一種新型電力系統的電網動態等值方法及系統

本發明涉及新型電力系統的動態響應分析，尤其涉及一種新型電力系統的電網動態等值方法及系統。

背景技術：

1、動態響應分析對新型電力系統的穩定性研究具有重要意義。然而，因其原始模型復雜而詳細地建模，進行這種類型的分析在計算上要求很高。實際上，只需要將電力系統的某一部分作為研究的主要重點，定義為研究區域，系統的其余部分稱為外部區域，其結構和內部參數并不需要重點關注。為了簡化動態分析的過程，將外部區域替換為簡化的等值模型，并保證簡化模型應與原始模型具有相似的動態特性。

2、目前，關于電網動態等值的研究，傳統方法主要有：(1)同調等值法，包括相關機群識別、網絡化簡和相關機群參數聚合三部分，基于發電機轉子同擺模擬暫態穩定分析的動態曲線；(2)模型等值法，通過建立外部系統的微分方程，然后將其線性化得到狀態方程，進一步得到降階狀態方程。此外，隨著同步相量測量技術（phasor?measurtment?unit，pmu）在新型電力系統中的廣泛應用，基于實測數據的參數辨識也被認為是獲得電網等值模型參數的有效方法。雖然前者在理論上是嚴謹的，但是需要整個系統的詳細模型和參數進行復雜的計算，且對于新能源滲透率逐漸增加的新型電力系統來說，其動態響應機理和模式更加復雜。而后者可以應用于運行條件和結構快速變化的系統，但是缺乏理論基礎，且容易陷入過擬合問題。

3、因此，在新型電力系統中新能源場站接入場景下，現有技術存在動態響應機理的計算更加復雜且智能算法參數辨識優化易陷入過擬合的問題。

技術實現思路

1、為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種新型電力系統的電網動態等值方法及系統，能夠簡化動態響應機理的計算復雜度，規避參數辨識優化易陷入過擬合的問題。

2、本發明所采用的第一技術方案是：一種新型電力系統的電網動態等值方法，包括以下步驟：

3、獲取新型電力系統的原始模型，并劃分研究區域和外部區域；

4、在所述研究區域內預設擾動場景，建立擾動場景數據集；

5、基于所述外部區域中的機組到所述研究區域節點的電氣距離確定聚類族數；

6、基于所述聚類族數、所述擾動場景數據集和機組特性參數對所述外部區域進行聚類劃分，得到簡化模型；

7、基于改進的縱橫交叉算法對所述簡化模型的參數進行循環迭代優化，直至達到終止條件，得到最優的簡化模型及其參數。

8、進一步，所述基于所述外部區域中的機組到所述研究區域節點的電氣距離確定聚類族數這一步驟，其具體包括：

9、計算所述外部區域中的各同步機組及新能源場站到所述研究區域最近節點的轉移電抗，得到轉移電抗數據；

10、計算所述轉移電抗數據的平均值和標準差；

11、基于所述平均值和標準差將所述轉移電抗數據進行劃分，得到劃分后的數據集；

12、基于劃分后的數據集的空集數量確定聚類族數。

13、進一步，所述基于所述聚類族數、所述擾動場景數據集和機組特性參數對所述外部區域進行聚類劃分，得到簡化模型這一步驟，其具體包括：

14、基于所述擾動場景數據集中的同步機組功角時序數據集，計算外部區域中的各同步機組功角的擺幅均值和失穩次數；

15、基于所述各同步機組功角的擺幅均值、失穩次數、額定容量、穩態電抗和暫態電抗，通過k-means聚類算法和所述聚類族數對所述外部區域進行聚類劃分，得到第一聚類劃分結果；

16、基于所述擾動場景數據集中的新能源場站并網點電壓時序數據集，計算外部區域中的各新能源場站并網點電壓的電壓跌落程度均值和進入低壓的穿越次數；

17、基于所述各新能源場站并網點的電壓跌落程度均值、進入低壓的穿越次數、新能源類型、額定容量和定轉子電抗，通過k-means聚類算法和所述聚類族數對所述外部區域進行聚類劃分，得到第二聚類劃分結果；

18、基于第一聚類劃分結果和第二聚類劃分結果合并所述外部區域的機群，得到簡化模型。

19、進一步，所述基于改進的縱橫交叉算法對所述簡化模型的參數進行循環迭代優化，直至達到終止條件，得到最優的簡化模型及其參數這一步驟，其具體包括：

20、初始化改進的縱橫交叉算法參數，并確定簡化模型的迭代優化參數；

21、基于電壓-頻率偏離系數構建動態響應相似度的指標；

22、基于所述動態響應相似度的指標和縱向交叉概率對種群分別執行橫向交叉和縱向交叉，記錄最優的動態響應相似度的指標值并更新種群；

23、循環迭代直至達到終止條件，輸出最優的簡化模型及其參數。

24、進一步，所述動態響應相似度的指標，其表達式如下：

25、

26、其中，表示動態響應相似度的指標；表示擾動場景下研究節點的電壓-頻率偏離系數；表示擾動場景數量；表示研究節點數量；表示采樣測量次數；表示擾動場景下研究節點的第次采樣測量電壓；表示擾動場景下研究節點的電壓平均值；表示擾動場景下研究節點的第次采樣測量頻率；表示擾動場景下研究節點的頻率平均值；表示電壓-頻率偏離系數矩陣；表示使用簡化模型在擾動場景下研究節點的第次采樣測量電壓；表示使用簡化模型在擾動場景下研究節點的第次采樣測量頻率。

27、進一步，所述縱向交叉，其表達式如下：

28、

29、其中，表示縱向交叉產生的新粒子；表示隨機選取的維度為的粒子；表示隨機選取的維度為的粒子；表示范圍上的隨機數；表示種群規模大小；表示粒子；表示種群維度；表示取范圍內的自然數；表示同步機組等值機個數；和分別表示粒子的兩個不同維度編號。

30、進一步，所述縱向交叉概率由粒子所包含參數的數據混亂程度決定，其表達式如下：

31、

32、其中，表示縱向交叉概率；表示分割系數；表示種群規模大小；表示種群維度；表示粒子包含參數的組間協方差矩陣；表示粒子包含參數的組內協方差矩陣；表示矩陣的跡。

33、本發明所采用的第二技術方案是：一種新型電力系統的電網動態等值系統，包括：

34、區域劃分模塊，用于獲取新型電力系統的原始模型，并劃分研究區域和外部區域；

35、擾動模塊，用于在所述研究區域內預設擾動場景，建立擾動場景數據集；

36、聚類族數確認模塊，基于所述外部區域中的機組到所述研究區域節點的電氣距離確定聚類族數；

37、聚類劃分模塊，基于所述聚類族數、所述擾動場景數據集和機組特性參數對所述外部區域進行聚類劃分，得到簡化模型；

38、交叉優化模塊，基于改進的縱橫交叉算法對所述簡化模型的參數進行循環迭代優化，直至達到終止條件，得到最優的簡化模型及其參數。

39、本發明方法、系統的有益效果是：本發明通過計算轉移電抗數據的平均值和標準差，完成對外部區域的初步劃分；通過外部區域中的機組到研究區域節點的電氣距離確定聚類族數，并結合擾動場景數據集和機組特性參數對外部區域完成進一步的細化聚類，得到簡化模型；采用改進的縱橫交叉算法對簡化模型的參數進行循環迭代優化，直至達到終止條件，得到最優的簡化模型及其參數；最終，最優的簡化模型及其參數能夠實現簡化動態響應機理的計算復雜度，規避參數辨識優化易陷入過擬合。