CN105610161A - 一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，包括以下步骤：步骤1：获取目标网络的连接特性；步骤2：设置扰动方式，并通过潮流方程求取各时刻的动态等值阻抗矩阵；步骤3：根据动态等值阻抗矩阵得到电力***源-网-荷节点的动态特性；步骤4：由不同的源-网-荷动态电气特性计算节点自稳因子和致稳因子，用于分析节点与整个网络之间的特性。本发明能量化分析动态过程中各节点之间的影响特性，最终得到各节点与整个网络之间的动态特性。

Description

一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法

技术领域

本发明涉及一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，电力网络的规模也越来越大，尤其是新技术新设备的不断应用，使得电网各部分之间的特性越来越复杂。电力网络的安全稳定运行越来越关系到国计民生与国家安全。随着电网规模的不断扩大，电网的动态特性越来越体现出复杂的非线性特性，传统意义上的建模方法已经越来越难以计算出各节点之间的耦合关联程度。在以往的***调度运行中，工作人员往往只能通过经验判断电力网络的动态特性，对于各部分之间的动态特性及其所起到的作用不能量化分析，近几年全球都发生了多起大停电事故，而直到现在对于事故的成因和传播机理都没有一个明确的结论，通过分析网络的动态特性及各部分之间的相互影响大小，可以更深入的理解电气网络自身的特性。

众所周知，在网络分析技术中，对于一个复杂网络的分析往往是从网络结构的角度，如度、介等指标，这些指标忽略了网络参数，与电力网络不完全相符。大量的研究表明，在电力网络中，常常有一些节点更容易影响整个网络，或有一些节点更容易被其他节点所影响，所以需要再考虑电气参数的基础上有针对性的对整个电力***动态特性进行分析。

以往的网络特性研究中，对于网络参数常常是认为其是静态参数，支路参数(R，L，C)则是元件特性的具体体现，进一步表示了源-网-荷之间的关系，而从20年前开始，就不断的有文献利用戴维南(Thevenin's)等值方法对电力***等值分析；但当支路参数(R，L，C)与电量有关时，等值后的参数就是非线性参数，互相之间的关系也是非线性关系，这样的网络就是非线性网络，所以对于电力***中源-网-荷特性的分析，需要考虑动态支路参数影响。

现有的网络技术应用于电力***分析，也主要都是从静态角度分析一个具有电气参数特性的网络结构中，各部分之间的相互耦合联系强弱，并认为两个节点之间的相互影响相同，但这并不完全符合电力***实际，在实际电力***中既存在有部分节点的电压容易受到其他节点注入电流变化的影响，但该节点注入电流的变化却对其他节点的节点电压影响较小；又存在部分节点的电压不容易被其他节点注入电流变化所影响，但是该节点注入电流的变化却对其他节点的节点电压有较大影响的情况，即区域之间的相互影响程度大小并不一致。因此需要提供一种电力***稳定特性评估方法，能够从动态角度，有效地分析本节点对其他节点造成影响大小，以及其他节点对本节点造成影响大小。

目前常用的动态分析方法有小干扰分析法、时域仿真法和动态潮流法等等。近几年也不断有新的动态分析方法提出，如建立多目标动态优化模型，计算动态潮流，考虑网络结构熵等等，但主要都是针对某一具体运行条件，使得结果具有一定的局限性，无法完全量化各区域之间的动态电气特性及其重要程度因此迫切的需要提供一种能实时量化跟踪动态过程中电力***稳定特性的评估方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对网络技术应用于电力***实际的不足，提供了一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，能够实时分析网络中源-网-荷各节点之间的动态电气特性。

本发明提供的技术方案为：

一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，包括以下步骤：

步骤1：在整个电力***中，得到需要分析时刻的当前电力网络连接特性，电力网络连接特性包括电力***的网络拓扑结构与网络拓扑参数；

步骤2：设置扰动方式，选择任一能反映***运行状态的实数参变量λ，并跟踪扰动后λ的变化；λ只要是实变量，且可以反映电网运行状态，就可以适用后续公式进行电力***稳定特性评估方法；

通过潮流计算求取各时刻的动态等值阻抗矩阵Z_dyn/λ；

该矩阵中第i行第j列的元素为：

为i号节点的节点电压，为j号节点的注入电流，1≤i,j≤m+s+n；m是发电机节点个数，n是负荷节点个数，s是连接节点个数；

步骤3：根据步骤2所得的动态等值阻抗矩阵，求取源-网-荷节点之间的动态电气特性；具体如下：

$\left[\begin{array}{c}A{\stackrel{\·}{U}}_G\\ A{\stackrel{\·}{U}}_T\\ A{\stackrel{\·}{U}}_L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{GG}& Z_{GT}& Z_{GL}\\ Z_{TG}& Z_{TT}& Z_{TL}\\ Z_{LG}& Z_{LT}& Z_{LL}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}A{\stackrel{\·}{I}}_G\\ A{\stackrel{\·}{I}}_T\\ A{\stackrel{\·}{I}}_L\end{array}\right]$

其中：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_G=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{G1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{G2}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Gm}\end{array}\right],\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_T=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{T1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{T2}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Ts}\end{array}\right],\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_L\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{L1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{L2}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Ln}\end{array}\right],$

$A{\stackrel{\·}{I}}_G=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{G1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{G2}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Gm}\end{array}\right],A{\stackrel{\·}{I}}_T=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{T1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{T2}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Ts}\end{array}\right],A{\stackrel{\·}{I}}_L=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{L1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{L2}\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Ln}\end{array}\right];$

下标G、T和L分别表示发电机节点、连接节点和负荷节点；分别表示发动机节点、连接节点和负荷节点的节点电压变化量列向量；分别表示发动机节点、连接节点和负荷节点的注入电流变化量列向量；Z_GL表示发电机节点到负荷节点的动态互阻抗；

以负荷节点与其他节点之间的特性为例，负荷节点的节点电压变化量列向量计算公式如下：

$A{\stackrel{\·}{U}}_L=M\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_G+N\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_L$

其中有：

$\left\{\begin{array}{c}M={(E+{\mathrm{TZ}}_{LL}^{-1})}^{-1}{\mathrm{TZ}}_{GL}^{-1}\\ N={(E+{\mathrm{TZ}}_{LL}^{-1})}^{-1}{Z}_{LL}\\ T=Z_{LG}{(Z_{GL}^{-1}{Z}_{GG}-Z_{LL}^{-1}{Z}_{LG})}^{-1}\end{array}\right.$

E是单位矩阵，N是面向负荷的***等值阻抗矩阵，M是负荷节点电压与发电机节点电压相互关系矩阵；

具体到负荷节点i,1≤i≤n，有：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Li}=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{M}_{ik}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Gk}+N_{ii}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Li}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{N}_{ij}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Lj}$

其中M_ik是矩阵M第i行k列元素，N_ii是矩阵N第i行i列的元素，N_ij是矩阵N第i行j列的元素；令

则有：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Li}=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{Gik}+{\mathrm{\ΔU}}_{Lii}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{Lij}$

其中，表示负荷节点i的电压变化量；△U_Gik表示发电机节点k的电压变化对负荷节点i电压的影响；△U_Lii表示负荷节点i的注入电流变化对自身电压的影响；△U_Lij表示负荷节点j的注入电流变化对负荷节点i电压的影响；

为了简化分析，考虑发电机无功功率不越限，理论研究中发电机节点的功率和节点电压不变，此时发电机节点的电压为恒值，所以第一项为0，可以忽略，则有

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Li}=N_{ii}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Li}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{N}_{ij}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Lj}.$

在后续计算自稳因子和致稳因子的时候忽略了第一项，如果不忽略的话，计算方法也是一致的，只需要在当前情况下考虑PV节点的节点电压发生变化时的情况。

可以看出负荷节点i的电压受以下三个部分影响：

1)发电机节点电压变化的影响。

2)i负荷电流在自阻抗上电压降变化的影响。

3)除i以外的其他负荷电流在相应互阻抗上电压降变化的影响。

这三者共同作用使得该节点电压波动，可以看出负荷节点i的节点电压在当前时刻容易受影响的程度，通过进一步对比分析三个不同部分所占比重，还可以得到影响负荷节点i的电压中的主导因素。同理可推得发电机侧的电压电流关系式，通过分解不同的影响因素，可深入分析源-网-荷相互动态特性变化趋势及其主导因素。

当针对电力***源-网-荷动态电气特性分析时，根据实际需要，可以比较各节点有相同注入电流变化量时的特性。通过上述分析，即量化解耦了负荷节点与其他节点之间的动态特性，同理也可以推得其他类型节点之间的动态特性。

进一步地，上述基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，还包括以下步骤：

步骤4：通过动态等值阻抗矩阵，进一步分析各节点的动态电气特性，主要体现在自稳性和致稳性，分别用自稳因子和致稳因子表示；

(3)i节点的自稳因子：

自稳因子用ZU_i表示，表示了i节点的自稳性，体现了所有其他节点对i节点造成影响大小的平均值，即i节点受到整个网络影响的动态电气特性；计算公式如下：

${\mathrm{ZU}}_i=\frac{1}{n}\left|{\mathrm{\ΔU}}_{Lii}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{Lij}\right|$

其中，n表示负荷节点的个数；

(4)j节点的致稳因子：

致稳因子用ZI_j表示，表示了j节点的致稳性，体现了j节点对其他节点造成影响大小的平均值，即j节点对整个网络影响的动态电气特性；计算公式如下：

${\mathrm{ZI}}_j=\frac{1}{n}\left|{\mathrm{\ΔU}}_{Lii}+\underset{i=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{Lij}\right|$

其中，n表示负荷节点的个数。

上述实数参变量λ为节点的注入电流实部或注入***功率变化因子。

本发明的基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，能适用于所有的扰动方式，实变量可以选择任一能反映***运行状态的实数参变量，如节点的注入电流实部或注入***功率变化因子。除了大扰动的扰动瞬间，由于电压发生突变，节点自稳/致稳因子会发生阶跃变化，所以那一瞬间不适用本方法，不考虑突变的那一瞬间，大扰动的后续动态稳定特性评估可以适用本方法；如果不是大扰动，没有突变的情况，则适用本方法。

本方法在传统线性电力网络分析的基础上，考虑到电力***中电源和负荷注入功率既不是电压源，也不是电流源，存在较强非线性特性基础上，计算动态等值阻抗矩阵，动态阻抗矩阵具有明确的物理意义，矩阵元素可以体现任意两个节点之间的相互耦合关系，并量化跟踪其变化趋势，深入理解不同运行条件下电网各部分之间的复杂电气联系，解耦源-网-荷之间的耦合特性并分析其主导因素，通过评判源-网-荷节点的电气稳定特性，分别分析其自稳性和致稳性，可以宏观把握整个电力***的稳定特性。

该方法能准确量化出稳态过程甚至暂态中的动态特性，可以快速准确的判断源-网-荷节点容易被其他节点影响的程度大小和容易对其他节点产生影响的程度大小，可以深化对电力***特有电气动态特性的理解，通过时域仿真说明了该方法的有效性。

有益效果：

使用本方法，创造性的将网络分析技术引入到电力***动态分析之中，通过对电力***稳定特性的评估，可以更加深入的理解电力网络特性，对于调度规划以及电网建设具有指导意义。

1、使用本方法可直观地量化分析出源-网-荷节点之间的动态特性，可以从宏观上把握整个网络中各个节点所独有的电气特性，从理论上说明了不同节点电气特性的成因。

2、使用本发明的方法，跟踪对源-网-荷各个节点动态特性变化，可以进一步分析其主要影响参数和主要影响区域，并在调度运行过程中有针对性地修正源-网-荷节点的电气特性

3、在***调度运行过程中，快速准确的确定源-网-荷节点所具有的电气特性并分析其主导因素具有良好的现实意义，可以为下一步的操作提供理论支撑。各源-网-荷节点的电气特性确定操作简单、计算快捷，解决了目前大电网互联现实下，电力***所体现的电气特性越来越复杂的难题。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为3节点链式***的网络连接图

图3为3节点链式***的节点自稳因子

图4为3节点链式***的节点致稳因子

图5为IEEE39节点***网络连接图

图6为IEEE39节点***不同时刻的节点自稳因子

图7为IEEE39节点***不同时刻的节点致稳因子

图8为华中某省电网主要网架结构示意图

图9为华中某省电网不同时刻时部分节点的节点自稳因子

图10为华中某省电网不同时刻时部分节点的节点致稳因子

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步具体说明。

图1为本发明方法流程图。

实施例1：

通过对3节点简单链式***仿真，说明一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，包括以下步骤：

步骤1：在3节点***中，得到分析时刻的网络连接特性。具体数据如图2中所示，扰动方式采用同步功率增长扰动。

步骤2：设置全网同步功率增长扰动，并基于PSASP对整个电力***进行计算，得到部分时刻的潮流数据如下所示：

计算得到部分时刻***的动态等值阻抗矩阵：

t＝1时：

$Z_{dyn-1/1}=\left|\begin{array}{cc}-0.0412842891237098+0.0166567090641217i& -0.405050075677998+0.169756824158855i\\ -0.0451581234881234+0.0183938175536425i& -0.443034294056573+0.187403610245556i\end{array}\right|$

t＝1.1时：

$Z_{dyn-1.1/1}=\left|\begin{array}{cc}-0.0418947513999810+0.0192244486242746i& -0.409487794530621+0.195582894687676i\\ -0.0457500279732660+0.0210674773117073i& -0.447158853911108+0.214308833680033i\end{array}\right|$

t＝1.2时：

$Z_{dyn-1.2/1}=\left|\begin{array}{cc}-0.0426608915939120+0.0222405203630451i& -0.415110370849868+0.225799426780838i\\ -0.0466717881873366+0.0245522178023173i& -0.454100076175839+0.249195946648055i\end{array}\right|$

步骤3：取绝对值后可以看出，此时的源-网-荷特性中，随着负荷水平的增加，不同节点之间的联系特性加强，且2号节点对3号节点的影响要弱于3号节点对2号节点的影响，这就是电力***的源-网-荷动态电气特性。

步骤4：计算i节点的自稳因子ZU_i和j节点的致稳因子ZI_j如图3和图4所示。可以看出，单端供电链式简单网络中，指标ZU_i和ZI_j都是3号节点较大，这表明3号节点的节点自稳/致稳因子都要大于2号节点，也就是说不但3号节点的电压比2号节点要更容易受到影响，而且3号节点的相同注入电流变化对整个***影响更大。从物理意义上来看，上述现象这是由于3号节点处于***末端，离电源支撑点较远且整个网络是单端供电链式网络，符合末端电压稳定水平较低的运行经验。

动态等值阻抗矩阵主要反映了不同节点之间的动态特性，在实际运行***中，由于整个网络时时处于变化之中，只需要针对重点检测的节点进行分析，所以运算量较小，由于矩阵较大，所以后续例子中没有给出具体的动态等值阻抗矩阵，主要针对节点与整个网络之间的联系特性作了分析。

实施例2：

通过对IEEE39***仿真，说明一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，包括以下步骤：

步骤1：在IEEE39节点***中，得到分析时刻的网络连接特性。网络连接如图5所示，网络参数如下表，扰动方式采用同步功率增长扰动。

步骤2：设置全网同步功率增长扰动，基于PSASP对整个***计算，得到部分时刻潮流数据如下所示(以负荷节点为例)：

t＝0.79时

t＝0.8时

t＝0.89时

t＝0.9时

t＝0.99时

t＝1时

由潮流计算，同理可以计算得到IEEE39节点***的动态等值阻抗矩阵。

步骤3：取绝对值后可以看出，此时的源-网-荷特性中，随着负荷水平的增加，不同节点之间的联系特性先减弱再加强，说明一定程度的负荷增长会使得某些运行方式下的***之间的联系特性减弱。

步骤4：计算节点自稳因子和节点致稳因子如图6和图7所示。

由图6可以看出，所有节点的节点自稳因子随负荷增加先缓慢减小，然后逐渐增加。说明一定程度的负荷增长反而减弱了节点与网络之间的电气耦合特性，即节点受网络影响的程度减小，但负荷增长较多以后，节点更容易受到其他节点的影响，这与单端供电链式网络分析一致。

随着负荷水平的增长，存在使得节点自稳因子较小的最佳负荷区间，该负荷区间内电力***各组成部分相互影响较小，可减弱故障的传播。

同样可以看出，IEEE39***在当前运行方式下，裕度较大节点的节点自稳因子较小，该节点的电压反而更不容易受到影响，而接近传输功率极限的节点，如节点20，其电压更容易剧烈波动。

图7中节点致稳因子变化较小，这主要是由于全网同步负荷增长对电气网络耦合特性影响较小。负荷功率参变量λ从0.8到0.9过程中，节点波动有所减小，λ从0.9到1过程中，节点波动略有增加。说明一定程度的负荷增长减弱了该节点对其他节点的影响程度，但负荷增长较多后，会使得此节点对其他节点影响程度加剧，存在使得节点致稳因子较小的最佳负荷区间，与节点自稳因子分析结论一致。可以看出虽然节点13的稳定裕度较大，但是由于其节点致稳因子也较大，所以在节点13周围的故障对整个网络的冲击较为严重，需要重点关注。

综合以上分析可知：

1)简单***中，有较小电压稳定裕度的节点，一般有较大的节点自稳因子，越接近电压稳定极限的节点，电压反而更容易波动，易于受到其他节点的影响。

2)简单***中，负荷水平及节点自稳因子都与电压稳定裕度之间呈负相关性。但节点致稳因子和电压稳定裕度的关系则更复杂性——对同一个节点而言，负荷越重时节点电压稳定裕度越小，节点自稳因子越大，越容易受到其他节点影响；但是节点致稳因子与电压稳定裕度之间不是简单的单调关系。

3)在一定的运行方式下，存在一个最佳负荷区间，在此区间内电网各部分的节点自稳因子和节点致稳因子都较小，耦合关系不紧密，相互影响弱。

为了说明节点自稳因子/致稳因子，举比较典型的例子有：20号节点和13号节点。20号节点具有较大节点自稳因子和较小的节点致稳因子，说明该节点的电压容易受到其他区域的影响，但该节点的注入电流变化不容易影响其他节点，同时注意到该节点的稳定裕度也较小，所以对于该节点的电压水平需要重点监视。节点13有较小的节点自稳因子，电压不容易受到其他区域的影响，当其他区域发生故障时节点13的波动较小，且该节点稳定裕度较大。虽然该节点本身距离极限运行点较远，但是由于节点13有较大的节点致稳因子，该节点附近发生故障时，注入电流的变化对整个网络的影响较大，一旦故障发生在该节点周围，并使得节点13的注入电流发生较大变化时，会引起较大的电网波动并导致潮流转移，所以需要重点监视节点13周围的故障。

电网各组成部分之间的电气耦合关系时时刻刻在发生变化，每个节点在不同的运行时刻、不同的运行方式、不同的运行条件下都有着不一样的电气耦合特性，通过观察源‐网‐荷的动态特性及其变化，可以更好的理解复杂电网各区域之间的耦合联系，为调度运行提供指导意见。

实施例3：

通过对华中某省实际运行***仿真，说明一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，包括以下步骤：

步骤1：在该***中，得到分析时刻的网络连接特性。主要网架结构如图8中所示，部分主要参数如下表，扰动方式采用同步功率增长扰动。

步骤2：设置全网同步功率增长扰动，基于PSASP对整个电力***进行计算，得到部分节点各个时刻的潮流数据如下所示：

t＝0.99时

t＝1时

t＝1.09时

t＝1.1时

t＝1.19时

t＝1.2时

由节点电压和注入电流的变化量，可以计算得到***的动态等值阻抗矩阵：

步骤3：取绝对值后可以看出，此时的源-网-荷特性中，随着负荷水平的增加，不同节点之间的联系特性加强。

步骤4：计算节点自稳因子ZU_i和节点致稳因子ZI_j如图9和图10所示。

从图9和图10可以看出，节点自稳因子/致稳因子与负荷水平呈正相关，在当前运行方式下增加负荷水平，会使得源-网-荷之间的电气联系更加紧密。

对仿真结果进行分析，该省网的耦合特性呈现出如下特点：

1)对比IEEE39节点***可知，电压稳定裕度的变化趋势基本一致，但是节点自稳因子/致稳因子都没有出现像IEEE39节点***中那样的下降趋势，说明随着负荷的均匀增长，电网各区域之间的源-网-荷电气耦合特性逐渐加强，不同区域之间的相互影响程度加剧，在同一故障下，全网所受到的冲击更大，不利于维持电压稳定。该省网在当前运行方式下增加负荷水平，会使得电压更容易受影响，故障更容易传播。

2)针对典型变电站LDH和JT分析。LDH变电站的节点自稳因子最大，说明当前运行条件下该变电站的电压最容易波动，易被其他区域影响，同时负荷增长会使得该变电站的节点自稳因子陡增，其电压更容易发生波动，在所有监视的变电站中，LDH电压受到的影响最大，在运行调度过程中应当重点监视该变电站的电压。而对于节点致稳因子最大的变电站JT，需要重点监视其周围区域的故障。

3)就复杂***而言，在网络结构确定的条件下，单一裕度指标只能考察当前运行点与极限运行点之间的“距离”，仅仅通过该指标不足以准确全面地反映电压稳定性。裕度指标大的节点可能具有较大的节点致稳因子/自稳因子，从而在一定条件下可能比裕度指标小的节点更容易发生电压失稳，也可能对整个网络电压水平的冲击更大。

Claims (6)

1.一种基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在整个电力***中，得到需要分析时刻的当前电力网络连接特性，电力网络连接特性包括电力***的网络拓扑结构与网络拓扑参数；

步骤2：设置扰动方式，选择任一能反映***运行状态的实数参变量λ，并跟踪扰动后λ的变化；

通过潮流计算求取各时刻的动态等值阻抗矩阵Z_dyn/λ；

该矩阵中第i行第j列的元素为：

为i号节点的节点电压，为j号节点的注入电流，1≤i,j≤m+s+n；m是发电机节点个数，n是负荷节点个数，s是连接节点个数；

步骤3：根据步骤2所得的动态等值阻抗矩阵，求取源-网-荷节点之间的动态电气特性，由各节点的节点电压变化量表征；具体如下：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_G\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_T\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{Z}_{GG}& Z_{GT}& Z_{GL}\\ Z_{TG}& Z_{TT}& Z_{TL}\\ Z_{LG}& Z_{LT}& Z_{LL}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_G\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_T\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_L\end{array}\right]$

其中：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_G=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{G1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{G2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Gm}\end{array}\right],\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_T=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{T1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{T2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Ts}\end{array}\right],\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_L=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{L1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{L2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Ln}\end{array}\right],$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_G=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{G1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{G2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Gm}\end{array}\right],\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_T=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{T1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{T2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Ts}\end{array}\right],\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_L=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{L1}\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{L2}\\ \·\\ \·\\ \·\\ \mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Ln}\end{array}\right];$

下标G、T和L分别表示发电机节点、连接节点和负荷节点；分别表示发动机节点、连接节点和负荷节点的节点电压变化量列向量，用以表征各节点的节点电压在当前时刻容易受影响的程度；分别表示发动机节点、连接节点和负荷节点的注入电流变化量列向量。

2.根据权利要求1所述的基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，其特征在于，负荷节点的节点电压变化量列向量计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_L=M\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_G+N\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_L$

其中有：

$\left\{\begin{array}{c}M={\left(E+{\mathrm{TZ}}_{LL}^{-1}\right)}^{-1}T{Z}_{GL}^{-1}\\ N={(E+{\mathrm{TZ}}_{LL}^{-1})}^{-1}{Z}_{LL}\\ T=Z_{LG}{(Z_{GL}^{-1}{Z}_{GG}-Z_{LL}^{-1}{Z}_{LG})}^{-1}\end{array}\right.$

E是单位矩阵，N是面向负荷的***等值阻抗矩阵，M是负荷节点电压与发电机节点电压相互关系矩阵；

具体到负荷节点i,1≤i≤n，有：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Li}=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{M}_{ik}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Gk}+N_{ii}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Li}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{N}_{ij}\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{Lj}$

其中M_ik是矩阵M第i行k列元素，N_ii是矩阵N第i行i列的元素，N_ij是矩阵N第i行j列的元素；令

则有：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_{Li}=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{Gik}+{\mathrm{\ΔU}}_{Lii}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{Lij}$

其中，表示负荷节点i的电压变化量；△U_Gik表示发电机节点k的电压变化对负荷节点i电压的影响；△U_Lii表示负荷节点i的注入电流变化对自身电压的影响；△U_Lij表示负荷节点j的注入电流变化对负荷节点i电压的影响。

3.根据权利要求2所述的基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，其特征在于，分别计算与的比值，得到影响负荷节点i的电压的主导因素。

4.根据权利要求2所述的基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，其特征在于，令得到

5.根据权利要求2所述的基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤4：通过动态等值阻抗矩阵，分析各节点的自稳因子和致稳因子表示；

(1)i节点的自稳因子：

自稳因子用ZU_i表示，表示了i节点的自稳性，体现了所有其他节点对i节点造成影响大小的平均值，即i节点受到整个网络影响的动态电气特性；计算公式如下：

${\mathrm{ZU}}_i=\frac{1}{n}|{\mathrm{\ΔU}}_{Lii}+\underset{j=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{Lij}|$

其中，n表示负荷节点的个数；

(2)j节点的致稳因子：

致稳因子用ZI_j表示，表示了j节点的致稳性，体现了j节点对其他节点造成影响大小的平均值，即j节点对整个网络影响的动态电气特性；计算公式如下：

${\mathrm{ZI}}_j=\frac{1}{n}|{\mathrm{\ΔU}}_{Lii}+\underset{i=1,j\≠i}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔU}}_{Lij}|$

其中，n表示负荷节点的个数。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的基于动态阻抗的电力***稳定特性评估方法，其特征在于，所述实数参变量λ为节点的注入电流实部或注入***功率变化因子。