本发明涉及一种基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法及装置，属于电路系统分析。
背景技术：
1、电力系统安全稳定运行是关系到经济发展和社会稳定的全球共性问题，历年来受到世界各国电力行业人员的高度关注。随着电网互联范围的不断扩大及电力市场的飞速发展，电网呈现出了更为复杂的动态特性，对电力系统的安全稳定和可靠运行带来了新的挑战。
2、现阶段，严重危害社会生产生活的重大电力事故，均来自暂态安全稳定的缺失，电力系统的长期运行实践表明，大面积停电事故的发生，往往自始于系统暂态稳定的失去。因此，研究快速可靠的暂态稳定分析方法，刻画系统濒临失稳的极限状态，对实时监控电网安全稳定运行有重要意义。
技术实现思路
1、为此，本发明提供一种基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法及装置，能够在多失稳模态场景下对系统稳定性进行判断，为电力系统暂态稳定性分析提供更加准确的安全域边界刻画方案。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法，包括：
3、获取电力系统数据，所述电力系统数据包括故障发生后发电机节点的功角δ、角速度差δω；通过功角δ识别领先机群a，对角速度差δω进行cccoi-rm变换，得到变换后的角加速度γ；
4、对领先机群a中的发电机，分别改变每台发电机的出力搜索主导失稳临界点；
5、以实际的量测信息，计算基于角速度-角加速度的扩展相平面n次摆动中第四象限轨迹切线斜率倒数，得到识别单摆失稳和多摆失稳的稳定性指标，并在所述主导失稳临界点，改变发电机扰动出力δp，求取扩展相轨迹灵敏度；
6、结合发电机出力上下限和平衡机出力限制，构建基于扩展相轨迹的多模态实用动态安全域。
7、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法优选方案，对角速度差δω进行cccoi-rm变换，得到变换后的角加速度的公式为：
8、
9、式中，为第i台发电机相对于coi的角速度偏差，δωi为第i台发电机的角速度偏差，δωcoi为基于coi的角速度偏差，mt为n台发电机惯性时间常数之和，mi为第i台发电机的惯性时间常数。
10、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法优选方案，对领先机群a中的发电机，分别改变每台发电机的出力搜索主导失稳临界点的过程中：
11、如果电力系统的故障持续时间t时系统暂态失稳，得到电力系统的功角表和角速度表；
12、根据电力系统的功角表和角速度表，画出角速度和角加速度的扩展相轨迹，并根据电力系统的失稳功角曲线，当发电机之间的功角大于阈值180°时，把电力系统分为领先机群a和滞后机群s，调整领先机群a中发电机出力后，重新进行暂态仿真，直到电力系统暂态稳定得出稳定运行点p0；
13、在获得稳定运行点p0处，分别增加领先机群a中发电机i的出力至发电机i的出力上限，再次进行暂态仿真，如果电力系统暂态失稳，采用二分法搜索临界失稳点，记为发电机的主导失稳临界点。
14、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法优选方案，以实际的量测信息，计算基于角速度-角加速度的扩展相平面n次摆动中第四象限轨迹切线斜率倒数，得到识别单摆失稳和多摆失稳的稳定性指标f的公式为：
15、
16、式中，为第i次摆动第四象限处轨迹切线斜率的负倒数，dγ为扩展相平面轨迹在第四象限切线在γ轴截距值；通过判断第i次摆动离开第四象限处f的符号判断系统稳定性。
17、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法优选方案，还包括，对稳定性指标f进行修正，修正后的暂态稳定判稳公式为：
18、
19、式中，δωmin为扩展相平面轨迹当前摆离开第四象限时角速度差的值，γ为变换后的角加速度。
20、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法优选方案，还包括，对基于扩展相轨迹的多模态失稳修正判据进行注入功率灵敏度分析，获得修正判据与节点注入功率的有效映射，定义扩展相轨迹灵敏度矩阵s为：
21、
22、当发电机出力改变量为δp＝[δp1,δp2,…δpn]时，扩展相轨迹判稳公式为：
23、fi+sδp＜0
24、通过引入发电机有功出力上下限约束和平衡机出力约束，将扩展相轨迹公式表达为：
25、
26、在平衡机处出力改变量为：
27、
28、根据扩展相轨迹修正判据改变量δfi，发电机i的稳定性判据对发电机j的灵敏度sj为：
29、
30、发电机i的主导安全域表达式为：
31、
32、式中，fi＝[f1,f2,…fn]为领先机群a的稳定性指标，针对发电机i的主导临界点处扩展相轨迹fi改变扰动δpj；pj为所有发电机节点注入功率。
33、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法优选方案，结合发电机出力上下限和平衡机出力限制，构建基于扩展相轨迹的多模态实用动态安全域的公式为：
34、
35、式中，ps为平衡机组有功出力，为第j台发电机有功功率下限，为第j台发电机有功功率上限，psm为平衡机有功功率的出力下限，psm为平衡机有功功率的出力上限。
36、本发明还提供一种基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建装置，包括：
37、数据获取模块，用于获取电力系统数据，所述电力系统数据包括故障发生后发电机节点的功角δ、角速度差δω；通过功角δ识别领先机群a，对角速度差δω进行cccoi-rm变换，得到变换后的角加速度γ；
38、失稳分析模块，用于对领先机群a中的发电机，分别改变每台发电机的出力搜索主导失稳临界点；
39、灵敏度计算模块，用于以实际的量测信息，计算基于角速度-角加速度的扩展相平面n次摆动中第四象限轨迹切线斜率倒数，得到识别单摆失稳和多摆失稳的稳定性指标，并在所述主导失稳临界点，改变发电机扰动出力δp，求取扩展相轨迹灵敏度；
40、安全域构建模块，用于结合发电机出力上下限和平衡机出力限制，构建基于扩展相轨迹的多模态实用动态安全域。
41、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建装置优选方案，所述数据获取模块中，对角速度差δω进行cccoi-rm变换，得到变换后的角加速度的公式为：
42、
43、式中，为第i台发电机相对于coi的角速度偏差，δωi为第i台发电机的角速度偏差，δωcoi为基于coi的角速度偏差，mt为n台发电机惯性时间常数之和，mi为第i台发电机的惯性时间常数。
44、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建装置优选方案，所述失稳分析模块包括：
45、表获取子模块，用于如果电力系统的故障持续时间t时系统暂态失稳，得到电力系统的功角表和角速度表；
46、稳定运行点分析子模块，用于根据电力系统的功角表和角速度表，画出角速度和角加速度的扩展相轨迹，并根据电力系统的失稳功角曲线，当发电机之间的功角大于阈值180°时，把电力系统分为领先机群a和滞后机群s，调整领先机群a中发电机出力后，重新进行暂态仿真，直到电力系统暂态稳定得出稳定运行点p0；
47、临界失稳点分析子模块，用于在获得稳定运行点p0处，分别增加领先机群a中发电机i的出力至发电机i的出力上限，再次进行暂态仿真，如果电力系统暂态失稳，采用二分法搜索临界失稳点，记为发电机的主导失稳临界点。
48、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建装置优选方案，所述灵敏度计算模块中，以实际的量测信息，计算基于角速度-角加速度的扩展相平面n次摆动中第四象限轨迹切线斜率倒数，得到识别单摆失稳和多摆失稳的稳定性指标f的公式为：
49、
50、式中，为第i次摆动第四象限处轨迹切线斜率的负倒数，dγ为扩展相平面轨迹在第四象限切线在γ轴截距值；通过判断第i次摆动离开第四象限处f的符号判断系统稳定性；
51、所述灵敏度计算模块中，对稳定性指标f进行修正，修正后的暂态稳定判稳公式为：
52、
53、式中，δωmin为扩展相平面轨迹当前摆离开第四象限时角速度差的值，γ为变换后的角加速度；
54、所述灵敏度计算模块中，对基于扩展相轨迹的多模态失稳修正判据进行注入功率灵敏度分析，获得修正判据与节点注入功率的有效映射，定义扩展相轨迹灵敏度矩阵s为：
55、
56、所述灵敏度计算模块中，当发电机出力改变量为δp＝[δp1,δp2,…δpn]时，扩展相轨迹判稳公式为：
57、fi+sδp＜0
58、所述灵敏度计算模块中，通过引入发电机有功出力上下限约束和平衡机出力约束，将扩展相轨迹公式表达为：
59、
60、所述灵敏度计算模块中，在平衡机处出力改变量为：
61、
62、所述灵敏度计算模块中，根据扩展相轨迹修正判据改变量δfi，发电机i的稳定性判据对发电机j的灵敏度sj为：
63、
64、所述灵敏度计算模块中，发电机i的主导安全域表达式为：
65、
66、式中，fi＝[f1,f2,…fn]为领先机群a的稳定性指标，针对发电机i的主导临界点处扩展相轨迹fi改变扰动δpj；pj为所有发电机节点注入功率。
67、作为基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建装置优选方案，所述安全域构建模块中，结合发电机出力上下限和平衡机出力限制，构建基于扩展相轨迹的多模态实用动态安全域的公式为：
68、
69、式中，ps为平衡机组有功出力，为第j台发电机有功功率下限，为第j台发电机有功功率上限，psm为平衡机有功功率的出力下限，psm为平衡机有功功率的出力上限。
70、本发明具有如下优点：获取电力系统数据，所述电力系统数据包括故障发生后发电机节点的功角δ、角速度差δω；通过功角δ识别领先机群a，对角速度差δω进行cccoi-rm变换，得到变换后的角加速度γ；对领先机群a中的发电机，分别改变每台发电机的出力搜索主导失稳临界点；以实际的量测信息，计算基于角速度-角加速度的扩展相平面n次摆动中第四象限轨迹切线斜率倒数，得到识别单摆失稳和多摆失稳的稳定性指标，并在所述主导失稳临界点，改变发电机扰动出力δp，求取扩展相轨迹灵敏度；结合发电机出力上下限和平衡机出力限制，构建基于扩展相轨迹的多模态实用动态安全域。本发明实现了对系统单摆和多摆失稳的稳定性判别，与传统扩展相轨迹相比，本发明扩展了应用范围，且通过与安全域的结合，突破了传统轨迹判稳无法量化稳定裕度的局限性；本发明实现修正判据与动态安全域的有效映射，同时利用灵敏度矩阵构建临界稳定点处的动态安全域。与传统相轨迹灵敏度相比，本发明构建稳定性判据灵敏度具有不需要量测数据的常系数特征，充分利用安全域的裕度量化能力，获得稳定性判据与节点注入功率之间的线性关系，可实现故障发生前准确的暂态稳定评估。
1.基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法，其特征在于，对角速度差δω进行cccoi-rm变换，得到变换后的角加速度的公式为：
3.根据权利要求1所述的基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法，其特征在于，对领先机群a中的发电机，分别改变每台发电机的出力搜索主导失稳临界点的过程中：
4.根据权利要求1所述的基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法，其特征在于，以实际的量测信息，计算基于角速度-角加速度的扩展相平面n次摆动中第四象限轨迹切线斜率倒数，得到识别单摆失稳和多摆失稳的稳定性指标f的公式为：
5.根据权利要求4所述的基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法，其特征在于，还包括，对稳定性指标f进行修正，修正后的暂态稳定判稳公式为：
6.根据权利要求5所述的基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法，其特征在于，还包括，对基于扩展相轨迹的多模态失稳修正判据进行注入功率灵敏度分析，获得修正判据与节点注入功率的有效映射，定义扩展相轨迹灵敏度矩阵s为：
7.根据权利要求6所述的基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建方法，其特征在于，结合发电机出力上下限和平衡机出力限制，构建基于扩展相轨迹的多模态实用动态安全域的公式为：
8.基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建装置，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建装置，其特征在于，所述数据获取模块中，对角速度差δω进行cccoi-rm变换，得到变换后的角加速度的公式为：
10.根据权利要求9所述的基于扩展相轨迹理论的电网动态安全域构建装置，其特征在于，所述安全域构建模块中，结合发电机出力上下限和平衡机出力限制，构建基于扩展相轨迹的多模态实用动态安全域的公式为：
