CN102064524B - 一种电力系统失步快速解列判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力领域自动控制技术，具体涉及一种电力系统失步快速解列判断方法。本发明的方法利用当地的电压电流量和线路的自然参数，预测并判断系统振荡是否将导致失步，确定系统振荡中心的位置并判断是否在本线路上，判断方法将在第一个振荡周期内发出解列命令。判断方法的参数整定十分方便，一旦参数设定后，能很好地满足各种系统运行方式变化。同时，基于振荡中心和延时的设定，能够实现多套解列装置的协调控制。

Description

一种电力系统失步快速解列判断方法

技术领域

本发明属于电力领域自动控制技术，具体涉及一种电力系统失步快速解列判断方法。 

背景技术

近年来，直流±800kV和交流1000kV的特高压工程相继建成投产，各区域电网的联系大大增强，电网规模逐步增大，电网成分构成日趋复杂，稳定特性也更加复杂。此外，电力市场化机制的建立将使电力公司充分利用现有输变电设备，造成输电线路的负载接近稳定极限。这些都对现代电力系统的分析、运行和控制技术提出了挑战，对系统运行的安全提出了越来越高的要求。 

长期的运行经验表明，不管对系统稳定性的要求如何严格，采取的预防措施多么完善，总可能出现一些预料外的因素，产生稳定破坏事故。当系统稳定破坏后，关键问题在于如何能合理、快速地平息振荡和快速地使系统恢复正常。将振荡着的两侧系统解列，可以平息振荡，在失去同步的系统中实现合理的解列，可以有效地防止事故的蔓延，以免系统大停电事故的发生。 

传统的振荡解列判断方法通常要在失步振荡发生几个异步周期后才能动作，没有失步预测功能，不能在系统的第一异步运行周期内将系统解列，也不能确定系统的振荡中心的准确位置，故不能较好的适应我国互联电网第三道防线的新要求。如果能设计出一种具有预测功能、并能精确定位系统振荡中心的快速解列装置，将为解决我国大区互联电网的自适应快速解列提供一条新的有效的技术出路。 

中国专利申请02138334.0公开了一种基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法，利用振荡中心电压与功角δ之间存在确定的函数关系，即利用振荡中心电压ucosφ的变化反映功角的变化，作为状态量的功角是连续变化的，因此在失步振荡时振荡中心的电压也是连续变化的，且过零；在短路故障及故障切除时振荡中心电压是不连续变化且有突变的；在同步振荡时，振荡中心电压是连续变化的，但振荡中心电压不过零；可以通过振荡中心的电压变化轨迹来区分失步振荡、短路故障和同步振荡。 

本发明的振荡中心电压和专利02138334.0中的振荡中心电压相同，但不利用变化轨迹来判断振荡，仅仅利用振荡中心电压的大小来决定解列发出的时刻。除了要用到振荡中心电压外，本发明还需要功角δ，输送的有功功率P和振荡中心的准确位置，判据更加完善。专利 02138334.0判断出系统失步的时刻是在振荡中心电压连续并且在过零后，此时系统两端的功角δ摆开已经超过180度，即此时系统已经进入到异步运行状态才判断出来；本发明判断出系统失步的时刻是在系统两端的功角δ摆开在180度之前（图2中的d-e段），此时振荡中心的电压并未过零，即系统并未真正进入到异步运行状态，具有失步预测的功能。 

本发明使用中国专利申请CN200910087999.7的计算方法来计算振荡中心，在此引入该专利作为参考。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种电力系统振荡失步快速解列的判断方法。本判断方法的基本原理是利用当地的电压电流量和线路的自然参数，预测并判断系统振荡是否将导致失步，确定系统振荡中心的位置并判断是否在本线路上，判断方法将在第一个振荡周期内发出解列命令。判断方法的参数整定十分方便，一旦参数设定后，能很好地满足各种系统运行方式变化。同时，基于振荡中心和延时的设定，能够实现多套解列装置的协调控制。 

本判断方法根据输电线路功率的变化趋势、线路两端电压相角差的变化趋势以及系统振荡中心的位置等因素来形成失步解列判断方法。系统由同步运行状态向异步运行状态转移过程中，线路两侧的电压功角差以加速度增加，但线路有功功率不断减少，当振荡中心进入装置保护范围内且振荡中心的电压低于门槛值时，即发出解列启动信号。 

本发明的一种电力系统失步快速解列判断方法包括下列步骤： 

1）实时计算系统的振荡中心，当振荡中心在保护区内时进行下一步的判断； 

2）实时计算线路两端的功角δ，当线路两端的功角在加速增大时进行下一步计算，判断依据为

其中t为时间，也即功角随着时间在加速增大； 

3）实时计算线路的有功功率P，当线路传输的有功功率在减小时进行下一步计算，判断依据为

其中t为时间，也即有功功率随着时间在减小； 

4）实时计算线路的振荡中心电压，当振荡中心电压小于设定值时进行下一步计算，判断依据为U_ECS<U_SET，其中U_ECS为电力系统振荡中心的实时电压，U_SET为电力系统振荡中心电压的设定值； 

上述判据每10ms运行一次，如果同时满足上述1）-4）四步的判断方法时，发出解列信号，如果上述1）-4）步的任何一步不满足，则返回第1）步，在下一个周期时重新进行计算 和判断。 

其中，实时计算系统的振荡中心，若振荡中心在保护范围内，则通过公式 

计算出线路两端的功角差，其中P－输送有功功率，Q－输送无功功率，X－线路电抗，R－线路电阻，U₁－安装点的电压，tan^－1－反正切函数，保留计算得到的最新的6个数据，采用δ(t)=at²+bt+c的二次曲线对功角δ的轨迹进行拟合，其中a,b,c为要求的系数，分别计算出a和b，则

根据a和b的值即可判断出

和 

是否均大于0；若

和

均大于0，则实时计算线路传输的有功功率P，保留计算得到的最新的6个数据，用P(t)=a₁t²+b₁t+c₁对有功功率P的轨迹进行拟合，其中a₁,b₁,c₁为要求的系数，则

计算出a₁和b₁的值，则可判断出

是否小于0；若

小于0，计算安装点距离振荡中心的阻抗Z＝R_ECS+jX_ECS＝L_ECS(R+jX)，此处L_ECS为第一步计算出来的振荡中心，R_ECS为振荡中心的电阻，X_ECS为振荡中心的电抗，R为线路电阻，X为线路电抗，计算出振荡中心的阻抗后，则可根据始端电压和阻抗计算出末端电压，从而可得计算公式为：  $U_{\mathrm{ECS}}=\sqrt{{(U_1-\mathrm{\&Delta;U})}^2+{\mathrm{\&delta;U}}^2}=\sqrt{{(U_1-\frac{{\mathrm{PR}}_{\mathrm{ECS}}+{\mathrm{QX}}_{\mathrm{ECS}}}{U_1})}^2+{\left(\frac{{\mathrm{QR}}_{\mathrm{ECS}}-{\mathrm{PX}}_{\mathrm{ECS}}}{U_1}\right)}^2},$ 当系统的振荡中心电压小于设定值时即可发出解列信号，其中电压和设定值均为标么值，范围为0～1。 

以单机对无穷大系统的简单系统为例，若不考虑发电机励磁调节器和原动机调速器的作用，则该系统的功——角特性曲线如图2所示的正弦曲线，横轴为发电机的功角δ，纵轴为发电机的有功功率P，PT为原动机的输入功率。根据静态稳定的判据，运行在b点时，由于 

所以系统是稳定的，运行在d点时，由于

所以系统是不稳定的。我们再从发电机转子的加速和减速过程来分析这个系统，在bcd面积内，由于电磁功率P大于机械功率PT，所以此时的发电机转子处于减速阶段，虽然此时功角δ在增大，但加速度是负的；在abde区域内，由于机械功率PT大于电磁功率P，所以发电机转子处于加速阶段，此时功角δ在增大，并且加速度是正的，即在加速增大。发电机转子的运动趋势正比例于发电机的 功角δ的变化趋势，所以ab段和de段均满足判据的第二条。第三条判据要求输送的有功功率在减小，综合考虑功角在加速变大，而输送的有功功率又在减小，所以只有de段满足判据要求。因此，本发明判断出系统失步的时候系统并未真正进入异步运行状态（δ未到180度）。第一条是为了满足判据动作的选择性，第四条决定了判据动作的时刻，即d点在ce段的位置。 

本发明技术方案的有益效果是： 

本发明提出的一种电力系统失步的快速解列判断方法，该判断方法根据输电线路功率和线路两端电压相角差的变化趋势以及系统振荡中心的位置等因素来形成失步解列判断方法。该判断方法仅需要就地的电力量和线路参数，算法简单、计算量小、准确可靠。 

本发明根据输电线路功率和线路两端电压相角差的变化趋势以及系统振荡中心的位置等因素来形成失步解列判断方法。装置的突出特点如下： 

1、快速，可以在系统第一个异步运行周期内发出解列信号； 

2、简单，判断方法仅需要测量点的电压、电流、有功、无功和线路的电阻、电抗数据就可以实时判断系统是否会发生失步振荡，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，判断方法的整定值只与线路参数有关，不受运行方式变化的影响； 

5、可靠，只在异步振荡时发出解列信号，在同步振荡、故障、系统操作、PT及CT断线等情况下均不动作； 

6、根据振荡中心的定位，加上延时参数可以实现多套失步解列装置的自适应解列。 

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。 

图1是依据本发明的电力系统失步快速解列判断方法的一个优选实例的流程图。图2是单机——无穷大等值系统图。 

图3a为简化线路模型，图3b为计算线路末端电压的相量图。 

图4为判据动作的时序图。 

具体实施方式

下面是本发明的一个优选实例，包括了采用本发明实现电力系统失步快速解列判断方法的说明，以下结合图1和图4对本发明实现的技术方案做进一步说明。 

在图1中，V是线路电压幅值，I是线路电流幅值，P是线路有功功率，Q是线路无功功 率，δ是线路两端电压的相角差，N_T＝6，k为缓冲区的索引号，ECS为振荡中心，R为线路单位电阻，X为线路单位电抗，所有参数均为一次有名值。判断方法每隔10ms运行一次，首先进行对电压、电流、有功、无功和线路两端电压相角差进行移位操作，保存最新的6个数据，然后进行线路两端电压相角差的计算和振荡中心的计算。若振荡中心不在本线路上，则判断方法结束，否则计算振荡中心的电压；若振荡中心电压小于设定值（图中为0.7倍额定电压）则进行下一步判断，否则返回；若线路两端的相角差在加速增大，即

并且

 则进行下一步判断，否则返回；若线路传输的有功功率随时间在减小，则解列线路，否则返回。 

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。 

Claims (2)

1.一种电力系统失步快速解列判断方法，其特征在于，包括下列步骤：

1）实时计算系统的振荡中心，当振荡中心在保护区内时进行下一步的判断；

2）实时计算线路两端的功角δ，当线路两端的功角在加速增大时进行下一步计算，判断依据为其中t为时间，也即功角随着时间在加速增大；

3）实时计算线路的有功功率P，当线路传输的有功功率在减小时进行下一步计算，判断依据为

其中t为时间，也即有功功率随着时间在减小；

4）实时计算线路的振荡中心电压，当振荡中心电压小于设定值时进行下一步计算，判断依据为U_ECS<U_SET，其中U_ECS为电力系统振荡中心的实时电压，U_SET为电力系统振荡中心电压的设定值；

上述判断依据每10ms运行一次，如果同时满足上述1）-4）四步的判断方法时，发出解列信号，如果上述1）-4）步的任何一步不满足，则返回第1）步，在下一个周期时重新进行计算和判断。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：实时计算系统的振荡中心，若振荡中心在保护范围内，则通过公式

计算出线路两端的功角差，其中P－输送有功功率，Q－输送无功功率，X－线路电抗，R－线路电阻，U₁－安装点的电压，tan^－1－反正切函数，保留计算得到的最新的6个功角δ的数据，采用δ(t)=at²+bt+c的二次曲线对功角δ的轨迹进行拟合，其中a,b,c为要求的系数，分别计算出a和b，则

根据a和b的值即可判断出

和是否均大于0；若

和

均大于0，则实时计算线路传输的有功功率P，保留计算得到的最新的6个有功功率P的数据，用P(t)=a₁t²+b₁t+c₁对有功功率P的轨迹进行拟合，其中a₁,b₁,c₁为要求的系数，则

计算出a₁和b₁的值，则可判断出

是否小于0；若小于0，计算安装点距离振荡中心的阻抗Z＝R_ECS+jX_ECS＝L_ECS(R+jX)，此处L_ECS为第一步计算出来的振荡中心，R_ECS为振荡中心的电阻，X_ECS为振荡中心的电抗，R为线路电阻，X为线路电抗，计算出振荡中心的阻抗后，则可根据始端电压和阻抗计算出末端电压，从而可得计算公式为：

$U_{\mathrm{ECS}}=\sqrt{{(U_1-\mathrm{\&Delta;U})}^2+{\mathrm{\&delta;U}}^2}=\sqrt{{(U_1-\frac{{\mathrm{PR}}_{\mathrm{ECS}}+{\mathrm{QX}}_{\mathrm{ECS}}}{U_1})}^2+{\left(\frac{{\mathrm{QR}}_{\mathrm{ECS}}-{\mathrm{PX}}_{\mathrm{ECS}}}{U_1}\right)}^2},$ 当系统的振荡中心电压小于设定值时即可发出解列信号，其中电压和设定值均为标么值，范围为0～1。

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