本发明涉及一种电力系统稳定特性分析方法，尤其涉及一种风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法、系统、计算机设备和计算机可读存储介质。
背景技术：
1、我国风能资源与负荷中心整体呈逆向分布，风电因发电地区负荷有限不能就地消纳，需远距离送出至负荷中心。在区域交流互联系统中，随着新能源发电大规模替代同步发电机，系统暂态功角稳定特性变化显著，尤其是互联通道开断故障导致大量风电机组同时进入低电压穿越，风电机组无功支撑和有功下降对风火打捆送出系统暂态功角稳定带来巨大的影响。目前关于系统暂态功角稳定裕度的研究主要是基于等面积准则，根据系统的功角特性方程计算动能增加、减少面积，求取稳定裕度，但在考虑风机低电压穿越对暂态稳定的影响中，理想化处理低电压穿越过程，忽视了风电有功恢复阶段对系统功角稳定的影响。随着新能源比例逐步提升，若按照传统计算方法处理存在风电低电压穿越的暂态功角稳定裕度，由于风电有功恢复的时变特性，无法映射入功角相平面积分计算系统动能减少面积；若在裕度计算中忽略低穿有功恢复特性，稳定裕度的计算结果会与实际裕度相差过大。
技术实现思路
1、发明目的：针对以上问题，本发明提出一种风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法、系统、计算机设备和计算机可读存储介质，能够解决风电低电压穿越有功恢复过程中稳定裕度无法计算的问题。
2、技术方案：本发明所采用的技术方案是一种风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，包括：
3、将风火打捆系统转化为等效单机无穷大系统和哈密顿单机无穷大系统；
4、基于等效单机无穷大系统，根据预设故障计算故障前、故障中、故障切除后风电有功恢复阶段结束后共三个时段的同步机功角特性方程；
5、基于哈密顿单机无穷大系统，根据预设故障计算故障切除后风电有功恢复阶段的同步机功角特性方程；
6、根据各时段对应的同步机功角特性方程及各时段对应功角，在p-δ相平面上计算各时段的动能增加面积和动能减少面积；
7、基于等面积准则，根据各时段的动能增加面积和动能减少面积计算系统暂态功角稳定裕度。
8、可选的，所述等效单机无穷大系统为风火打捆系统通过互补群惯量中心相对运动变换cccoi-rm的单机无穷大系统，通过计算风电机组的风电等效导纳计入单机无穷大系统的系统导纳矩阵得到等效单机无穷大系统；所述等效单机无穷大系统包括连接在送端母线的同步机，连接在受端母线的无穷大系统，同步机与无穷大系统间的转移导纳，以及同步机、无穷大系统各自对地支路导纳；所述哈密顿单机无穷大系统是以风电有功功率等效值计算风电等效导纳的等效单机无穷大系统。
9、可选的，所述风电等效导纳的计算式为：
10、
11、其中，yw表示风电等效导纳，pw表示风电机组的有功功率，qw表示风电机组无功功率；uw表示风电机组并网点电压，j表示虚部。
12、可选的，所述风电有功功率等效值采用各子时段风电有功功率的中点值。
13、可选的，所述故障前为系统发生预设故障前的稳定状态，所述故障中为从系统发生预设故障到故障切除的时段，所述故障切除后风电有功恢复阶段为故障切除后风电机组低电压穿越直到有功恢复的时段，所述故障切除后风电有功恢复阶段结束后为故障切除风电机组低电压穿越有功恢复阶段结束到系统恢复稳定的时段。
14、可选的，所述同步机功角特性方程，采用系统同步机电功率函数，计算式为：
15、
16、其中，γ＝arctang12/b12，pe表示系统同步机电磁功率，e表示同步机内电势，δ表示同步机功角，g11表示同步机对地支路电导，g12、b12表示同步机与无穷大系统间的转移电导和转移电纳。
17、优选的，所述基于哈密顿单机无穷大系统，根据预设故障计算故障切除后风电有功恢复阶段的同步机功角特性方程，包括：采用微分法将故障切除后风电有功恢复阶段分为若干子时段，计算各子时段的角度等效值，并根据各子时段对应的哈密顿单机无穷大系统，计算各子时段对应的同步机功角特性方程；故障切除后风电有功恢复阶段的各子时段的功角采用角度等效值计算。
18、可选的，所述角度等效值采用各子时段结束时刻对应的角度。
19、可选的，各子时段结束时刻对应的角度，计算式为：
20、δj+1＝δj+δj(1)δte+0.5δj(2)(δte)2
21、δj(1)＝δj-1(1)+[(peej-1-pm)+(peej-pm)]δte/2m
22、δj(2)＝m-1(peej-pm)
23、其中，δj+1为第j个时间段结束时刻对应的同步机功角，δte为每一时间段的时间间隔，δj为第j个时间段初始时刻对应的同步机功角，δj(1)表示第j个时间段初始时刻同步机功角对时间的一阶导数，δj-1(1)表示第j-1个时间段初始时刻同步机功角对时间的一阶导数，peej-1表示第j-1个时间段初始时刻同步机对应的电磁功率，peej表示第j个时间段初始时刻同步机对应的电磁功率，δj(2)表示第j个时间段初始时刻同步机功角对时间的二阶导数，m表示同步机惯性时间常数，pm表示同步机机械功率。
24、可选的，所述基于等面积准则，根据各时段的动能增加面积和动能减少面积计算系统暂态功角稳定裕度，计算式为：
25、
26、其中，η表示系统暂态功角稳定裕度，adec'表示故障切除后风电有功恢复阶段系统动能减少面积，adec表示风电低穿有功恢复阶段结束后的系统动能减少面积，ainc表示系统动能增加面积。
27、可选的，所述故障切除后风电有功恢复阶段系统动能减少面积包括，
28、
29、其中，adec'表示故障切除后风电有功恢复阶段系统动能减少面积，n表示通过微分法将系统有功恢复时间平均分成n等份，δi表示第i个时间段初始时刻对应的同步机功角，δi+1表示第i个时间段结束时刻对应的同步机功角，peei表示第i个时间段内同步机对应的电磁功率，pm表示同步机机械功率。
30、可选的，所述风电低穿有功恢复阶段结束后部分系统动能减少面积包括，
31、
32、其中，adec表示风电低穿有功恢复阶段结束后部分系统动能减少面积，δn+1表示风电低穿有功恢复结束时刻同步机对应功角，pee表示风电低穿有功恢复阶段结束后同步机电磁功率，δu表示系统不稳定平衡点对应的同步机功角，即有功恢复阶段结束后同步机功角特性方程与同步机机械功率交点中属于区间[π/2,π]的同步机功角，pm表示同步机机械功率。
33、可选的，所述系统动能增加面积包括：
34、
35、其中，ainc表示系统动能增加面积，δ0表示系统发生故障前对应功角，即故障前同步机电功率函数与同步机机械功率交点中属于区间[0,π/2]的同步机功角，δs表示故障切除时刻同步机功角，pm表示同步机机械功率，ped表示故障中同步机电磁功率；
36、其中故障切除时刻同步机功角的计算式为式中m表示同步机惯性时间常数，pm表示同步机机械功率，δt为从故障发生时刻到故障切除时刻的时间间隔。
37、第二方面，本发明实施例还提出一种风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，包括：
38、模型单元，用于将风火打捆系统转化为等效单机无穷大系统和哈密顿单机无穷大系统；
39、功角特性方程计算单元，用于：基于等效单机无穷大系统，根据预设故障计算故障前、故障中、故障切除后风电有功恢复阶段结束后共三个时段的同步机功角特性方程；对于故障切除后风电有功恢复阶段，基于哈密顿单机无穷大系统，根据预设故障计算同步机功角特性方程；
40、子时段面积计算单元，用于根据各时段对应的同步机功角特性方程及各时段对应功角，在p-δ相平面上计算各时段的动能增加面积和动能减少面积；
41、暂态功角稳定裕度计算单元，用于基于等面积准则，根据各时段的动能增加面积和动能减少面积计算系统暂态功角稳定裕度。
42、其中各单元中的计算方法与风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法中所述内容一致。
43、可选的，所述风火打捆系统为电源同时含有同步机和风电机组的电力系统；所述等效单机无穷大系统为风火打捆系统通过互补群惯量中心相对运动变换cccoi-rm的单机无穷大系统，通过计算风电机组的风电等效导纳计入单机无穷大系统的系统导纳矩阵得到等效单机无穷大系统；所述等效单机无穷大系统包括连接在送端母线的同步机，连接在受端母线的无穷大系统，同步机与无穷大系统间的转移导纳，以及同步机、无穷大系统各自对地支路导纳；所述哈密顿单机无穷大系统是以风电有功功率等效值计算风电等效导纳的等效单机无穷大系统。
44、可选的，所述风电等效导纳的计算式为：
45、
46、其中，yw表示风电等效导纳，pw表示风电机组的有功功率，qw表示风电机组无功功率；uw表示风电机组并网点电压，j表示虚部。
47、可选的，所述风电有功功率等效值采用各子时段风电有功功率的中点值。
48、可选的，所述故障前为系统发生预设故障前的稳定状态，所述故障中为从系统发生预设故障到故障切除的时段，所述故障切除后风电有功恢复阶段为故障切除后风电机组低电压穿越直到有功恢复的时段，所述故障切除后风电有功恢复阶段结束后为故障切除风电机组低电压穿越有功恢复阶段结束到系统恢复稳定的时段。
49、可选的，所述同步机功角特性方程，采用系统同步机电功率函数，计算式为：
50、
51、其中，γ＝arctang12/b12，pe表示系统同步机电磁功率，e表示同步机内电势，δ表示同步机功角，g11表示同步机对地支路电导，g12、b12表示同步机与无穷大系统间的转移电导和转移电纳。
52、可选的，该系统还包括裕度计算子时段确定及子时段功角确定单元，用于：采用微分法将故障切除后风电有功恢复阶段分为若干子时段，计算各子时段的角度等效值；
53、对于故障切除后风电有功恢复阶段，基于哈密顿单机无穷大系统，根据预设故障计算同步机功角特性方程，包括：根据各子时段对应的哈密顿单机无穷大系统，根据预设计算各子时段对应的同步机功角特性方程；
54、故障切除后风电有功恢复阶段的各子时段的功角采用角度等效值计算。
55、可选的，所述角度等效值采用各子时段结束时刻对应的角度。
56、可选的，各子时段结束时刻对应的角度，计算式为：
57、δj+1＝δj+δj(1)δte+0.5δj(2)(δte)2
58、δj(1)＝δj-1(1)+[(peej-1-pm)+(peej-pm)]δte/2m
59、δj(2)＝m-1(peej-pm)
60、其中，δj+1为第j个时间段结束时刻对应的同步机功角，δte为每一时间段的时间间隔，δj为第j个时间段初始时刻对应的同步机功角，δj(1)表示第j个时间段初始时刻同步机功角对时间的一阶导数，δj-1(1)表示第j-1个时间段初始时刻同步机功角对时间的一阶导数，peej-1表示第j-1个时间段初始时刻同步机对应的电磁功率，peej表示第j个时间段初始时刻同步机对应的电磁功率，δj(2)表示第j个时间段初始时刻同步机功角对时间的二阶导数，m表示同步机惯性时间常数，pm表示同步机机械功率。
61、可选的，所述基于等面积准则，根据各时段的动能增加面积和动能减少面积计算系统暂态功角稳定裕度，计算式为：
62、
63、其中，η表示系统暂态功角稳定裕度，adec'表示故障切除后风电有功恢复阶段系统动能减少面积，adec表示风电低穿有功恢复阶段结束后的系统动能减少面积，ainc表示系统动能增加面积。
64、可选的，所述故障切除后风电有功恢复阶段系统动能减少面积包括，
65、
66、其中，adec'表示故障切除后风电有功恢复阶段系统动能减少面积，n表示通过微分法将系统有功恢复时间平均分成n等份，δi表示第i个时间段初始时刻对应的同步机功角，δi+1表示第i个时间段结束时刻对应的同步机功角，peei表示第i个时间段内同步机对应的电磁功率，pm表示同步机机械功率。
67、可选的，所述风电低穿有功恢复阶段结束后部分系统动能减少面积包括，
68、
69、其中，adec表示风电低穿有功恢复阶段结束后部分系统动能减少面积，δn+1表示风电低穿有功恢复结束时刻同步机对应功角，pee表示风电低穿有功恢复阶段结束后同步机电磁功率，δu表示系统不稳定平衡点对应的同步机功角，pm表示同步机机械功率。
70、可选的，所述系统动能增加面积包括：
71、
72、其中，ainc表示系统动能增加面积，δ0表示系统发生故障前对应功角，δs表示故障切除时刻同步机功角，pm表示同步机机械功率，ped表示故障中同步机电磁功率；
73、其中故障切除时刻同步机功角的计算式为式中m表示同步机惯性时间常数，pm表示同步机机械功率，δt为从故障发生时刻到故障切除时刻的时间间隔。
74、本发明提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法。
75、本发明提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法。
76、有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：本发明计及风电低电压穿越有功按指定斜率恢复特性影响，对新能源高占比电力系统暂态功角稳定裕度计算方法提出改进，该方法原理上同样适用于风电低穿其他有功恢复模式，具有重要意义。本发明将风火打捆系统转化为等效单机无穷大系统和哈密顿单机无穷大系统；基于等效单机无穷大系统，根据预设故障计算故障前、故障中、故障切除后风电有功恢复阶段结束后共三个时段的同步机功角特性方程；基于哈密顿单机无穷大系统，根据预设故障计算故障切除后风电有功恢复阶段的同步机功角特性方程，解决了针对时变的风电低穿有功恢复特性难以计入同步机功角特性方程的问题，通过分析系统动能减少面积在角度与时间两个维度的积分关系，从而将时变的风电有功按指定斜率恢复特性映射入同步机功角特性方程。本发明采用微分法将故障切除后风电有功恢复阶段分为若干子时段，计算各子时段的角度等效值，并根据各子时段对应的哈密顿单机无穷大系统，计算各子时段对应的同步机功角特性方程，该技术手段基于微分法，推导每一微分子时段时刻与功角的映射关系，将对含时变量的功角域积分转换为不含时变量的功角域积分，从而实现系统暂态功角稳定特性分析。本发明计及风电低电压穿越有功恢复特性影响，对新能源高占比电力系统暂态功角稳定裕度计算方法提出改进，可有效降低新能源高占比电力系统暂态功角稳定裕度计算误差，有利于提高新能源高占比电力系统的功角安全稳定运行水平。
1.一种风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述等效单机无穷大系统为风火打捆系统通过互补群惯量中心相对运动变换cccoi-rm的单机无穷大系统，通过计算风电机组的风电等效导纳计入单机无穷大系统的系统导纳矩阵得到等效单机无穷大系统；所述等效单机无穷大系统包括连接在送端母线的同步机，连接在受端母线的无穷大系统，同步机与无穷大系统间的转移导纳，以及同步机、无穷大系统各自对地支路导纳；所述哈密顿单机无穷大系统是以风电有功功率等效值计算风电等效导纳的等效单机无穷大系统。
3.如权利要求2所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述风电等效导纳的计算式为：
4.如权利要求2所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述风电有功功率等效值采用各子时段风电有功功率的中点值。
5.如权利要求1所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述故障前为系统发生预设故障前的稳定状态，所述故障中为从系统发生预设故障到故障切除的时段，所述故障切除后风电有功恢复阶段为故障切除后风电机组低电压穿越直到有功恢复的时段，所述故障切除后风电有功恢复阶段结束后为故障切除风电机组低电压穿越有功恢复阶段结束到系统恢复稳定的时段。
6.如权利要求1所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述同步机功角特性方程，采用系统同步机电功率函数，计算式为：
7.如权利要求1所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述基于哈密顿单机无穷大系统，根据预设故障计算故障切除后风电有功恢复阶段的同步机功角特性方程，包括：采用微分法将故障切除后风电有功恢复阶段分为若干子时段，计算各子时段的角度等效值，并根据各子时段对应的哈密顿单机无穷大系统，计算各子时段对应的同步机功角特性方程；故障切除后风电有功恢复阶段的各子时段的功角采用角度等效值计算。
8.如权利要求7所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述角度等效值采用各子时段结束时刻对应的角度。
9.如权利要求8所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：各子时段结束时刻对应的角度，计算式为：
10.如权利要求1所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述基于等面积准则，根据各时段的动能增加面积和动能减少面积计算系统暂态功角稳定裕度，计算式为：
11.如权利要求10所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述故障切除后风电有功恢复阶段系统动能减少面积包括，
12.如权利要求10所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述风电低穿有功恢复阶段结束后部分系统动能减少面积包括，
13.如权利要求10所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述系统动能增加面积包括：
14.一种风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于，包括：
15.如权利要求14所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述风火打捆系统为电源同时含有同步机和风电机组的电力系统；所述等效单机无穷大系统为风火打捆系统通过互补群惯量中心相对运动变换cccoi-rm的单机无穷大系统，通过计算风电机组的风电等效导纳计入单机无穷大系统的系统导纳矩阵得到等效单机无穷大系统；所述等效单机无穷大系统包括连接在送端母线的同步机，连接在受端母线的无穷大系统，同步机与无穷大系统间的转移导纳，以及同步机、无穷大系统各自对地支路导纳；所述哈密顿单机无穷大系统是以风电有功功率等效值计算风电等效导纳的等效单机无穷大系统。
16.如权利要求15所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述风电等效导纳的计算式为：
17.如权利要求15所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述风电有功功率等效值采用各子时段风电有功功率的中点值。
18.如权利要求14所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述故障前为系统发生预设故障前的稳定状态，所述故障中为从系统发生预设故障到故障切除的时段，所述故障切除后风电有功恢复阶段为故障切除后风电机组低电压穿越直到有功恢复的时段，所述故障切除后风电有功恢复阶段结束后为故障切除风电机组低电压穿越有功恢复阶段结束到系统恢复稳定的时段。
19.如权利要求14所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述同步机功角特性方程，采用系统同步机电功率函数，计算式为：
20.如权利要求14所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：该系统还包括裕度计算子时段确定及子时段功角确定单元，用于：采用微分法将故障切除后风电有功恢复阶段分为若干子时段，计算各子时段的角度等效值；
21.如权利要求20所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述角度等效值采用各子时段结束时刻对应的角度。
22.如权利要求21所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：各子时段结束时刻对应的角度，计算式为：
23.如权利要求14所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法，其特征在于：所述基于等面积准则，根据各时段的动能增加面积和动能减少面积计算系统暂态功角稳定裕度，计算式为：
24.如权利要求23所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述故障切除后风电有功恢复阶段系统动能减少面积包括，
25.如权利要求23所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述风电低穿有功恢复阶段结束后部分系统动能减少面积包括，
26.如权利要求23所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析系统，其特征在于：所述系统动能增加面积包括：
27.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至13中任一项所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法。
28.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至13中任一项所述的风火打捆系统的暂态功角稳定特性分析方法。
