基于PIGD-IRK的大规模时滞电力系统特征值高效计算方法

贾小凡; 叶华; 刘玉田; 刘牧阳

doi:10.7500/AEPS20220624006

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基于PIGD-IRK的大规模时滞电力系统特征值高效计算方法

学术研究 | 更新时间：2023-06-19

- 基于PIGD-IRK的大规模时滞电力系统特征值高效计算方法
- High-efficiency Eigenvalue Calculation Method for Large-scale Time-delay Power System Based on Partial Infinitesimal Generator Discretization with Implicit Runge-Kutta
- 电力系统自动化 2023年47卷第12期页码：95-102
- 作者机构：
  
  1.电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学),山东省济南市250061
  2.新疆大学电气工程学院,新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830046
- 作者简介：
  
  贾小凡(1997—)，女，博士，主要研究方向：电力系统稳定性分析与控制。E-mail：jiaxiaofan2019@mail.sdu.edu.cn
  叶华(1981—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统稳定性分析与控制、柔性直流电网。E-mail：yehua@sdu.edu.cn
  刘玉田(1964—)，男，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统运行与控制。E-mail：liuyt@sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52077126)
- DOI：10.7500/AEPS20220624006
  中图分类号：
- 收稿：2022-06-24，
  
  修回：2022-09-14，
  
  网络出版：2023-01-29，
  
  纸质出版：2023-06-25
- 稿件说明：
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贾小凡,叶华,刘玉田等.基于PIGD-IRK的大规模时滞电力系统特征值高效计算方法[J].电力系统自动化,2023,47(12):95-102.

JIA Xiaofan,YE Hua,LIU Yutian,et al.High-efficiency Eigenvalue Calculation Method for Large-scale Time-delay Power System Based on Partial Infinitesimal Generator Discretization with Implicit Runge-Kutta[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(12):95-102.
贾小凡,叶华,刘玉田等.基于PIGD-IRK的大规模时滞电力系统特征值高效计算方法[J].电力系统自动化,2023,47(12):95-102. DOI： 10.7500/AEPS20220624006.

JIA Xiaofan,YE Hua,LIU Yutian,et al.High-efficiency Eigenvalue Calculation Method for Large-scale Time-delay Power System Based on Partial Infinitesimal Generator Discretization with Implicit Runge-Kutta[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(12):95-102. DOI： 10.7500/AEPS20220624006.

摘要

电力系统控制回路中固有的时滞会影响控制器的性能，甚至危害系统的稳定运行。为此，提出了一种基于无穷小生成元隐式龙格-库塔部分离散化（PIGD-IRK）的特征值计算方法，用以分析时滞对大规模电力系统小干扰稳定性的影响。首先

分析了制约无穷小生成元隐式龙格-库塔离散化（IGD-IRK）方法计算效率的瓶颈；然后

应用部分谱离散化思想大幅度降低其构造的无穷小生成元离散化矩阵的维数；接着，利用离散化矩阵的结构特点将其从阶梯型分块矩阵相似变换为常数矩阵的逆和分块上三角矩阵的乘积，从而可在特征值计算过程中充分利用离散化矩阵和系统增广状态矩阵的稀疏特性。最后，通过四机两区域系统和2个实际电网的计算结果验证了所提方法的准确性和高效性。

Abstract

The inherent time delays in the control loops of power systems will affect the performances of controllers and even endanger the stable operation of the system. Therefore

an eigenvalue calculation method based on the partial infinitesimal generator discretization with implicit Runge-Kutta (PIGD-IRK) is proposed for analyzing the effect of time delays on small disturbance stability of large-scale power systems. Firstly

the bottlenecks that restrict the computational efficiency of infinitesimal generator discretization with implicit Runge-Kutta (IGD-IRK) are analyzed. Secondly

by applying the partial spectral discretization idea

the dimension of the infinitesimal generator discretization matrix constructed by IGD-IRK is greatly reduced. Thirdly

the echelon block discretization matrix is further transformed into the product of the inverse of a constant matrix and an upper triangular block matrix by taking advantage of its structural characteristics

thus the sparsity of the discretization matrix and system augmented state matrix can be fully used in the process of eigenvalue calculation. Finally

the accuracy and high efficiency of the proposed method are verified on a two-area four-machine system and two actual power systems.

关键词

Keywords

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