本发明涉及电力系统运行控制技术领域，并且更具体地，涉及一种用于电力系统转动惯量的监测系统及方法。
背景技术：
能源危机使得人们对新能源的研究和利用越来越重视，而新能源发电是利用新能源的主要途径。中国的新能源发电比例正逐渐提高，并将继续提高。大规模新能源发电替代传统同步发电机组，使得系统转动惯量降低，系统对频率的暂态支撑能力变弱，频率越限风险增加。此外，随着特高压直流输电工程数量和容量的逐年增加，制约电力系统频率稳定的主要故障成为特高压直流闭锁故障，系统频率稳定水平主要取决于系统的等效转动惯量：等效转动惯量越大，则系统频率稳定水平越高。
为了提升系统的安全稳定运行水平，并对系统进行风险预警和运行指导，有必要对系统的等效转动惯量进行监视。而随着新能源对传统同步发电机组的取代，以及新能源发电机组采用虚拟同步控制对系统提供惯量支撑，系统内转动惯量的不均匀分布特性越来越明显，使得传统的通过简单加和方式的转动惯量监视系统误差极大，无法满足系统运行要求，而目前国内尚未有考虑分布特性的系统转动惯量监视系统。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出了一种用于电力系统转动惯量的监测系统，包括：
发电机信息实时监测与处理模块，所述发电机信息实时监测与处理模块监测电力系统发电机组的运行信息，针对运行信息生成发电机导纳矩阵和机端电压向量；
网络信息实时监测与处理模块，所述网络信息实时监测与处理模块获取监测信息，根据监测信息及发电机导纳矩阵，生成修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵；
扰动功率分布系数计算模块，所述扰动功率分布系数计算模块确定电力系统的扰动注入节点集合，针对扰动注入节点集合中的节点确定扰动电流向量，并根据扰动电流向量、机端电压向量、修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵，确定扰动功率分布系数向量；
等效转动惯量计算模块，所述等效转动惯量计算模块针对扰动注入节点集合中的节点，根据扰动功率分布系数向量获取节点的等效转动惯量，即完成对电力系统转动惯量的监测。
可选的，获取节点的等效转动惯量，包括获取节点的最小等效惯量和节点的区域等效转动惯量。
可选的，运行信息，包括：发电机组的转动惯量、电力系统的次暂态电抗和发电机机端电压。
可选的，监测信息，包括：节点的网络关联矩阵、节点导纳矩阵、节点电压、节点的有功功率和节点的无功功率。
本发明还提出了一种用于电力系统转动惯量的监测方法，包括：
监测电力系统发电机组的运行信息，针对运行信息生成发电机导纳矩阵和机端电压向量；
获取监测信息，根据监测信息及发电机导纳矩阵，生成修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵；
确定电力系统的扰动注入节点集合，针对扰动注入节点集合中的节点确定扰动电流向量，并根据扰动电流向量、机端电压向量、修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵，确定扰动功率分布系数向量；
针对扰动注入节点集合中的节点，根据扰动功率分布系数向量获取节点的等效转动惯量，即完成对电力系统转动惯量的监测。
可选的，获取节点的等效转动惯量，包括获取节点的最小等效惯量和节点的区域等效转动惯量。
可选的，运行信息，包括：发电机组的转动惯量、电力系统的次暂态电抗和发电机机端电压。
可选的，监测信息，包括：节点的网络关联矩阵、节点导纳矩阵、节点电压、节点的有功功率和节点的无功功率。
本发明通过基于系统内发电机信息和网络信息的扰动功率分布系数，可以计算得出针对每个功率扰动节点的系统等效转动惯量，可用于实际电网的运行控制，为系统的频率安全稳定特性提供更精准的监测效果，且本发明简便易行，具有较高的工程适用性，可以有效保障电网的安全、稳定运行。
附图说明
图1为本发明一种用于电力系统转动惯量的监测系统结构图；
图2为本发明一种用于电力系统转动惯量的监测方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
针对上述问题，本发明提出了一种用于电力系统转动惯量的监测系统，如图1所示，包括：
发电机信息实时监测与处理模块，所述发电机信息实时监测与处理模块监测电力系统发电机组的运行信息，针对运行信息生成发电机导纳矩阵和机端电压向量；
网络信息实时监测与处理模块，所述网络信息实时监测与处理模块获取监测信息，根据监测信息及发电机导纳矩阵，生成修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵；
扰动功率分布系数计算模块，所述扰动功率分布系数计算模块确定电力系统的扰动注入节点集合，针对扰动注入节点集合中的节点确定扰动电流向量，并根据扰动电流向量、机端电压向量、修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵，确定扰动功率分布系数向量；
等效转动惯量计算模块，所述等效转动惯量计算模块针对扰动注入节点集合中的节点，根据扰动功率分布系数向量获取节点的等效转动惯量，即完成对电力系统转动惯量的监测。
其中，获取节点的等效转动惯量，包括获取节点的最小等效惯量和节点的区域等效转动惯量。
运行信息，包括：发电机组的转动惯量、电力系统的次暂态电抗和发电机机端电压。
监测信息，包括：节点的网络关联矩阵、节点导纳矩阵、节点电压、节点的有功功率和节点的无功功率。
下面结合实施例对本发明进行进一步说明：
本发明系统包括：
①发电机信息实时监测与处理模块，主要用于：
a.发电机信息监测：
监测全部发电机组的转动惯量ji，次暂态电抗x′di(包括采用同步控制的新能源发电机组，亦监测其虚拟转动惯量和等效次暂态电抗)，发电机机端电压ugi，其中i＝1,2…g，g为系统内的发电机总台数；
b.发电机信息处理；
形成发电机导纳矩阵ygen和机端电压向量ugen，公式如下：
ugen＝[ug1ug2…ugg]1×n
②网络信息实时监测与处理模块，主要用于：
监测信息包括节点网络关联矩阵a，节点导纳矩阵ynet，节点电压ui、有功功率pi、无功功率qi，其中i＝1,2…n，n为系统内的节点数量。
计算得到以下信息：
a.修订后的节点导纳矩阵ynet’：
b.负荷导纳矩阵ylpq：
c.发电机-节点关联导纳矩阵ygn：
ygn＝ygen·a
其中，
③扰动功率分布系数计算模块，主要用于：
确定所关注的扰动注入节点集合d，对集合d中所有的节点计算扰动功率分布系数，以节点j为例，给定节点j处注入的扰动功率δp，计算得到以下信息：
a.扰动电流向量δin：
b.扰动功率分布系数向量kpdf：
④等效转动惯量计算模块，主要用于：
对于集合d中的节点，其等效转动惯量计算包括两个部分，即最小等效转动惯量jeq-min和区域等效转动惯量jeq-zone，对集合d中所有的节点计算等效转动惯量。
a.最小等效转动惯量；
最小等效转动惯量为给定节点j处注入扰动功率后系统内各节点会出现的最大频率变化率所对应的系统等效转动惯量，表征的是对于给定节点j处注入扰动功率的最薄弱环节，其计算公式为：
其中，i＝1,2,…kpdfi为kpdf中的第i个元素，是第i台发电机的扰动功率分布系数。
b.区域等效转动惯量；
区域等效转动惯量为给定节点j处注入扰动功率后系统内给定区域z的整体频率变化率所对应的等效转动惯量，表征的是对于给定节点j处注入扰动功率时的给定区域的惯量大小，其计算公式为：
本发明还提出了一种用于电力系统转动惯量的监测方法，如图2所示，包括：
监测电力系统发电机组的运行信息，针对运行信息生成发电机导纳矩阵和机端电压向量；
获取监测信息，根据监测信息及发电机导纳矩阵，生成修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵；
确定电力系统的扰动注入节点集合，针对扰动注入节点集合中的节点确定扰动电流向量，并根据扰动电流向量、机端电压向量、修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵，确定扰动功率分布系数向量；
针对扰动注入节点集合中的节点，根据扰动功率分布系数向量获取节点的等效转动惯量，即完成对电力系统转动惯量的监测。
其中，获取节点的等效转动惯量，包括获取节点的最小等效惯量和节点的区域等效转动惯量。
运行信息，包括：发电机组的转动惯量、电力系统的次暂态电抗和发电机机端电压。
监测信息，包括：节点的网络关联矩阵、节点导纳矩阵、节点电压、节点的有功功率和节点的无功功率。
本发明通过基于系统内发电机信息和网络信息的扰动功率分布系数，可以计算得出针对每个功率扰动节点的系统等效转动惯量，可用于实际电网的运行控制，为系统的频率安全稳定特性提供更精准的监测效果，且本发明简便易行，具有较高的工程适用性，可以有效保障电网的安全、稳定运行。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
1.一种用于电力系统转动惯量的监测系统，所述系统包括：
发电机信息实时监测与处理模块，所述发电机信息实时监测与处理模块监测电力系统发电机组的运行信息，针对运行信息生成发电机导纳矩阵和机端电压向量；
网络信息实时监测与处理模块，所述网络信息实时监测与处理模块获取监测信息，根据监测信息及发电机导纳矩阵，生成修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵；
扰动功率分布系数计算模块，所述扰动功率分布系数计算模块确定电力系统的扰动注入节点集合，针对扰动注入节点集合中的节点确定扰动电流向量，并根据扰动电流向量、机端电压向量、修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵，确定扰动功率分布系数向量；
等效转动惯量计算模块，所述等效转动惯量计算模块针对扰动注入节点集合中的节点，根据扰动功率分布系数向量获取节点的等效转动惯量，即完成对电力系统转动惯量的监测。
2.根据权利要求1所述的系统，所述获取节点的等效转动惯量，包括获取节点的最小等效惯量和节点的区域等效转动惯量。
3.根据权利要求1所述的系统，所述运行信息，包括：发电机组的转动惯量、电力系统的次暂态电抗和发电机机端电压。
4.根据权利要求1所述的系统，所述监测信息，包括：节点的网络关联矩阵、节点导纳矩阵、节点电压、节点的有功功率和节点的无功功率。
5.一种用于电力系统转动惯量的监测方法，所述系统包括：
监测电力系统发电机组的运行信息，针对运行信息生成发电机导纳矩阵和机端电压向量；
获取监测信息，根据监测信息及发电机导纳矩阵，生成修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵；
确定电力系统的扰动注入节点集合，针对扰动注入节点集合中的节点确定扰动电流向量，并根据扰动电流向量、机端电压向量、修正后的节点导纳矩阵、负荷导纳矩阵和发电机-节点关联导纳矩阵，确定扰动功率分布系数向量；
针对扰动注入节点集合中的节点，根据扰动功率分布系数向量获取节点的等效转动惯量，即完成对电力系统转动惯量的监测。
6.根据权利要求5所述的方法，所述获取节点的等效转动惯量，包括获取节点的最小等效惯量和节点的区域等效转动惯量。
7.根据权利要求5所述的方法，所述运行信息，包括：发电机组的转动惯量、电力系统的次暂态电抗和发电机机端电压。
8.根据权利要求5所述的方法，所述监测信息，包括：节点的网络关联矩阵、节点导纳矩阵、节点电压、节点的有功功率和节点的无功功率。
技术总结