CN110148947A - 在动态潮流分析中修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法，为大电网动态潮流分析建模时将节点多台感应电动机等值成一台计及频率特性的感应电动机提供了精确的算法，在参数聚合时不仅考虑了感应电动机容量，还考虑感应电动机中对频率特性影响较大的惯性时间常数、马达功率占母线功率的比例、负载率、定子电抗、转子电抗以及转矩方程常数这些参数，使计及频率特性感应电动机等值建模研究大电网的动态潮流获得了良好效果。

Description

在动态潮流分析中修正电网各节点感应电动机的实际注入功 率的方法
技术领域
本发明涉及电力系统自动化技术领域，具体而言涉及适用于动态潮流分析的感应电动机负荷参数聚合的方法。
背景技术
电力系统的仿真结果可以作为规划建设电网的参考数据之一，但是不同的仿真模型对仿真计算的结果会产生不同程度的影响，尤其是负荷频率特性的精确度会对电网最终的动态潮流仿真结果产生至关重要的作用。随着电网和电源结构以及负荷种类的改变，系统的频率特性也会随之产生变化，电网的安全稳定也面临新的威胁，因而准确的节点负荷频率特性是动态潮流仿真分析的关键所在。由于实际电动机设备都接入在低电压等级，而大电网动态潮流分析一般只考虑高电压等级，而对低电压等级进行简化等值。目前，在节点负荷等值建模中，对于等值感应电动机负荷的参数取值问题，大多仅考虑负荷的容量影响，采用容量加权法来得到等值感应电动机的参数。这种方法仅仅将容量作为聚合的权系数，没有考虑感应电动机中的其他参数对频率的影响，使得等值模型不能准确反映负荷频率特性，无法很好地进行动态潮流分析。
发明内容
本发明目的在于提供一种在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法，达到聚合方法简单易行，工程精确度高的效果。
为达成上述目的，本发明提供的在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法，包括以下步骤：
1)在电网中将电力系统划分为需要保留进行动态潮流分析的研究节点和需要进行负荷等值的节点；
2)设定需要等值的节点下有M台感应电动机，根据下述式(1)确定等值感应电动机的容量SM：
式(1)中Si为第i台感应电动机的容量；
3)获取等值感应电动机的参数；
4)根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率。
进一步的实施例中，所述步骤3)中，通过适用于计及频率特性动态潮流分析的感应电动机负荷参数聚合的方法来求取等值感应电动机的参数，具体包括：
确定感应电动机比例系数KMi：
KMi＝TJ·Pper·KL·Xs·Xr·A (2)
式(2)中，KMi表示第i台感应电动机比例系数，TJ为第i台感应电动机的惯性时间常数，Pper为马达功率占母线功率的比例，KL为负载率，Xs为定子电抗，Xr为转子电抗，A为转矩方程常数；
确定感应电动机权重Ri：
Ri＝SiKMi (3)
式(3)中Ri表示第i台感应电动机权重；
等值感应电动机中各参数聚合：
式(4)中，ε为等值感应电动机参数，可分别为惯性时间常数TJ、马达功率占母线功率的比例Pper、负载率KL、定子电抗Xs、转子电抗Xr以及转矩方程常数A，εi为第i台感应电动机的对应参数。
进一步的实施例中，所述步骤4)的实现包括在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性，并根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率，具体包括：
4-1、设置潮流计算的初值，并通过N-R法计算潮流；
4-2、判断电力系统是否出现扰动，若系统无扰动，则直接结束流程，若系统出现扰动，则设置周期T与步长m，且令步数n＝1；
4-3、计算电力系统的频率变化值，计算系统存在的不平衡功率，得到不平衡功率后，计算系统频率的变化量，其中系统频率变化将导致继电保护动作，包括：高频减载和低频切机；
4-4、判断步数n与步长m的乘积是否小于周期T，若nm<T，则令n＝n+1，并重复上述步骤4-3；若nm≥T，则进入步骤4-5；
4-5、根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率，并进行系统潮流计算；
4-6、判断系统扰动是否存在，若存在，则重复上述步骤4-2至4-5；若扰动不存在，则结束流程。
进一步的实施例中，所述4-1中通过N-R法计算潮流具体包括：
(1)形成导纳矩阵；
(2)设置各节点电压初值
(3)将节点电压的初值带入公式中计算各节点功率以及电压的不平衡量
(4)计算雅克比矩阵；
(5)求解修正方程式，求解各节点电压的修正量
(6)将初值与修正量相加得到新的电压初值；
(7)将新的电压初值带入计算，得出新的各节点功率以及电压的不平衡分量；
(8)判断是否收敛；
(9)计算平衡节点的功率和线路功率。
由以上本发明的技术方案，本发明的有益效果在于：本发明方法为大电网动态潮流分析建模时将节点多台感应电动机等值成一台计及频率特性的感应电动机提供了精确的算法，在参数聚合时不仅考虑了感应电动机容量，还考虑了感应电动机中对频率特性影响较大的惯性时间常数、马达功率占母线功率的比例、负载率、定子电抗、转子电抗以及转矩方程常数这些参数，使计及频率特性感应电动机等值建模研究大电网的动态潮流获得了良好效果。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明的感应电动机负荷参数聚合的流程示意图。
图2是本发明的在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性，根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率的流程示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1-图2所示，根据本发明较佳的实施例的在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法，主要包括三方面，即基础数据准备、参数聚合以及实际注入功率的修正。
结合图1、2所示，图1中描述的步骤1是基础数据准备：在电网中将所要分析的大电网划分为需要保留的研究节点和需要计及频率特性感应电动机等值的节点。
图1中步骤2设需要等值的节点中有M台感应电动机，根据式(1)求取等值感应电动机的容量SM：
式(1)中Si为第i台感应电动机的容量。
图1中步骤3通过适用于计及负荷频率特性动态潮流分析的感应电动机负荷参数聚合的方法来求取等值感应电动机的参数。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)，通过适用于计及频率特性动态潮流分析的感应电动机负荷参数聚合的方法来求取等值感应电动机的参数：
感应电动机比例系数KMi：
KMi＝TJ·Pper·KL·Xs·Xr·A (2)
式(2)中KMi表示第i台感应电动机比例系数，TJ为第i台感应电动机的惯性时间常数，Pper为马达功率占母线功率的比例，KL为负载率，Xs为定子电抗，Xr为转子电抗，A为转矩方程常数，后6个参数均为感应电动机负荷中对频率特性影响较大的参数。
感应电动机权重Ri：
Ri＝SiKMi (3)
式(3)中Ri表示第i台感应电动机权重。
等值感应电动机中各参数聚合：
式(4)中ε为等值感应电动机参数，可分别为惯性时间常数TJ、马达功率占母线功率的比例Pper、负载率KL、定子电抗Xs、转子电抗Xr以及转矩方程常数A，εi为第i台感应电动机的对应参数。
图2为在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性，根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率。
图2中步骤1是设置潮流计算的初值，并通过N-R法计算潮流。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1中N-R法的基本步骤如下：
(1)形成导纳矩阵；
(2)设置各节点电压初值
(3)将节点电压的初值带入公式中计算各节点功率以及电压的不平衡量
(4)计算雅克比矩阵；
(5)求解修正方程式，求解各节点电压的修正量
(6)将初值与修正量相加得到新的电压初值；
(7)将新的电压初值带入计算，得出新的各节点功率以及电压的不平衡分量；
(8)判断是否收敛；
(9)计算平衡节点的功率和线路功率。
图2中步骤2判断系统是否出现扰动。若系统无扰动，则直接结束。若系统出现扰动，则设置周期T与步长m，且令步数n＝1。
图2中步骤3是计算系统的频率变化值。计算系统存在的不平衡功率，得到不平衡功率后，计算系统频率的变化量。系统频率变化会导致继电保护动作，包括：高频减载，低频切机。
图2中步骤4是判断步数n与步长m的乘积是否小于周期T，若nm<T，则令n＝n+1，并重复上述步骤4-3；若nm≥T，则进入步骤4-5。
图2中步骤5是根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率，并进行系统潮流计算。
图2中步骤6判断系统扰动是否存在，若存在，则重复上述步骤4-2，步骤4-3，步骤4-4，步骤4-5；若扰动不存在，则结束。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.一种在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在电网中将电力系统划分为需要保留进行动态潮流分析的研究节点和需要进行负荷等值的节点；
2)设定需要等值的节点下有M台感应电动机，根据下述式(1)确定等值感应电动机的容量SM：
式(1)中Si为第i台感应电动机的容量；
3)获取等值感应电动机的参数；
4)根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率。
2.根据权利要求1所述的在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法，其特征在于，所述步骤3)中，通过适用于计及频率特性动态潮流分析的感应电动机负荷参数聚合的方法来求取等值感应电动机的参数，具体包括：
确定感应电动机比例系数KMi：
KMi＝TJ·Pper·KL·Xs·Xr·A (2)
式(2)中，KMi表示第i台感应电动机比例系数，TJ为第i台感应电动机的惯性时间常数，Pper为马达功率占母线功率的比例，KL为负载率，Xs为定子电抗，Xr为转子电抗，A为转矩方程常数；
确定感应电动机权重Ri：
Ri＝SiKMi (3)
式(3)中Ri表示第i台感应电动机权重；
等值感应电动机中各参数聚合：
式(4)中，ε为等值感应电动机参数，可分别为惯性时间常数TJ、马达功率占母线功率的比例Pper、负载率KL、定子电抗Xs、转子电抗Xr以及转矩方程常数A，εi为第i台感应电动机的对应参数。
3.根据权利要求2所述的在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法，其特征在于，所述步骤4)的实现包括在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性，并根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率，具体包括：
4-1、设置潮流计算的初值，并通过N-R法计算潮流；
4-2、判断电力系统是否出现扰动，若系统无扰动，则直接结束流程，若系统出现扰动，则设置周期T与步长m，且令步数n＝1；
4-3、计算电力系统的频率变化值，计算系统存在的不平衡功率，得到不平衡功率后，计算系统频率的变化量，其中系统频率变化将导致继电保护动作，包括：高频减载和低频切机；
4-4、判断步数n与步长m的乘积是否小于周期T，若nm<T，则令n＝n+1，并重复上述步骤4-3；若nm≥T，则进入步骤4-5；
4-5、根据频率计算值修正各节点感应电动机的实际注入功率，并进行系统潮流计算；
4-6、判断系统扰动是否存在，若存在，则重复上述步骤4-2至4-5；若扰动不存在，则结束流程。
4.根据权利要求3所述的在动态潮流分析中计及感应电动机频率特性修正电网各节点感应电动机的实际注入功率的方法，其特征在于，所述4-1中通过N-R法计算潮流具体包括：
(1)形成导纳矩阵；
(2)设置各节点电压初值fi (0)；
(3)将节点电压的初值带入公式中计算各节点功率以及电压的不平衡量ΔPi (0)、
(4)计算雅克比矩阵；
(5)求解修正方程式，求解各节点电压的修正量Δfi (0)；
(6)将初值与修正量相加得到新的电压初值；
(7)将新的电压初值带入计算，得出新的各节点功率以及电压的不平衡分量；
(8)判断是否收敛；
(9)计算平衡节点的功率和线路功率。
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