一种电网暂态安全稳定性评估方法技术

本发明专利技术公开一种电网暂态安全稳定性评估方法，该方法根据电力系统在各预设运行工况下的稳态电网潮流数据和各预设故障，形成若干样本，构建样本集合；基于交直流混联系统模型进行时域仿真，获取样本集合中各样本的电网暂态特性曲线；根据各样本的电网暂态特性曲线，获取样本集合中各样本的暂态安全稳定标签；以每一样本以及每一样本的暂态安全稳定标签为特征，作为决策树集群模型的输入，训练决策树集群模型；将实时的电网潮流数据和各预设故障作为训练完成的决策树集群模型的输入，输出对应各预设故障的暂态安全稳定标签并对电网暂态安全稳定性进行评估。该评估方法适用性广，输出的评估结果准确，精度高。精度高。精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种电网暂态安全稳定性评估方法


[0001]本专利技术属于电网稳定性
，具体涉及一种电网暂态安全稳定性评估方法。

技术介绍

[0002]由于可再生能源与电力电子设备占比不断增高，当前电力系统运行的强随机性和不确定性也在不断增强。受到包括可再生能源、需求侧响应引起的双向功率流、大功率传输的交直流混联、新型电力市场行为等因素影响，电力系统可能在短期内打破功率平衡。暂态安全稳定性是指在电力系统遭受大扰动后，电网母线电压、频率能够在短时间内恢复到安全范围以内的能力，通常受到极端天气、树木接触、恐怖袭击、网络攻击、设备故障、保护系统错误动作、操作人员错误等因素影响。在极端情况下，如果大干扰得不到快速有效评估和及时的缓解，就可能发生连锁故障和大规模停电。因此，时刻保持交直流混联电网的暂态安全稳定性对可靠供电至关重要，必须时刻准确评估电力系统的安全与运行风险，以有效应对这些挑战。
[0003]为了有效评估电力系统的暂态安全稳定性，传统方法使用暂态能量函数计算扰动后的注入能量，并与最大允许能量进行比较，如果注入能量小于阈值，这种扰动不会引起瞬态不稳定。但基于瞬态能量函数的评估方法在实时环境中的应用受限于瞬态能量函数与相关系数计算。随着计算机技术、数学算法、微分和代数求解器以及同步相量测量等系统监测技术的快速发展，利用时域仿真手段获得扰动后系统的暂态响应轨迹并对电网暂态安全稳定性进行评估已成为主导，但该方法耗时较长，无法满足交直流混联电力系统对于暂态安全稳定性的时间要求。近期，基于机器学习的电网暂态安全稳定评估方法被陆续报道，但现有方法的实际应用依然存在以下缺陷，具体为
[0004]1、目前基于机器学习的电网暂态安全稳定性评估方法中，用于训练学习模型的训练样本主要是从历史实际运行数据中直接获取，所以这些训练样本大多偏向于电网运行的常见运行工况，无法囊括电网较全面的运行方式。并且由于在实际生产中，工程师会根据现有技术手段避免电网出现安全隐患，所以从历史实际运行数据中获取的训练样本大多缺乏具有安全隐患特征的样本数据。因此这些方法中训练完成的机器学习模型参数不够准确，影响评估精度。
[0005]2、目前基于机器学习的电网暂态安全稳定性评估方法中，一般采用基于单一监督机器学习模型，这类型的机器学习模型会存在过拟合问题，影响评估精度；
[0006]3、目前的电网暂态安全稳定性评估方法主要是针对单一或少量的常见故障设定评估标准，再进行稳定性评估，这些方法难以适用于新型电力系统安全风险的评估。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中的不足，本专利技术提出一种电网暂态安全稳定性评估方法，该评估方法的评估精度高。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种电网暂态安全稳定性评估方法，包括：
[0010]根据电力系统在各预设运行工况下的稳态电网潮流数据和各预设故障，形成若干样本，构建样本集合；所述稳态电网潮流数据包括母线电压、相角、线路有功功率、线路无功功率、发电机有功功率、发电机无功功率和母线负荷；
[0011]基于交直流混联系统模型进行时域仿真，获取样本集合中各样本的电网暂态特性曲线；
[0012]根据所述各样本的电网暂态特性曲线，获取样本集合中各样本的暂态安全稳定标签；
[0013]以每一样本以及每一样本的暂态安全稳定标签为特征，作为决策树集群模型的输入，训练决策树集群模型；
[0014]将实时的电网潮流数据和各预设故障作为训练完成的决策树集群模型的输入，输出对应各预设故障的暂态安全稳定标签并对电网暂态安全稳定性进行评估。
[0015]进一步地，所述交直流混联系统模型包括电力系统动态行为方程和电力系统输电网络方程；
[0016]其中，系统动态行为方程为非线性微分代数方程，表达式为：
[0017][0018]式中，x为电力系统的状态变量，包括发电机转子转速、转子角度、磁通和励磁系统、调速器、电力系统稳定器、电动机的动态负荷；y包括母线电压幅值和角度；u包括电网控制信息；f为微分方程；g为代数方程，由基于基尔霍夫电流定律的网络方程组成，即流入母线的所有电流之和为零；
[0019]所述电力输电网络方程，表达式为：
[0020]I＝Y*V
[0021]式中，I包括来自发电机的动态负荷在相应母线的电流注入；Y为电力系统网络的导纳矩阵，包括发电机等效阻抗和静态负荷分量；V为电力系统网络母线复数电压矢量。
[0022]进一步地，所述电网暂态特性曲线是采用数值积分法求解交直流混联系统模型的系统动态行为方程和电力输电网络方程得到。
[0023]进一步地，所述样本的暂态安全稳定标签的获取方法如下：
[0024]根据样本集合中样本的电网暂态特性曲线，计算样本的暂态安全稳定指标，若计算出的暂态安全稳定指标满足设定要求，则该样本的暂态安全稳定标签为安全；否则该样本的暂态安全稳定标签为不安全。
[0025]进一步地，所述暂态安全稳定指标包括发电机转子功角差指标、阻尼系数指标、暂态电压指标和暂态频率指标；其中，发电机转子功角差指标γ的计算公式如下：
[0026][0027]式中，δ
max
为各交流岛中任意两台发电机在经历故障后响应中的最大角度差；若发电机转子功角差指标γ＞0，则记该样本的暂态安全稳定标签为安全；否则若发电机转子功角差指标γ≤0，记该样本的暂态安全稳定标签为不安全。
[0028]阻尼系数指标为从发电机或线路功率的暂态响应中计算出在0.1～2Hz频率范围
内的阻尼系数；若阻尼系数指标大于3％，则记该样本的暂态安全稳定标签为安全；否则记该样本的暂态安全稳定标签为不安全；
[0029]暂态电压指标为母线电压下降/上升至经历预设故障前80％稳态母线电压的持续时间；若暂态电压指标大于暂态电压指标设定值，则记该样本的暂态安全稳定标签为安全；否则记该样本的暂态安全稳定标签为不安全；
[0030]暂态频率指标为母线频率和发电机频率下降/上升至预设故障前80％稳态母线和发电机频率的持续时间；若暂态频率指标大于暂态频率指标设定值，则记该样本的暂态安全稳定标签为安全；否则记该样本的暂态安全稳定标签为不安全。
[0031]进一步地，所述预设运行工况包括基于历史潮流断面信息获取的典型运行工况和基于典型运行工况得到的推演运行工况，所述预设运行工况总数大于等于300。
[0032]进一步地，所述推演运行工况是通过对任意两个典型运行工况通过负荷变化或可再生能源变化进行线性假设插值得到。
[0033]进一步地，所述预设故障包括N
‑
1故障和由线路投切、发电机投切和负荷投切组成的N
‑
2故障，所述预设故障总数大于等于100。
[0034]进一步地，电网暂态安全稳定性评估方法还包括：对训练完成的决策树集群模型进行参数更新，具体包括：
[0035]当电力系统出现运行工况变化时，结合未来24小时机组启停计划，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网暂态安全稳定性评估方法，其特征在于：包括：根据电力系统在各预设运行工况下的稳态电网潮流数据和各预设故障，形成若干样本，构建样本集合；所述稳态电网潮流数据包括母线电压、相角、线路有功功率、线路无功功率、发电机有功功率、发电机无功功率和母线负荷；基于交直流混联系统模型进行时域仿真，获取样本集合中各样本的电网暂态特性曲线；根据所述各样本的电网暂态特性曲线，获取样本集合中各样本的暂态安全稳定标签；以每一样本以及每一样本的暂态安全稳定标签为特征，作为决策树集群模型的输入，训练决策树集群模型；将实时的电网潮流数据和各预设故障作为训练完成的决策树集群模型的输入，输出对应各预设故障的暂态安全稳定标签并对电网暂态安全稳定性进行评估。2.根据权利要求1所述的电网暂态安全稳定性评估方法，其特征在于：所述交直流混联系统模型包括电力系统动态行为方程和电力系统输电网络方程；其中，系统动态行为方程为非线性微分代数方程，表达式为：式中，x为电力系统的状态变量，包括发电机转子转速、转子角度、磁通和励磁系统、调速器、电力系统稳定器、电动机的动态负荷；y包括母线电压幅值和角度；u包括电网控制信息；f为微分方程；g为代数方程，由基于基尔霍夫电流定律的网络方程组成，即流入母线的所有电流之和为零；所述电力输电网络方程，表达式为：I＝Y*V式中，I包括来自发电机的动态负荷在相应母线的电流注入；Y为电力系统网络的导纳矩阵，包括发电机等效阻抗和静态负荷分量；V为电力系统网络母线复数电压矢量。3.根据权利要求2所述的电网暂态安全稳定性评估方法，其特征在于：所述电网暂态特性曲线是采用数值积分法求解交直流混联系统模型的系统动态行为方程和电力输电网络方程得到。4.根据权利要求1所述的电网暂态安全稳定性评估方法，其特征在于：所述样本的暂态安全稳定标签的获取方法如下：根据样本集合中样本的电网暂态特性曲线，计算样本的暂态安全稳定指标，若计算出的暂态安全稳定指标满足设定要求，则该样本的暂态安全稳定标签为安全；否则该样本的暂态安全稳定标签为不安全。5.根据权利要求4所述的电网暂态安全稳定性评估方法，其特征在于：所述暂态安全稳定指标包括发电机转子功角差指标、阻尼系数指标、暂态电压指标和暂态频率指标；其中，发电机转子功角差指标γ的计算公式如下：式中，δ
max
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文涛，葛毅，张文嘉，黄俊辉，谢珍建，蔡晖，赵菲菲，许偲轩，韩杏宁，王荃荃，祁万春，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：