时利用储能控制策略将与电力系统并网的储能系统集成到整个控制系统中，结合电力系统的多方进行模拟，进而对系统参数进行优化，根据优化后的系统参数将目标控制器集成到电力系统进行实际运行，更有利于提高电力系统的稳定性。

34、上述技术实现要素：仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。