CN101359026B - 一种全时域电压稳定性综合评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种能够用来评估所有类型电压稳定问题的全时域电压稳定性综合评估方法。该方法是一套全面的电压评价体系，该体系的组成部分中全面考虑电压稳定时域上的短期和长期过程、扰动程度上的小干扰和大干扰以及评估方法上的确定性和概率性方法。采用该方法评估电力系统的电压稳定性，具有良好的可操作性和适应性，可以满足对电力系统的电压稳定性进行全面评估的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种全时域电压稳定性综合评估方法，属于电力系统分析与控制、电力系统电压稳定性评估领域。
背景技术
根据电压失稳的动态特征，可以将电压稳定问题分为各种不同的类型，如根据国际大电网会议的定义，电压稳定可以分为静态电压稳定和动态电压稳定，其中动态电压稳定又细分为小扰动电压稳定、暂态电压稳定和中长期电压稳定。不同类型的电压稳定问题有着不同的特征，要对电力系统的电压稳定性进行全面的评估，需要针对不同类型的电压稳定问题采用不同的评估方法。
目前，在电压稳定性分析方面常用的评估方法主要包括静态电压稳定评估方法和工程中常用的暂态电压稳定评估方法。其中静态电压稳定评估方法通过用静态模型计算出的各种电压稳定安全指标评价电力系统的电压稳定水平，其缺点在于没有考虑系统元件的动态过程，同时也缺乏操作性较强的量化标准；而目前我国工程中常用的暂态电压稳定评估方法(即电压低于0.75p.u.超过1秒就认为暂态电压失稳)过于简单，缺乏理论依据，无法用来准确评价系统的暂态电压稳定性。
电力系统电压稳定性与许多因素有关，不同的事故机理可能导致不同动态特征的电压崩溃性事故。例如：静态电压失稳是指负荷的缓慢增加导致负荷端母线电压缓慢地下降，在达到电力系统承受负荷增加能力的临界值时导致的电压失稳；暂态电压失稳是指电力系统发生大扰动故障后，伴随系统处理事故的过程中发电机之间的相对摇摆，某些负荷母线电压发生不可逆转的突然下降的失稳过程；等等。对于不同类型的电压稳定问题，需要采用不同的评估方法。
目前电压稳定分析领域中比较成熟的方法是静态电压稳定分析法，该方法主要通过计算系统的各种电压稳定安全指标评价系统的电压稳定水平；通过模态分析方法或其它灵敏度分析方法识别对于电压稳定较为敏感的弱负荷母线和相对薄弱分区。由于静态电压稳定分析方法没有考虑元件的动态过程，因此无法适用于除静态电压稳定问题外的其它类型电压稳定问题。
除了静态电压稳定分析法外，在我国工程计算中常常采用“电压低于0.75p.u.超过1秒钟”来判别暂态电压失稳。这种判据缺乏理论支持，无法真实反映系统的暂态电压稳定性。
因此，现有的电压稳定性评估方法无法满足全面评估电网电压稳定性的需要。
发明内容
针对这种情况，本专利提出了能够用来评估所有类型电压稳定问题的全时域电压稳定性综合评估方法。该方法是一套综合体系，全面考虑了电压稳定时域上的短期和长期过程、扰动程度上的小干扰和大干扰以及评估方法上的确定性和概率性方法，因而既包括确定性的分析方法，又包括概率性的分析方法，其中确定性的方法又依照电压稳定问题的分类分为静态电压稳定评估、暂态电压稳定评估、中长期电压稳定评估三种——其体系结构如附图1所示。采用该方法评估电力系统的电压稳定性，具有良好的可操作性和适应性，可以满足对电力系统的电压稳定性进行全面评估的需要。与评价体系中的评估方法相对应的评估指标可以根据供电可靠性高低选择合适的值，考虑评估方法的实用性，一整套确定性评估方法对应的评估指标也一并给出，这套指标主要适用于对供电可靠性要求较高的大型城市电网。
全时域电压稳定性综合评估方法和指标体系包含的主要内容如下：
一.确定性评估方法和指标体系
根据电力系统正常运行方式及发生故障的严重程度(包括正常运行方式及检修方式)，将系统运行方式分为以下4种(其中N为系统中的元件个数，N为正整数)：
(1)正常运行方式及正常检修方式；
(2)N-1事故后方式，包括本地区的元件故障和分区之间联络线的故障；
(3)N-2事故后方式，包括本地区的元件故障和分区之间联络线的故障；
(4)严重多重事故方式(3重及以上事故方式)。
1、静态电压稳定性评估方法和指标体系
对于以上4种运行方式，计算系统的分区功率裕度系数、各负荷母线的有功裕度系数、各负荷母线的无功裕度系数，然后根据下面的指标对系统的静态电压稳定性进行评估：
(1)正常运行方式及正常检修方式下，大型城市电网各个分区功率裕度系数应大于或等于15％～20％；各负荷母线的有功裕度系数应大于或等于20％～30％；各负荷母线的无功裕度系数应大于或等于10％～15％；
(2)分区内或联络线任意N-1事故后运行方式下，大型城市电网各个分区功率裕度系数应大于或等于5％～8％；各负荷母线的有功裕度系数应大于或等于10％～15％；各负荷母线的无功裕度系数应大于或等于8％～10％。特殊检修方式下，功率裕度应与N—1事故相同；
(3)分区内或联络线任意N—2事故后运行方式下，在采取一定措施后，大型城市电网各个分区功率裕度系数应大于或等于2％～3％；各负荷母线的有功裕度系数应大于或等于5％～8％；各负荷母线的无功裕度系数应大于或等于2％～3％；
(4)多重事故后方式下，要采取措施保证恢复后的系统一定的稳定裕度和合理的电压水平。其各个分区功率裕度、母线有功、无功裕度均应大于0。
2、暂态电压稳定性评估方法和指标体系
采用暂态稳定仿真程序对电网进行N-1、N-2、严重多重(3重及以上)事故仿真，根据仿真结果对系统的暂态电压稳定性进行评估。评估采用的指标如下：
(1)N-1故障，不采取措施，功角能够保持稳定情况下，暂态电压低于80％额定电压的时间不大于1.0秒，故障扰动后主网电压能迅速恢复至90％额定电压；
(2)N-2故障，采取低压、频减载及集中切负荷等措施下，功角能够保持稳定情况下，暂态电压低于75％额定电压的时间不大于1.0秒，故障扰动后主网电压能迅速恢复至85％额定电压；
(3)多重故障通过采取低压、频减载及集中切负荷等措施，功角能够保持稳定情况下，暂态电压低于75％额定电压的时间不大于1.0秒，故障扰动后主网电压能迅速恢复至80％额定电压。
3、中长期电压稳定性评估方法和指标体系
采用全过程仿真程序，考虑ULTC、发电机励磁电流保护等影响电力系统中长期电压稳定的因素，然后采用该程序对电网进行N-1、N-2、严重多重(3重及以上)事故、负荷缓慢持续增长仿真，根据仿真结果对系统的中长期电压稳定性进行评估。评估采用的指标如下：
(1)N-1故障，不采取措施，暂态功角和暂态电压能够保持稳定情况下，故障扰动经历暂态过程之后，主网电压能恢复并长期保持在额定电压90％以上；
(2)N-2故障，采取低压、频减载及集中切负荷等措施下，暂态功角和暂态电压能够保持稳定情况下，故障扰动经历暂态过程之后，主网电压能恢复并长期保持在额定电压85％以上；
(3)多重严重故障，采取低压、频减载及集中切负荷等措施下，暂态功角和暂态电压能够保持稳定情况下，故障扰动经历暂态过程之后，主网电压能恢复并长期保持在额定电压80％以上；
(4)正常运行方式及正常检修方式下，大型城市电网各个分区的动态裕度指标应大于或等于15％～20％；分区内或联络线任意N-1事故后运行方式下，大型城市电网各个分区的动态裕度指标应大于或等于5％～8％。特殊检修方式下，功率裕度应与N—1事故相同。
二.概率电压稳定评估方法
概率电压稳定评估方法可以看成是确定性电压稳定评估方法的推广。该方法首先依照某种原则(如选择N-2以上的严重故障)选取若干可能造成电压失稳的故障(或扰动)形成故障集，然后对故障集中的故障进行暂态和中长期电压稳定性仿真，确定哪些故障最终会造成电压失稳事故。计算这些电压失稳事故的发生概率，将得到的数值相加即得到某个电力系统发生电压失稳的概率指标。
故障集中的故障包括单重独立元件故障和两重独立元件同时故障，即考虑元件的N-1和N-2故障，另外根据我国《电力系统安全稳定导则》，计算中还需要考虑较可能发生的一些多重严重故障类型，如保护拒动导致多条线路同跳等。
某种电压失稳事故发生概率的求取方法为：如果这种电压失稳事故包括k个元件开断，那么首先统计这k个元件在以前的一段时间(如10年)内发生故障的概率值，然后将得到的k个概率值相乘(若k个元件开断中包含连锁反应，则对于每个连锁反应只乘以连锁反应中的第一个元件开断的概率)即可得到这种电压失稳事故的发生概率。
因此本发明提出了一种全时域电压稳定性综合评估方法，包括以下步骤：
一、对电力系统进行静态电压稳定性评估：
(1)在正常运行方式下和检修方式下，计算每一个负荷节点的有功功率裕度、无功功率裕度和每一个子区域的有功功率裕度；
(2)在正常运行方式下，切除包括线路、变压器、发电机在内的任意一个元件后，计算每一个负荷节点的有功功率裕度、无功功率裕度和每一个子区域的有功功率裕度；
(3)在正常运行方式下，切除包括同杆并架线路、双联变压器、同一个电厂内的两台发电机在内的任意两个元件后，计算每一个负荷节点的有功功率裕度、无功功率裕度、每一个子区域的有功功率裕度；
(4)在正常运行方式下，切除包括一个输电通道线路、发电厂的全部发电机在内的任意三个或三个以上元件后，计算每一个负荷节点的有功功率裕度、无功功率裕度、每一个子区域的有功功率裕度；
二、对电力系统进行暂态电压稳定性评估：
(1)在正常运行方式下，切除包括线路、变压器、发电机的任意一个元件后，记录暂态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
(2)在正常运行方式下，切除包括同杆并架线路、双联变压器、同一个电厂内的两台发电机的任意两个元件后，记录暂态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
(3)在正常运行方式下，切除包括一个输电通道线路、发电厂的全部发电机的任意三个或三个以上元件后，记录暂态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
三、对电力系统进行中长期电压稳定性评估：
(1)在正常运行方式下，切除包括线路、变压器、发电机的任意一个元件后，记录长时间动态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
(2)在正常运行方式下，切除包括同杆并架线路、双联变压器、同一个电厂内的两台发电机的任意两个元件后，记录长时间动态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
(3)在正常运行方式下，切除包括一个输电通道线路、发电厂的全部发电机的任意三个或以上元件后，记录长时间动态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
四、对电力系统进行概率电压稳定性评估：
(1)形成故障集，故障集包括元件的N-1、N-2故障以及连锁故障，其中N为正整数；
(2)对故障集中的故障进行暂态和中长期电压稳定仿真，记录下会造成电压失稳的故障；
(3)计算会造成电压失稳的故障的发生概率。
五、对上述四步记录下的数据进行评估
评估的对应的指标根据不同电网对供电可靠性的要求选择适当的值；
评估系统的静态电压稳定性时，将各种运行方式下负荷母线有功功率裕度、负荷母线无功功率裕度、子区域有功功率裕度和对应的指标做对比来确定系统的静态电压稳定性；
评估系统的暂态电压稳定性时，将各种故障后暂态过程中母线的最低电压和持续时间、母线的故障后恢复电压和对应的指标做对比来确定系统的暂态电压稳定性；
评估系统的中长期电压稳定性时，将各种故障后长时间动态过程中母线的最低电压和持续时间、母线的故障后恢复电压和对应的指标做对比来确定系统的中长期电压稳定性；
评估系统的概率电压稳定性时，将计算得到的电压失稳故障发生的概率和对应的指标做对比来确定系统的概率电压稳定性。
本发明技术方案的优点：
全时域电压稳定性综合评估方法和指标体系是一套全面的电压评价体系，该体系的组成部分中全面考虑电压稳定时域上的短期和长期过程、扰动程度上的小干扰和大干扰以及评估方法上的确定性和概率性方法，可以满足对电力系统进行全面电压评估的要求。该方法使用简单，可操作性强。
附图说明
图1是全时域电压稳定性综合评价方法的体系结构。
具体实施方式
以下参照附图1说明本发明的一个实施例：本发明曾被应用于评估重庆电网的电压稳定性，进一步说明如下：
重庆电网属于大型城市电网，因而对于供电可靠性的要求相对比较高，相应的电压稳定性评估指标也比较高。
1)静态电压稳定性评估
对于本实施例，计算电网在正常运行及正常检修方式下、N-1事故后、N-2事故后、多重严重事故后的负荷母线有功功率裕度、无功功率裕度以及子区域的区域功率裕度。将计算的结果与评估指标进行对比。
2)暂态电压稳定性评估
对于本实施例，计算电网在正常运行方式下发生N-1事故、N-2事故、多重严重事故后的暂态过程中的母线最低电压及持续时间、故障后恢复电压。将计算的结果与评估指标进行对比。
3)中长期电压稳定性评估
对于本实施例，计算电网在正常运行方式下发生N-1事故、N-2事故、多重严重事故后的长时间动态过程中的母线最低电压及持续时间、故障后恢复电压。将计算的结果与评估指标进行对比。
4)概率电压稳定性评估
对于本实施例，选取500kV线路N-2故障、500kV变电站双联变故障、发电厂全停、连锁故障组成故障集，计算得到会造成电压失稳的故障，计算这些故障的发生概率。
对比上述计算结果和给出的评估指标，重庆电网静态电压稳定性、暂态电压稳定性、中长期电压稳定性均满足要求，总体电压稳定性水平较好。此外概率电压稳定性计算结果表明，重庆电网大干扰电压失稳概率为1.294146e-9；重庆电网功角失稳(包含暂态失稳和动态失稳)概率为1.264436e-7；重庆电网失去安全性的概率为1.277378e-7。
已经根据优选的实施例描述了本发明。显然，在阅读和理解了上述详细说明书后能做出多种修正和替换。本发明意欲的是本申请构建成包括了落入附属的权利要求书或其等同物的范围之内的所有这些修正和替换。
Claims (1)
1.一种全时域电压稳定性综合评估方法，包括以下步骤：
一)对电力系统进行静态电压稳定性评估：
(1)在正常运行方式下和检修方式下，计算每一个负荷节点的有功功率裕度、无功功率裕度和每一个子区域的有功功率裕度；
(2)在正常运行方式下，切除包括线路、变压器、发电机在内的任意一个元件后，计算每一个负荷节点的有功功率裕度、无功功率裕度、每一个子区域的有功功率裕度；
(3)在正常运行方式下，切除包括同杆并架线路、双联变压器、同一个电厂内的两台发电机在内的任意两个元件后，计算每一个负荷节点的有功功率裕度、无功功率裕度、每一个子区域的有功功率裕度；
(4)在正常运行方式下，切除包括一个输电通道线路、发电厂的全部发电机在内的任意三个或三个以上元件后，计算每一个负荷节点的有功功率裕度、无功功率裕度、每一个子区域的有功功率裕度；
二)对电力系统进行暂态电压稳定性评估：
(1)在正常运行方式下，切除包括线路、变压器、发电机的任意一个元件后，记录暂态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
(2)在正常运行方式下，切除包括同杆并架线路、双联变压器、同一个电厂内的两台发电机的任意两个元件后，记录暂态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
(3)在正常运行方式下，切除包括一个输电通道线路、发电厂的全部发电机的任意三个或三个以上元件后，记录暂态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
三)对电力系统进行中长期电压稳定性评估：
(1)在正常运行方式下，切除包括线路、变压器、发电机的任意一个元件后，记录长时间动态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
(2)在正常运行方式下，切除包括同杆并架线路、双联变压器、同一个电厂内的两台发电机的任意两个元件后，记录长时间动态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
(3)在正常运行方式下，切除包括一个输电通道线路、发电厂的全部发电机的任意三个或以上元件后，记录长时间动态过程中母线的最低电压及其持续时间、记录母线的故障后恢复电压；
四)对电力系统进行概率电压稳定性评估：
(1)形成故障集，故障集包括元件的N-1、N-2故障以及连锁故障，其中N为正整数；
(2)对故障集中的故障进行暂态和中长期电压稳定仿真，记录下会造成电压失稳的故障；
(3)计算造成电压失稳的故障的发生概率；
五)对上述四步记录下的数据进行评估
评估的对应的指标根据不同电网对供电可靠性的要求选择适当的值；
评估系统的静态电压稳定性时，将各种运行方式下负荷母线有功功率裕度、负荷母线无功功率裕度、子区域有功功率裕度和对应的指标做对比来确定系统的静态电压稳定性；
评估系统的暂态电压稳定性时，将各种故障后暂态过程中母线的最低电压和持续时间、母线的故障后恢复电压和对应的指标做对比来确定系统的暂态电压稳定性；
评估系统的中长期电压稳定性时，将各种故障后长时间动态过程中母线的最低电压和持续时间、母线的故障后恢复电压和对应的指标做对比来确定系统的中长期电压稳定性；
评估系统的概率电压稳定性时，将计算得到的电压失稳故障发生的概率和对应的指标做对比来确定系统的概率电压稳定性。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Effective date: 20130129 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
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