基于广义特征值的时滞稳定上限计算系统及其计算方法技术方案

本发明专利技术公开了电力系统稳定分析技术领域中的一种基于广义特征值的时滞稳定上限计算系统及其计算方法。系统包括顺序相连的数据采集模块、时滞系统处理模块、时滞上限求解模块和结果输出模块；方法包括：采集建立时滞系统状态方程所需的网络结构参数、发电机频率和发电机功角；建立时滞系统状态方程，并对时滞系统状态方程中的参数矩阵进行降阶处理，得到降阶后的时滞系统状态方程；生成基于改进自由权矩阵的时滞稳定判据；利用时滞稳定判据求解时滞稳定上限。本发明专利技术能够有效降低时滞稳定上限计算过程中的保守性，具有很好的正确性和有效性。

Delay stability upper bound computing system based on generalized eigenvalue and its calculation method

The invention discloses a delay stability upper limit computing system based on generalized eigenvalue and a calculation method thereof in the field of power system stability analysis technology. The system comprises an acquisition module, processing module, time delay system delays limit solution module and result output module connected in sequence; method includes: the network structure parameters, the establishment of the state equation of the system delay acquisition required generator frequency and power angle; a delay system state equation, and the equation of state parameter matrix of time-delay system reduced order time delay system, get reduced order state equation; delay stability criterion based on the improved free weighting matrix; using time delay stability criterion for delay stability limit. The invention can effectively reduce the conservatism in the calculation of the upper limit of the delay stability, and has good accuracy and validity.

【技术实现步骤摘要】
基于广义特征值的时滞稳定上限计算系统及其计算方法
本专利技术属于电力系统稳定分析
，尤其涉及一种基于广义特征值的时滞稳定上限计算系统及其计算方法。
技术介绍
基于广域信息的反馈控制器的设计存在时滞问题，而这必然会造成控制器的控制效果降低，甚至出现负阻尼的情况。因此，迫切需要对系统的时滞稳定上限进行研究。目前国内外学者在系统时滞稳定上限的研究方面取得了大量有益成果，主要可以分为3类：时域法、频域法和直接法。时域法可判定系统在特定场景下是否稳定，但在稳定程度、时滞稳定上限等信息的获取方面还需要进一步研究。频域法通过在实数空间中搜索时滞系统的关键特征根，能够在一定程度上揭示时滞系统变化规律，但计算量较大，求解速度有待提升。直接法借助Lyapunov理论和线性矩阵不等式(LinearMatrixInequality,LMI)技术，可同时考虑时滞的随机变动、存在切换环节等情况，适用范围更为广泛，但该方法具有一定的保守性。针对以上问题，本专利技术提出一种基于广义特征值的时滞稳定上限计算系统及其计算方法。本专利技术从电力系统实际出发，能够有效解决直接法求解时滞上限过程中保守性较高的问题。首先利用读入的广域信号数据建立时滞系统状态方程，并在有效保留系统中低频振荡成分的基础上降阶系统。其次，该专利技术形成基于改进自由权矩阵的时滞稳定判据，在此基础上，将时滞稳定判据等价变换，利用广义特征值法求解系统的时滞稳定上限。基于IEEE4机11节点系统和IEEE16机68节点系统仿真表明，本专利技术可以较好的降低传统方法的保守性，具有很好的有效性和正确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于广义特征值的时滞稳定上限计算系统及其计算方法，用于解决直接法求解时滞上限过程中保守性较高的问题。为了实现上述目的，本专利技术提出的技术方案是，一种基于广义特征值的时滞稳定上限计算系统，其特征是所述系统包括顺序相连的数据采集模块、时滞系统处理模块、时滞上限求解模块和结果输出模块；所述数据采集模块用于采集建立时滞系统状态方程所需的网络结构参数、发电机频率和发电机功角，并将采集的数据发送至时滞系统处理模块；所述时滞系统处理模块用于建立时滞系统状态方程，并对时滞系统状态方程中的参数矩阵进行降阶处理；所述时滞上限求解模块用于生成基于改进自由权矩阵的时滞稳定判据，并利用时滞稳定判据求解时滞稳定上限；所述结果输出模块用于输出时滞稳定上限结果。一种基于广义特征值的时滞稳定上限计算方法，其特征是所述方法包括：步骤1：采集建立时滞系统状态方程所需的网络结构参数、发电机频率和发电机功角；步骤2：建立时滞系统状态方程，并对时滞系统状态方程中的参数矩阵进行降阶处理，得到降阶后的时滞系统状态方程；步骤3：生成基于改进自由权矩阵的时滞稳定判据；步骤4：利用时滞稳定判据求解时滞稳定上限。所述降阶后的时滞系统状态方程为其中，x(t)为降阶后的电力系统状态向量；Α为降阶后的电力系统状态矩阵；Αd为降阶后的电力系统时滞矩阵；为降阶后的电力系统状态量对应的状态值；d(t)为时滞，0≤d(t)≤h且h为时滞稳定上限且h>0；μ为时滞最大变化率。所述基于改进自由权矩阵的时滞稳定判据为：其中，Φ2=[N+M-N+S-M-S]；Ac=[AAd0]；N、M和S为改进自由权矩阵；改进自由权矩阵N满足改进自由权矩阵S满足改进自由权矩阵M满足?1(t)=[xT(t)xT(t-d(t))xT(t-h)]T；P、Q、R、Z1和Z2为待定矩阵。所述利用时滞稳定判据求解时滞稳定上限包括：子步骤A1：将时滞稳定判据等价变换为其中，Y1和Y2为附加矩阵，并且Y1=Y1T≥0，Y2=Y2T≥0，子步骤A2：以v最小为目标，以时滞稳定判据等价变换后的矩阵不等式以及为约束条件，计算待定矩阵P、Q、R、Z1、Z2、Y1和Y2，进而得到时滞稳定上限h。本专利技术利用改进自由权矩阵建立时滞系统稳定判据，借助广义特征值法对系统时滞上限进行求解，其能够有效降低时滞稳定上限计算过程中的保守性，具有很好的正确性和有效性。附图说明图1是基于广义特征值的时滞稳定上限计算系统结构图；图2是IEEE4机11节点系统结构图；图3是IEEE4机11节点SMA降阶前后特征根对比图；其中，(a)是全阶开环状态矩阵和降阶开环状态矩阵的特征根对比图，(b)是全阶闭环状态矩阵和降阶闭环状态矩阵的特征根对比图；图4是IEEE4机11节点不同延时情况下发电机1-4相对功角动态响应曲线图；图5是IEEE4机11节点不同延时情况下发电机2-3相对功角动态响应曲线图；图6是IEEE4机11节点系统G1与G4功角差各时滞时间下的阻尼比结果表；图7是IEEE4机11节点系统G2与G3功角差各时滞时间下的阻尼比结果表；图8是IEEE16机68节点系统结构图；图9是IEEE16机68节点Schur降阶前后频率响应对比图；其中，(a)是全阶开环状态矩阵和降阶开环状态矩阵的特征根对比图，(b)是全阶闭环状态矩阵和降阶闭环状态矩阵的特征根对比图；图10是IEEE16机68节点不同延时情况下发电机1-16相对功角动态响应曲线图；图11是IEEE16机68节点不同延时情况下发电机3-14相对功角动态响应曲线图；图12是IEEE16机68节点不同延时情况下发电机10-15相对功角动态响应曲线图；图13是16机系统G1与G16功角差各时滞时间下的阻尼比表；图14是16机系统G3与G14功角差各时滞时间下的阻尼比表；图15是16机系统G10与G15功角差各时滞时间下的阻尼比表。具体实施方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。实施例1图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于广义特征值的时滞稳定上限计算方法，其特征是所述方法包括：步骤1：采集建立时滞系统状态方程所需的网络结构参数、发电机频率和发电机功角；步骤2：建立时滞系统状态方程，并对时滞系统状态方程中的参数矩阵进行降阶处理，得到降阶后的时滞系统状态方程；步骤3：生成基于改进自由权矩阵的时滞稳定判据；步骤4：利用时滞稳定判据求解时滞稳定上限；所述降阶后的时滞系统状态方程为

【技术特征摘要】
1.一种基于广义特征值的时滞稳定上限计算方法，其特征是所述方法包括：步骤1：采集建立时滞系统状态方程所需的网络结构参数、发电机频率和发电机功角；步骤2：建立时滞系统状态方程，并对时滞系统状态方程中的参数矩阵进行降阶处理，得到降阶后的时滞系统状态方程；步骤3：生成基于改进自由权矩阵的时滞稳定判据；步骤4：利用时滞稳定判据求解时滞稳定上限；所述降阶后的时滞系统状态方程为其中，x(t)为降阶后的电力系统状态向量；Α为降阶后的电力系统状态矩阵；Αd为降阶后的电力系统时滞矩阵；为降阶后的电力系统状态量对应的状态值；d(t)为时滞，0≤d(t)≤h且h为时滞稳定上限且h>0；μ为时滞最大变化率；所述基于改进自由权矩阵的时滞稳定判据为：其中，Φ2＝[N+M-N+S-M-S]；Ac＝[AAd0]；N、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，李俊臣，高翔，丁秀香，王增平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11