一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法

摘要

本发明公开一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，属于电力电子化电力系统稳定性分析领域，步骤是：首先选取系统的运行状态参数作为随机变量，然后测量得到系统在不同参数下的阻抗，并将其分成若干子频率区间，分别求取每个区间的振荡阻尼，再计算每个运行状态变量与阻尼的copula熵，并对运行状态变量进行排序，选出振荡的关键影响因素。当系统发生振荡时，利用系统中各母线的振荡数据计算copula传递熵，构建振荡传播的有向加权网络，并计算网络中每个节点的入度和出度，分析每个节点在振荡传播过程中所起的作用。此种振荡分析方法在系统模型未知的情况下，仅靠量测数据，就能选取振荡的关键影响因素，并分析其传播路径。

说明书

技术领域

本发明属于电力电子化电力系统稳定性分析领域，特别涉及一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法。

背景技术

在“双碳”的大背景下，我国新能源革命进一步发展，新能源发电逐渐成为能源需求的主要来源。同时，大量柔性直流和柔性交流输电工程的建设使电力系统“源—网—荷”各个部分的电力电子化程度逐年提高。然而，电力电子化电力系统中的多时间尺度控制系统与电网中的设备相互作用，会导致系统宽频带内的振荡不稳定性。在过去几年里已经有了大量相关的振荡事件，其中振荡频率从几赫兹到数百赫兹不等。由于这些事故严重威胁了电网的安全稳定运行，因此研究电力电子化电力系统的稳定性具有重要意义。

阻抗分析法具有明确的物理意义，是应用最广泛、最有效的稳定性分析方法。阻抗分析法通过阻抗测量的方法获取系统的小信号阻抗频率特性，再通过Nyquist判据、范数判据、Bode图判据和阻抗行列式零点判据等稳定性判据对系统的小干扰稳定性进行研究。然而，阻抗分析法不考虑系统模型，把系统当做“黑匣子”来进行研究，这就难以分析引起振荡的关键影响因素。另外，阻抗分析法难以对振荡传播的具体路径进行分析。因此，亟需研究一种基于量测数据的电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，一方面对不同运行状态下的振荡阻尼数据进行相关性分析，从而选取振荡的关键影响因素；另一方面对不同节点的振荡信号数据进行因果性分析，从而分析振荡的传播路径。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基于量测数据的电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，此种振荡分析方法解决了阻抗分析法难以分析系统内在的振荡影响因素和振荡传播特性的问题，在电力电子化电力系统的振荡分析问题方面具有良好的适用性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，选取系统的风电出力、负荷大小、控制环节参数来反映系统运行状态，将这些物理量作为一组高维的随机变量，并对其进行归一化处理；

步骤2，改变上述物理量，通过阻抗测量的方法得到系统在不同运行状态下的阻抗频率特性；

步骤3，将阻抗频率特性分成若干子频率区间，分别求取每个区间的阻抗行列式零点，获取系统的振荡模态，并得到其阻尼；

步骤4，在每个子频率区间内，以不同运行状态下得到的振荡阻尼作为一组随机变量，分别计算每个运行状态变量与振荡阻尼变量的copula熵，根据copula熵的大小对运行状态变量排序，选出每个子频率区间内振荡的关键影响因素；

步骤5，当系统发生振荡时，通过测量得到系统中

步骤6，以电网中的母线为网络节点，母线间的连接关系为网络的边，计算得到的不同母线之间的copula传递熵为边权，构建振荡传播的有向加权网络；

步骤7，为网络的边权设置阈值

步骤8，计算网络中每个节点的入度和出度，分析每个节点在振荡传播过程中所起的作用。

上述步骤1中，选取运行状态随机变量并归一化的方法是：

S1.1：对于风电并网系统，能够表征系统运行状态并可能引起振荡的因素包括风电的出力、负荷的大小、机侧控制器PI参数、网侧控制器PI参数和锁相环PI参数，共

其中，

S1.2：为了对随机变量进行相关性分析，对上述矩阵中的每一列进行归一化处理；归一化的方法由下式给出：

其中，

上述步骤2中，获取阻抗频率特性的方法是：

S2.1：在所关注的节点处分别独立注入指定频率的d轴和q轴电压扰动；

S2.2：通过测量得到两组电压电流响应信号，利用其变化量计算得到系统阻抗特性矩阵，计算公式如下：

其中，

S2.3：计算阻抗特性矩阵的行列式零点，用于求取振荡模态，阻抗行列式由下式给出：

S2.4：改变注入扰动的频率，获取全频段的阻抗特性。

上述步骤3中，划分子频率区间并求取振荡模态的方法是：

S3.1：用线性等宽或对数等宽的方式划分

S3.2：在一个子频率区间[

其中，

求解上式的零点即可得到系统在该子频率区间内的振荡模态，并得到其阻尼

S3.3：对

上述步骤4中，计算copula熵并进行相关性排序的方法是：

S4.1：采用基于Kendallτ相关系数的参数估计方法对copula函数进行参数估计，根据copula函数的参数得到copula密度函数

S4.2：根据下式计算得到copula熵：

其中，

S4.3：分别计算每个运行状态随机变量与阻尼随机变量的copula熵：

其中，下标“

上述步骤5中，计算不同母线间振荡的copula传递熵的方法是：

S5.1：当振荡发生时，测量得到系统中

其中，

S5.2：计算不同节点振荡间的copula传递熵，母线

其中，

上述步骤6中，构建振荡传播的有向加权网络的方法是：

振荡传播的有向加权网络可以表示为：

其中，

上述步骤7中，设置阈值修正振荡传播网络的方法是：

S7.1：设置阈值在0.1-0.9倍的最大边权间变化，分别计算每个阈值下网络的Laplace矩阵特征值，第

其中，

S7.2：边权大于阈值的边保留，邻接矩阵的对应元素设置为copula传递熵的值；小于阈值的边删除，邻接矩阵的对应元素设置为0；通过对邻接矩阵进行修正，得到更加精确的振荡传播网络。

上述步骤8中，计算网络中每个节点的入度和出度的方法是：

节点

其中，

采用上述方案后，本发明具有如下有益效果：

1）在系统模型未知的情况下，仅靠量测获得不同运行状态下的振荡阻尼数据，并对其进行相关性分析，就能选取振荡的关键影响因素；

2）通过对量测得到的电网各母线振荡信号数据进行因果性分析，就能得到振荡的传播路径，从而构建振荡传播网络。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

以下将对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

本具体实施方式公开了一种电力系统宽频振荡影响因素和传播路径分析方法，如附图1所示，包括以下步骤：

（1）选取系统的风电出力、负荷大小、控制环节参数来反映系统运行状态，将这些物理量作为一组高维的随机变量，并对其进行归一化处理；

（2）改变上述物理量，通过阻抗测量的方法得到系统在不同运行状态下的阻抗频率特性；

（3）将阻抗频率特性分成若干子频率区间，分别求取每个区间的阻抗行列式零点，获取系统的振荡模态，并得到其阻尼；

（4）在每个子频率区间内，以不同运行状态下得到的振荡阻尼作为一组随机变量，分别计算每个运行状态变量与振荡阻尼变量的copula熵，根据copula熵的大小对运行状态变量排序，选出每个子频率区间内振荡的关键影响因素；

（5）当系统发生振荡时，通过测量得到系统中

（6）以电网中的母线为网络节点，母线间的连接关系为网络的边，计算得到的不同母线之间的copula传递熵为边权，构建振荡传播的有向加权网络；

（7）为网络的边权设置阈值

（8）计算网络中每个节点的入度和出度，分析每个节点在振荡传播过程中所起的作用。

在本实施例中，选取运行状态随机变量并归一化的方法是：

S1.1：对于风电并网系统，能够表征系统运行状态并可能引起振荡的因素包括风电的出力、负荷的大小、机侧控制器PI参数、网侧控制器PI参数和锁相环PI参数，共

其中，

S1.2：为了对随机变量进行相关性分析，对上述矩阵中的每一列进行归一化处理；归一化的方法由下式给出：

其中，

在本实施例中，获取阻抗频率特性的方法是：

S2.1：在所关注的节点处分别独立注入指定频率的d轴和q轴电压扰动；

S2.2：通过测量得到两组电压电流响应信号，利用其变化量计算得到系统阻抗特性矩阵，计算公式如下：

其中，

S2.3：计算阻抗特性矩阵的行列式零点，用于求取振荡模态，阻抗行列式由下式给出：

S2.4：改变注入扰动的频率，获取全频段的阻抗特性。

在本实施例中，划分子频率区间并求取振荡模态的方法是：

S3.1：用线性等宽或对数等宽的方式划分

S3.2：在一个子频率区间[

其中，

求解上式的零点即可得到系统在该子频率区间内的振荡模态，并得到其阻尼

S3.3：对

在本实施例中，计算copula熵并进行相关性排序的方法是：

S4.1：采用基于Kendallτ相关系数的参数估计方法对copula函数进行参数估计，根据copula函数的参数得到copula密度函数

S4.2：根据下式计算得到copula熵：

其中，

S4.3：分别计算每个运行状态随机变量与阻尼随机变量的copula熵：

其中，下标“

在本实施例中，计算不同母线间振荡的copula传递熵的方法是：

S5.1：当振荡发生时，测量得到系统中

其中，

S5.2：计算不同节点振荡间的copula传递熵，母线

其中，

在本实施例中，构建振荡传播的有向加权网络的方法是：

振荡传播的有向加权网络可以表示为：

其中，

在本实施例中，设置阈值修正振荡传播网络的方法是：

S7.1：设置阈值在0.1-0.9倍的最大边权间变化，分别计算每个阈值下网络的Laplace矩阵特征值，第

其中，

S7.2：边权大于阈值的边保留，邻接矩阵的对应元素设置为copula传递熵的值；小于阈值的边删除，邻接矩阵的对应元素设置为0；通过对邻接矩阵进行修正，得到更加精确的振荡传播网络。

在本实施例中，计算网络中每个节点的入度和出度的方法是：

节点

其中，