CN101593983A - 一种电力系统振荡中心快速定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电力系统振荡中心快速定位方法。在抑制系统振荡、协调解列等应用方面，经常需要知道电力系统振荡中心的准确位置。本方法仅需要就地的测量电气量和线路的自然参数，就可以在系统同步振荡阶段准确判断出系统的失步振荡中心，并实现了基于就地电气量的失步快速解列判据。基于就地电气量的振荡中心定位方法的推广应用，结合可靠的快速解列判据就能实现快速的、可靠的、就地的失步解列控制，能够适应不同的系统运行方式，实现多套解列装置的协调控制。

Description

一种电力系统振荡中心快速定位方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化领域，尤其涉及一种电力系统振荡中心快速定位方法。

背景技术

提高电力系统的安全稳定水平是电力运营部门的头等大事。在我国颁布的《电力系统安全稳定导则》中，规定了我国电网承受大扰动能力的三级安全稳定标准，其中第三级标准(也是最紧急时刻的电网安全控制要求)指在系统遭受特别严重故障，不能保持同步稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。解列是应对上述第三级安全稳定标准、防止系统全面崩溃的重要控制手段。

在失步振荡中心断面将振荡的系统解列，可以快速的平息系统振荡，是处理振荡问题的最有效手段。传统的振荡解列装置，不能确定系统的振荡中心的准确位置，通常采用低电压或阻抗圆来确定振荡中心是否在解列范围内，这些判据只能给出大概的范围，其失步解列不能够提供更好的选择性，因而不能较好的适应我国互联电网第三道防线的新要求。

传统的定位振荡中心位置的方法有阻抗法、最低电压除以电流法等，各有缺点，不能很好的适应我国电网的要求。阻抗法需要做系统等值，从振荡中心向两边看过去阻抗相等，该方法不能很好的适应电网运行方式的改变；最低电压除以电流法是用同一时刻的最小电压除以电流，但需要在系统失步以后才能判断出系统的振荡中心，并且最低电压的判断受谐波的影响，不适用于实时运行的装置。

如果设计出一种可以准确定位系统振荡中心位置的算法，并结合可靠的快速解列判据的解列装置，将使多套独立的解列装置动作上相互配合成为可能，并能实现系统的快速解列。

发明内容

本发明公开一种定位电力系统振荡中心的方法。在抑制系统振荡、协调解列等应用方面，经常需要知道电力系统振荡中心的准确位置。本方法仅需要就地的测量电气量和线路的自然参数，就可以在系统同步振荡阶段准确判断出系统的失步振荡中心，并实现了基于就地电气量的失步快速解列判据。基于就地电气量的振荡中心定位方法的推广应用，结合可靠的快速解列判据就能实现快速的、可靠的、就地的失步解列控制，能够适应不同的系统运行方式，实现多套解列装置的协调控制。

利用测量点的电压、电流、有功、无功和线路的电阻、电抗参数计算系统的振荡中心位置，并实现一种基于就地电气量的电力系统失步快速解列判据。

技术方案包括下列步骤：

1)实时采集装置安装点的电压、电流、有功、无功，为了增加装置的抗干扰性能，所用的电气量均为正序量。

2)实时计算系统的振荡中心，公式为： $L_{\mathrm{ECS}}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{(R^2+X^2)I^2}.$ 其中，P为装置安装处测量的有功功率，Q为装置安装处测量的无功功率，I为装置安装处测量的电流，R为线路的全长的电阻，X为线路全长的电抗。以上参数均为一次侧有名值。

3)当0≤L_ECS≤1时，其中1表示线路全长，表示振荡中心在保护范围内，如果满足快速解列判据装置就可以跳闸。

在本发明中，披露了一种定位电力系统振荡中心位置的判据。该判据首先列出线路上任一点的电位和线路阻抗之间的函数，利用失步振荡时振荡中心处的电压最低的原理，使用拉格朗日函数求极值的方法，求出电位随线路阻抗的分布关系，从而求出振荡中心距离装置安装点的位置。该判据仅需要安装点的电气量和线路的自然参数进行振荡中心的定位，该方法简单、准确、可靠。

本发明的有益效果是：

1、快速，在系统同步振荡阶段即可计算出系统的失步振荡中心。

2、简单，算法仅需要测量点的电压、电流、有功、无功和线路的电阻、电抗数据就可以计算出系统的振荡中心，不需要复杂的系统等值。

3、准确，测量的振荡中心位置准确，最大误差10％的线路长度。

4、适应性强，本发明能够适应不同电位运行方式的变化。

5、本发明为多套失步解列装置的自适应控制提供了技术支撑。

6、基于本发明而研制的电力系统失步快速解列装置判据快速、准确可靠，使用灵活方便，适应性强。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是依据本发明的方法振荡中心在保护范围内的定位方法图解；

图2是依据本发明的方法振荡中心在正向区外的定位方法图解；

图3是依据本发明的方法振荡中心在反向区外的定位方法图解。

具体实施方式

下面是本发明的一个优选实例，以下结合本附图对本发明实现的技术方案做进一步说明。

如附图1所示是振荡中心在保护区内的计算方法。U₁为装置安装点测量到的线路始端电压相量，U₂为测量线路末端电压相量，E₃为始末端电位差，θ为线路阻抗角。在图示三角形中，Z′为线路上任意一点，连线OZ′即为Z′点处的电压相量。当Z′与Z重合，即OZ′垂直于U₁与U₂的连线时，OZ′表示的电压相量取得最小值。由于线路上各处电流值相同，且阻抗均匀分布，所以E₃延线路均匀降落。由于振荡时，振荡中心的电压最小，因此线路始端到点Z的距离为即为要求的振荡中心的位置，则有：

L_ECS＝L_Z/L＝E2/E3……………………………………………………………………………(1)

取电压

为参考相量，即则相应的电压降表达式如式(2)所示：

$d{\stackrel{\·}{U}}_1=\frac{P_{1}R+Q_{1}X}{U_1}+j\frac{P_{1}X-Q_{1}R}{U_1}=\mathrm{\Δ}{U}_1+\mathrm{j\δ}{U}_1\·\·\·\·\·\·\left(2\right)$

在图1中，根据余弦定理，相量OZ′的模可用式(3)表示：

$O{Z}^{\′}=\sqrt{U_1^2+E_1^2-2*U_1*E_1*\cos \mathrm{\θ}}\·\·\·\·\·\·\left(3\right)$

由于电位差E₃可以视为U₁在∠0°方向上电势降落ΔU₁，并在∠-90°方向上的电势升高dU₁，所以cosθ的值如式(4)所示。

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3}\·\·\·\·\·\·\left(4\right)$

由式(3)、(4)可得：

$O{Z}^{\′}=\sqrt{U_1^2+E_1^2-2*U_1*E_1*\frac{\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3}}\·\·\·\·\·\·\left(5\right)$

上式中，U₁和E₃均是定值，所以OZ′是E₁的函数。若能求得OZ′的极值(最小值)，就可以求出振荡中心的电压。根据拉格朗日函数求极值的方法，首先需要求取OZ′对E₁的倒数，如式(6)所示。

$\frac{\mathrm{dO}{Z}^{\′}}{d{E}_1}=\frac{1}{2}*{(U_1^2+E_1^2-2*U_1*E_1*\frac{\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3})}^{-\frac{1}{2}}*(2*E_1-2*U_1*\frac{\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3})$

$=\frac{2*E_1-2*U_1*\frac{\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3}}{2*\sqrt{U_1^2+E_1^2-2*U_1*E_1*\frac{\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3}}}\·\·\·\·\·\·\left(6\right)$

当E₁满足式(7)时， $\frac{\mathrm{dO}{Z}^{\′}}{d{E}_1}=0$ 成立。将E₁代入式(6)，即可求得OZ′的极值(最小值)。

$2*E_1-2*U_1*\frac{\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3}=0\·\·\·\·\·\·\left(7\right)$

在图1中，满足式(7)时E₁和E₂相等，E₂的值如下式所示。

$E_2=U_1*\frac{\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3}\·\·\·\·\·\·\left(8\right)$

此时，若将E₂代入式(1)可得：

$L_{\mathrm{ECS}}=\frac{L_Z}{L}=\frac{E_2}{E_3}=\frac{U_1*\mathrm{\Δ}{U}_1}{E_3^2}\·\·\·\·\·\·\left(9\right)$

将(2)式的ΔU₁部分代入式(9)得：

$L_{\mathrm{ECS}}=\frac{L_Z}{L}=\frac{P_{1}R+Q_{1}X}{E_3^2}=\frac{P_{1}R+Q_{1}X}{{\left(\sqrt{R^2+X^2}\right)}^2*I^2}=\frac{P_{1}R+Q_{1}X}{(R^2+X^2)*I^2}\·\·\·\·\·\·\left(10\right)$

在附图1中，由于Z在U1和U2之间，L_ECS的值位于[0，1]区间，所以振荡中心在所保护的线路上。在附图2和附图3中，由于振荡中心在U1的正向延长线和反向延长线上，L_ECS的值位于(1，+∞)和(-∞，0)区间，振荡中心不在线路的保护范围中。

由此可见，该判据首先列出线路上任一点的电位和线路阻抗之间的函数，利用失步振荡时振荡中心处的电压最低的原理，使用拉格朗日函数求极值的方法，求出电位随线路阻抗的分布关系，从而求出振荡中心距离装置安装点的位置。该判据仅需要安装点的电气量和线路的自然参数进行振荡中心的定位，该方法简单、准确、可靠。

本发明按照优选实例进行了说明，应当理解，但上述实施例不以任何形式限度本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1、一种定位电力系统振荡中心的方法，其特征在于首先列出线路上任一点的电位和线路阻抗之间的函数，利用失步振荡时振荡中心处的电压最低的原理，使用拉格朗日函数求极值的方法，求出电位随线路阻抗的分布关系，从而得到振荡中心距离装置安装点的位置，具体包括下列步骤：

1)实时采集装置安装点的电压、电流、有功、无功，为了增加装置的抗干扰性能，所用的电气量均为正序量；

2)实时计算系统的振荡中心，公式为： $L_{\mathrm{ECS}}=\frac{\mathrm{PR}+\mathrm{QX}}{(R^2+X^2)I^2},$ 其中，P为装置安装处测量的有功功率，Q为装置安装处测量的无功功率，I为装置安装处测量的电流，R为线路的全长的电阻，X为线路全长的电抗，以上参数均为一次侧有名值；

3)当0≤L_ECS≤1时，其中1表示线路全长，表示振荡中心在保护范围内，当L_ECS＞1时，表示振荡中心在正向区外，当L_ECS＜0时，表示振荡中心在反向区外。

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