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专利号: 2023101029650
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种发电机组对电力系统频率振荡贡献度的量化方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1: 基于发电机电磁功率和系统频率数据,利用转子运动方程,确定发电机机械功率与转子角频率换算关系,建立时域电力系统频率振荡耗散能量计算模型;

步骤2: 基于时域电力系统频率振荡耗散能量计算模型,利用小波变换分析方法、交叉小波计算原理,建立基于交叉小波变换的频率振荡耗散能量计算模型;

步骤3: 基于步骤2中交叉小波变换的频率振荡耗散能量计算模型计算所得的频率振荡耗散能量,分析能量函数变化率与特征值实部的关系,推导频率振荡耗散能量平均变化率表达式,定义发电机组频率振荡贡献度指标,建立发电机组对电力系统频率振荡贡献度量化分析模型;

步骤4: 基于步骤3构建的发电机组对电力系统频率振荡贡献度量化分析模型,利用同步压缩变换原理,构建频率振荡耗散能量同步压缩‑交叉小波系数计算模型,基于此,建立基于同步压缩‑交叉小波的发电机组对频率振荡贡献度量化分析模型,完成振荡贡献度的精确量化计算;

步骤3中, 为振荡模式特征值 的实部,其中, 为 的虚部也是振荡角频率,e为自然对数的底数;

步骤3中,所述定义发电机组频率振荡贡献度指标为定义各发电机组在系统频率振荡的贡献度为 ,可表示为公式X:,

式中: 为第r台频率振荡耗散能量为负的机组对系统频率振荡的贡献度; 为第s台频率振荡耗散能量为正的机组对系统频率振荡的贡献度; 为第 台机组的频率振荡耗散能量平均变化率; 为 时刻系统中负的耗散振荡能量总和; 为第s台机组的频率振荡耗散能量平均变化率; 为 时刻系统中正的耗散振荡能量总和。

2.根据权利要求1所述的一种发电机组对电力系统频率振荡贡献度的量化方法,其特征在于,所述步骤1中建立时域电力系统频率振荡耗散能量计算模型具体为:根据转子运动方程,建立时域电力系统频率振荡耗散能量计算模型,如以下公式A所示:,

式中: 为发电机组原动系统的频率振荡耗散能量, 为发电机组机械功率变化量,为发电机额定转子角频率, 为发电机转子角频率变化量,t为时间。

3.根据权利要求2所述的一种发电机组对电力系统频率振荡贡献度的量化方法,其特征在于,所述步骤2中利用小波变换分析方法、交叉小波计算原理,建立基于交叉小波变换的频率振荡耗散能量计算模型具体为:

2.1:基于小波变换对非平稳量测信号进行时频域分析,非平稳量测信号x(t)所对应的小波系数计算公式B为:,

式中: 为尺度因子,为平移因子, 为x(t)在尺度因子 和平移因子 处的小波系数, 为小波基函数,代表共轭;

2.2:基于小波系数构建频率振荡耗散能量计算模型,其计算公式C通过公式A和公式B联立得出:,

式中: 为机械功率变化量在尺度因子 和平移因子 处的小波系数,为转子角频率变化量在尺度因子 和平移因子 处的小波系数,  为小波变换的容许常数;

2.3:根据交叉小波变换原理,定义 为 与的交叉小波系数,其计算公式D为:

2.4:基于所述公式C和公式D,建立基于交叉小波变换的频率振荡耗散能量计算模型:,

式中: 为机械功率变化量在尺度因子  和平移因子 处的小波系数。

4.根据权利要求3所述的一种发电机组对电力系统频率振荡贡献度的量化方法,其特征在于,所述步骤3中分析能量函数变化率与特征值实部的关系,推导频率振荡耗散能量平均变化率具体为:

3.1:分析能量函数变化率与特征值实部的关系,即:,

式中:t时刻能量为 ,一个振荡周期 后的能量为 ,为振荡模式特征值的实部,的大小与振荡阻尼呈正相关, 为 的虚部也是振荡角频率,e为自然对数的底数;

3.2:在单机系统中,根据小波变换原理,尺度因子 对应频率,平移因子 对应时间,则由上式可推导得在某一 对应频率下的频率振荡耗散能量与振荡特征值实部的关系为:,

式中: 为 时刻系统频率振荡耗散能量, 为一个振荡周期后的系统频率振荡耗散能量,进一步变换可表示为公式 :,

式中: 为系统频率振荡耗散能量的平均变化率。

5.根据权利要求4所述的一种发电机组对电力系统频率振荡贡献度的量化方法,其特征在于,所述步骤3中建立发电机组对电力系统频率振荡贡献度量化分析模型具体为:

3.3:定义系统中有 台耗散能量为负的机组,h台耗散能量为正的机组,则结合式 求得:,

式中:表示第 台频率振荡耗散能量为负的机组, 为第 台机组的频率振荡耗散能量平均变化率, 为第 台机组 时刻的频率振荡耗散能量;s表示第s台频率振荡耗散能量为正的机组, 为第s台机组的频率振荡耗散能量平均变化率,  为第s台机组 时刻的频率振荡耗散能量函数; 为系统中负的频率振荡耗散能量平均变化率总和,  为系统中正的频率振荡耗散能量平均变化率总和, 为 时刻系统中负的耗散振荡能量总和,  为 时刻系统中正的耗散振荡能量总和;

3.4:定义各发电机组在系统频率振荡的贡献度为 ,可表示为公式X:,

式中: 为第 台频率振荡耗散能量为负的机组对系统频率振荡的贡献度; 为第s台频率振荡耗散能量为正的机组对系统频率振荡的贡献度。

6.根据权利要求5所述的一种发电机组对电力系统频率振荡贡献度的量化方法,其特征在于,所述步骤4中构建频率振荡耗散能量同步压缩‑交叉小波系数计算模型具体为:基于小波变换得到的 与 也可进行同步压缩变换,任意小波信号压缩变换后的任意一点 的瞬时频率可表示为:,

式中: 为 在 所对应的瞬时频率。

7.根据权利要求6所述的一种发电机组对电力系统频率振荡贡献度的量化方法,其特征在于,所述步骤4中建立基于同步压缩‑交叉小波的发电机组对频率振荡贡献度量化分析模型具体为:

4.1:分别将小波系数矩阵进行离散化分析,以便于同步压缩变换分析,令离散化尺度为 ,即:;

4.2:计算离散化分析情况下的频率间隔:

4.3:同步压缩变换后的任意一点( , )的同步压缩小波系数  ( , )表示为公式:,

式中: 为  ( , )的中心频率;

4.4:结合所述公式D和 计算得到机械功率变化量与转子角频率的同步压缩‑交叉小波变换系数 ,如以下公式 :;

4.5:结合公式R和X,计算得到时频分辨率更好的 和 ,即:,

式中: 为第 台频率振荡耗散能量为负的机组对系统频率振荡的贡献度; 为第 台频率振荡耗散能量为正的机组对系统频率振荡的贡献度。

8.根据权利要求3所述的一种发电机组对电力系统频率振荡贡献度的量化方法,其特征在于,所述小波变换的容许常数 的表达式为:,

式中: 为小波基函数 的Fourier变换,为频率。