CN102522759A - 一种基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统故障判别技术领域，具体涉及一种基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，包括遴选电压观测节点、故障清除后电压下坠识别、电压轨迹复合积分、系统暂态稳定性判别、局部电压过低识别五个步骤。本发明基于电网中现有的相量测量单元(PMU)量测配置以及广域量测系统(WAMS)，着力解决二道防线控制范围以外的大扰动造成的系统暂态失稳。本发明算法简单，计算量小，对数据精度依赖性低，可靠性高。

Description

一种基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法

技术领域

本发明涉及电力系统故障判别技术领域，具体涉及一种基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法。

背景技术

随着电网的互联，电力系统规模日益增大，系统的动态行为日益复杂，局部的故障影响范围增大，可能带来连锁性的故障，进而导致大面积的停电。电力系统现有的基于事件发生的常规控制策略在适应性、预测速度、控制效率、可靠性方面还存在很多不足。GPS技术和同步相量测量单元(PMU)在电力系统中的应用为实现基于实测轨迹的电力系统暂态失稳预警创造了条件。

电力系统暂态失稳实时判别是指通过分析电力系统各状态量在扰动后的受扰轨迹，快速判断系统在当前的动态行为下是否能够恢复到稳定。如果判定系统将失稳，则可以及时采取切机、切负荷、解列等紧急控制措施。当前暂态失稳的判别，大多基于发电机功角受扰轨迹的分析。文献一《Fastgeneration shedding equipment based on the observation of swings of generators》(IEEE Transactions on Power Systems，1988年第3卷第2期第439页)提出以系统中任意两台发电机间的功角差超过一个门槛值作为失稳判据。算法简单直接，容易操作。但是比较粗糙，对于非自治系统门槛值会随系统运行状态而变化，难以适应复杂的系统情况。文献二《基于轨迹几何特征的暂态不稳定识别研究》(中国电机工程学报2008年第28卷第4期第16页)提出了基于相平面轨迹几何特征的暂态不稳定判别方法，此类算法属于微分类算法，虽能快速判别系统暂态稳定性，但对数据质量要求高，数据误差有可能会导致误判。文献三《实测摇摆曲线的暂态稳定量化分析》(电力系统自动化2004年第28卷第20期第17页)提出基于扩展等面积法则(EEAC)的暂态稳定实时判别方法，但是它依赖于发电机分群结果以及对数据量要求较大，对于基于实测轨迹的大电网的暂态失稳判别而言较为困难。

因此，传统的基于发电机功角受扰轨迹的暂态稳定性分析存在一定的局限性，且工程实用性较差。文献四《WACS-Wide-Area Stability and VoltageControl System：R&D and Online Demonstration》(Proceedings of The IEEE，2005年第93卷第5期第892页)提出了以电压作为观测信息，利用直接积分运算分析电力系统暂态稳定性的新方法。为基于实测轨迹的电力系统暂态失稳预警提供了新的视野。但是本方法采用直接积分算法，若电压快速下坠时会造成漏判，危机电网的安全稳定，且原文中针对美国实际电网设置布点及判别方案，仅提供了开放性思路，并未给出完整的运行流程，尚存在许多问题需要解决。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种算法简单、计算量小、对数据精度依赖性低且可靠性高的基于扰动后电压轨迹的暂态失稳实时判别方法。

常规的电力系统第二道防线采用的是基于事件的稳定控制技术，它的优点是针对性强、可靠性高，但是若系统发生的故障超出了预先设定的事件范围，将不会采取控制措施，故障严重时则会发生大面积停电事故。本发明是基于电网中现有的相量测量单元(PMU)量测配置以及广域量测系统(WAMS)，着力解决二道防线控制范围以外的大扰动造成的系统暂态失稳，当电网发生大的扰动后，根据PMU上传的变电站电压量测信息，自动识别电压在故障清除后的下坠轨迹，快速挖掘轨迹所蕴含的系统稳定信息，计算得到暂态稳定指标，超前地判别系统的暂态稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，包括以下步骤：

步骤一，遴选电压观测节点：按照电网的实际运行方式，选取真实反映系统暂态稳定特性的重要变电站，将其电压作为观测信息；

步骤二，故障清除后电压下坠识别：以步骤一中得到的节点作为实际电压观测点，在电网运行过程中，通过相量测量单元采集实时电压数值，差分得到电压微变化量，电压下坠过程中通过分析相邻时刻电压微变化量是否发生突变，判断是否为故障清除后电压正常下坠；若判断出是故障清除后电压正常下坠，转至下一步骤，若不成立则进入下一采样时刻，重复步骤二；

步骤三，电压轨迹复合积分：在步骤二中判断故障清除后电压为正常下坠之后，以故障清除后电压下坠的实时数值为积分基数，加权考虑电压下坠速率进行复合积分得到复合积分基础值；若故障清除后，电压轨迹下坠的初值低于非正常电压基准，则对复合积分面积进行线性补偿得到复合积分最终值，否则，复合积分基础值即作为复合积分最终值；

步骤四，系统暂态稳定性判别：若电压下坠过程结束前，复合积分最终值大于暂态失稳门槛值，则判定系统暂态失稳，启动相应稳控装置；若电压下坠过程结束时，积分数值仍小于暂态失稳门槛值，则判定系统暂态稳定，转至步骤五；

步骤五，局部电压过低识别：步骤四中判定系统暂态稳定后，监测电压微变化量的数值，若在一定时间内小于设定值，则认为节点电压将逐步稳定在此时刻数值；若该时刻电压值低于非正常电压基准，则判定为局部电压过低，启动安全预警操作。

所述步骤一中遴选电压观测节点方法为：

根据电网实际运行方式及潮流图，分析系统主要的交流与直流传输线路；针对上述线路设置不同类型、不同地域的故障进行N-1连锁故障时域仿真，观测各变电站电压扰动响应曲线，在电网主要交流与直流传输断面附近选取真实反映系统暂态稳定特性的重要变电站，将该变电站的电压作为观测信息。

所述步骤二中故障清除后电压下坠识别方法为：

通过相量测量单元采集得到步骤一中电压观测节点的实时电压序列：{V(t)，V(t+T)，V(t+2T)。。。}，t为采样起始时刻，T为采样周期，对连续时刻电压数值进行差分运算，得到电压微变化量：

ΔV(t+mT)＝V(t+mT)-V(t+(m-1)T)

式中：m为大于1的整数；

并判断下式是否成立，如成立，则判断此时刻为故障清除后电压正常下坠，转至步骤三进行电压轨迹复合积分，若不成立则进入下一采样时刻，重复步骤二：

$\left\{\begin{array}{c}V(t+\mathrm{mT})<V_U\\ \mathrm{\&Delta;V}(t+\mathrm{mT})<0\\ \left|\mathrm{\&Delta;V}(t+\mathrm{mT})\right|<k\left|\mathrm{\&Delta;V}(t+(m-1)T)\right|\end{array}\right.$

式中：k为线性约束因子，V_U为非正常电压基准。

所述线性约束因子k取值范围优选为5-10，非正常电压基准V_U优选为0.8p.u.。

所述步骤三中电压轨迹复合积分方法为：

步骤二中判别故障清除后电压正常下坠之后，对实时电压数值与电压下降速率进行复合积分运算：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_1={\&Integral;}_{t_0}^{t_{\mathrm{end}}}[V_U-V\left(t\right)]\left|\frac{V(t-T)-V\left(t\right)}{T}\right|\mathrm{dt}\\ V\left(t\right)<V_U\end{array}\right.$

式中：t₀为积分启始时间，即是步骤二中判别正常下坠的时刻，t_end为积分终止时间，A₁为复合积分基础值；

若故障清除后的电压下坠初值低于非正常电压基准V_U，则对基础复合积分值进行线性补偿：

$A_2=\frac{V_U-V_D}{V_0-V_D}{A}_1$

式中：V_D为电压下坠下限，V₀为故障清除后电压下坠初值，A₂为复合积分最终值；

若故障清除后的电压下坠初值V₀高于非正常电压基准V_U，则A₂＝A₁。

所述电压下坠下限V_D优选为0.2p.u.。

所述步骤四中系统暂态稳定性判别方法为：

在步骤三电压轨迹复合积分过程中，若满足连续三个采样时刻的电压微变化值：ΔV(t+(n+1)T)，ΔV(t+(n+2)T)，ΔV(t+(n+3)T)均大于零，则判定t+nT时刻的电压到达最低点，完成下坠过程，电压轨迹复合积分结束，其中n为大于1的整数；

在复合积分结束前判断下式是否成立，若成立，则判定系统暂态失稳：

A₂＞A_set

反之，则系统暂态稳定；式中，A_set为给定的暂态失稳门槛值。所述暂态失稳门槛值是电压稳定轨迹中的最大积分值。

所述步骤五中局部电压过低识别方法为：

步骤四系统暂态稳定性判别结束后，若从时刻t+aT开始，在一定时间域度t′内，t′∈[t+aT，t+(a+1)T，。。。t+(a+b)T]，其中a，b为大于1的整数，若满足下式，则判定该观测节点附近存在局部电压过低问题，进行安全预警操作，

$\left\{\begin{array}{c}V\left(t^{\&prime;}\right)<V_U\\ \mathrm{\&Delta;V}\left(t^{\&prime;}\right)<\mathrm{\&epsiv;}\end{array}\right.$

式中，ε为电压回稳约束项。

所述电压回稳约束项ε优选为0.05p.u.，连续采样个数b优选为100。

上述的p.u.的具体含义为：p.u.＝实际电压值/基准电压值，无量纲，其中基准值可以选电网标称电压，也可以选电网平均电压。例如：当以标称电压作基准值时，如果p.u.＝1，就表示实际电压值等于电网标称电压，即实际值＝基准值×p.u.值。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明基于电网中现有的相量测量单元(PMU)量测配置以及广域量测系统(WAMS)，着力解决二道防线控制范围以外的大扰动造成的系统暂态失稳。采用电压复合积分技术识别系统暂态失稳，尽早触发切机、切负荷等稳定控制措施，避免系统解列或大面积停电。具体具有如下优点：

1.在量测的选取上，本发明相对于功角类的判别方法具有一定的优势，可根据实际故障情况设置有针对性的布点方案。

2.本发明避免对受扰轨迹进行拟合，无需计算系统惯量中心，算法简单，对数据具有较好的容错性，在一定程度上减少了计算量和对数据精度的依赖性。

3.本发明用于暂态失稳预警，所需要量测少，计算量小，对于暂态失稳的识别率高，提高了判别的可靠性，并且相对于现有技术缩短了判别时间。

4.本发明还可用于局部电压较低的识别。

附图说明

图1是随故障时长变化的电压受扰轨迹示意图；

图2是本发明方法的总体流程框图；

图3是直流传输故障测点电压受扰轨迹示意图；

图4是交流线路故障测点电压受扰轨迹示意图；

图5是本发明方法的积分运算示意图；

图6是中国南方电网直流传输故障测点电压响应曲线(稳定算例)；

图7是中国南方电网直流传输故障测点电压响应曲线(失稳算例)；

图8是中国南方电网交流线路故障测点电压响应曲线(稳定算例)；

图9是中国南方电网交流线路故障测点电压响应曲线(失稳算例)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

图1给出了随故障时长变化的电压受扰轨迹示意图，其中11为稳定轨迹，轨迹12为临界轨迹，轨迹13为失稳轨迹。对于同一故障，电压轨迹的下降幅度以及下降的速度随着扰动强度的增大逐渐增大，系统暂态特性从稳定逐渐变为失稳。研究表明，通过观测一定时间窗内的电压数据，建立特定的积分办法，分析轨迹由稳定情况到失稳情况下的跃变特性，即可得到区分稳定轨迹和失稳轨迹的积分值，以此为门槛实现电力系统暂态失稳预警，称为暂态失稳门槛值。

下面结合图2的流程框图具体介绍本发明的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法的步骤：

步骤一，遴选电压观测节点

根据电网实际运行方式及潮流图，分析系统主要的交流与直流传输线路；针对上述线路设置不同类型、不同地域的故障进行N-1连锁故障时域仿真，观测各变电站电压扰动响应曲线，在电网主要交流与直流传输断面附近选取真实反映系统暂态稳定特性的重要变电站，将该变电站的电压作为观测信息。

其中，主要的交流与直流传输线路的选取方式为：建立网络拓扑结构及等值模型，将电网作一定的简化处理并进行系统仿真，调节电网的运行方式为极限方式。在极限运行方式下得到潮流图，若线路的传输功率大于一定数值，则定义其为电网主要的交流与直流传输线路。

步骤二，故障清除后电压下坠识别

图3和图4分别给出了系统在交流线路故障及直流传输故障下，相关测点电压轨迹示意图。当交流线路发生三相短路接地故障，电压轨迹将瞬间跌落至低点。进行故障切除后，电压瞬间又会发生瞬间的回升现象，而直流传输故障不存在这一现象。由于短路接地造成的电压跌落只与故障点与观测点的距离相关，若计及故障过程中的电压积分将造成一定的误判。积分算法首先需要正确识别故障清除后的电压下坠。

以步骤一中得到的节点作为实际电压观测点，在电网运行过程中，通过相量测量单元采集得到实时电压序列：{V(t)，V(t+T)，V(t+2T)。。。}，t为采样起始时刻，T为采样周期，对连续时刻电压数值进行差分运算，得到电压微变化量：

ΔV(t+mT)＝V(t+mT)-V(t+(m-1)T)

式中：m为大于1的整数；

通过分析电压下坠过程中相邻时刻电压微变化量是否发生突变，判断是否为故障清除后电压正常下坠，即判断下式是否成立，如果成立，则判断为故障清除后电压正常下坠，转至步骤三。否则，即为非正常下坠，不进行积分运算，进入下一采样时刻，重复步骤二：

$\left\{\begin{array}{c}V(t+\mathrm{mT})<V_U\\ \mathrm{\&Delta;V}(t+\mathrm{mT})<0\\ \left|\mathrm{\&Delta;V}(t+\mathrm{mT})\right|<k\left|\mathrm{\&Delta;V}(t+(m-1)T)\right|\end{array}\right.$

式中：k为线性约束因子，V_U为非正常电压基准。

所述线性约束因子k取值范围为5-10，非正常电压基准V_U为0.8p.u.。

步骤三，电压轨迹复合积分

通过大量离线仿真发现，同一故障下的扰动后电压轨迹的下降速率会随故障持续时间的增加而增大，且失稳轨迹的下降深度大致相同。因此，本发明采用以电压下降速率作为积分系数的复合积分方法。

在步骤二中判断故障清除后电压为正常下坠之后，以故障清除后电压下坠的实时数值为积分基数，加权考虑电压下坠速率进行复合积分运算：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_1={\&Integral;}_{t_0}^{t_{\mathrm{end}}}[V_U-V\left(t\right)]\left|\frac{V(t-T)-V\left(t\right)}{T}\right|\mathrm{dt}\\ V\left(t\right)<V_U\end{array}\right.$

式中：t₀为积分启始时间，即是步骤二中判别正常下坠的时刻，t_end为积分终止时间，A₁为复合积分基础值；

若故障清除后的电压下坠初值低于非正常电压基准V_U，则对基础复合积分值进行线性补偿：

$A_2=\frac{V_U-V_D}{V_0-V_D}{A}_1$

式中：V_D为电压下坠下限，V₀为故障清除后电压下坠初值，A₂为复合积分最终值；

若故障清除后的电压下坠初值V₀高于非正常电压基准V_U，则A₂＝A₁。

所述电压下坠下限V_D为0.2p.u.。

以稳定算例为例，电压积分过程如图5所示。

步骤四，系统暂态稳定性判别

为达到快速识别的目的，本发明采用故障清除后电压第一次摇摆至最低点作为复合积分结束时间，力求在电压第一次下坠过程中识别系统的暂态稳定性。

在步骤三电压轨迹复合积分过程中，若满足连续三个采样时刻的电压微变化值：ΔV(t+(n+1)T)，ΔV(t+(n+2)T)，ΔV(t+(n+3)T)均大于零，则判定t+nT时刻的电压到达最低点，完成下坠过程，电压轨迹复合积分结束，其中n为大于1的整数；

在复合积分结束前，判断下式是否成立，若成立，则判定系统暂态失稳，启动相应稳控装置：

A₂＞A_set

式中，A_set为给定的暂态失稳门槛值。

若电压下坠过程结束时，积分数值仍小于暂态失稳门槛值，则判定系统暂态稳定，转至步骤五；

步骤五，局部电压过低识别

除电力系统暂态失稳外，电网还存在着局部电压过低等安全隐患。本发明利用观测节点的电压逐步结束动态过程时的电压数值，分析是否存在局部电压过低的问题，达到地区电压安全预警的目的。

步骤四中判定系统暂态稳定后，监测电压微变化量的数值，若在一定时间内小于设定值，则认为节点电压将逐步稳定在此时刻数值；若该时刻电压值低于非正常电压基准，则判定为局部电压过低，启动安全预警操作。具体为：

步骤四系统暂态稳定性判别结束后，若从时刻t+aT开始，在一定时间域度t′内，t′∈[t+aT，t+(a+1)T，。。。t+(a+b)T]，其中a，b为大于1的整数，若满足下式，则判定该观测节点附近存在局部电压过低问题，进行安全预警操作，

$\left\{\begin{array}{c}V\left(t^{\&prime;}\right)<V_U\\ \mathrm{\&Delta;V}\left(t^{\&prime;}\right)<\mathrm{\&epsiv;}\end{array}\right.$

式中，ε为电压回稳约束项。

所述电压回稳约束项ε为0.05p.u.，连续采样个数b为100。

结果验证：为了测试本发明所提方法的有效性，应用本发明方法对中国南方电网系统不同故障情况进行了仿真验证。

建立中国南方电网的系统等值模型，利用BPA软件进行仿真分析，设置工作方式为2010年丰大极限运行方式。根据中国南方电网实际存在的“西电东送”运行情况，针对广西-广东主要的八条交流线路以及四条直流线路，设置传输断面附近重要变电站及换流站为电压观测点，如表1所示。

表1 中国南方电网电压观测点

名称

所属地区

电压等级

桂林	广西	500
			贤令山	广西	500
柳东	广西	500
			贺州	广西	500
罗洞	广东	500
			沙塘	广西	500
来宾	广西	500
			梧州	广西	500
百色	广西	500
			南宁	广西	500
玉林	广西	500
			茂名	广东	500
蝶岭	广东	500

在上述测点的基础上，对系统中一组不同类型、不同地域的故障进行大量离线仿真，得到扰动后电压轨迹，特别是临界稳定和临界失稳情况下的电压轨迹。采用本发明方法，通过大量仿真计算电压轨迹复合积分数值，积分时域为：故障清除后电压正常下坠到第一次到达最低点的过程。以稳定轨迹中的最大积分值作为暂态失稳判别的门槛值，得到可以区分稳定轨迹和失稳轨迹的复合积分值为2，即为暂态失稳门槛值A_set。

通过系统潮流图锁定主要的交直流传输线路，设置下列N-1连锁故障。

算例1：云广直流单极闭锁+天广直流单极闭锁。(稳定算例)

故障描述：0周波，云广直流发生单极闭锁，5周波，滤波器动作；0周波，天广直流发生单极闭锁，5周波，滤波器动作。其中，贤令山为受扰最严重测点。受扰最严重测点电压响应曲线如图6所示。

具体判别过程：

将实时电压数据带入下式计算，

$\left\{\begin{array}{c}V(t+\mathrm{mT})<V_U\\ \mathrm{\&Delta;V}(t+\mathrm{mT})<0\\ \left|\mathrm{\&Delta;V}(t+\mathrm{mT})\right|<k\left|\mathrm{\&Delta;V}(t+(m-1)T)\right|\end{array}\right.$

得到直至1.04s这个时刻，上式才成立，即判断此时刻为故障清除后电压正常下坠过程，然后按照下式进行电压轨迹积分运算：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_1={\&Integral;}_{t_0}^{t_{\mathrm{end}}}[V_U-V\left(t\right)]\left|\frac{V(t-T)-V\left(t\right)}{T}\right|\mathrm{dt}\\ V\left(t\right)<V_U\end{array}\right.$

其中t₀为1.04s，在之后的开始进行复合积分运算。因为此次下坠过程的电压下坠初值为0.98p.u.＞0.8p.u.，即大于非正常电压基准V_U的值，所以不必进行线性补偿，此复合积分初始值A₁即为复合积分最终值，即A₂＝A₁，将A₂的值与暂态失稳门槛值A_set＝2进行实时比较。该复合积分值直到此次下坠过程的最低点时，即1.75s时，其复合积分最终值(即此次下坠过程的最大复合积分值)A₂＝A₁＝0.0975仍小于暂态失稳门槛值A_set＝2，即A₂＜A_set，可判断出此时系统暂态稳定。此判断结果与系统真实情况相符合，判断准确。

算例2：云广直流单极闭锁+新安直流单极闭锁。(失稳算例)

故障描述：0周波，云广直流发生单极闭锁，5周波，滤波器动作；0周波，新安直流发生单极闭锁，5周波，滤波器动作。其中，贺州为受扰最严重测点。受扰最严重测点电压响应曲线如图7所示。

具体判别过程同算例1类似：

利用本发明的方法，识别电压为正常下坠后，即以此时刻为积分起始时刻，对各测点电压进行复合积分操作。贺州测点电压积分开始时间t₀为0.78s，当积分运算至1.44s时(还未达到此次下坠过程的最低点)，复合积分数值就已超过了暂态失稳门槛值A_set＝2，在电压第一次下坠结束前已正确识别系统暂态失稳。

算例3：柳东-贺州三永+来宾-梧州跳双回。(稳定算例)

故障描述：0周波，柳东-贺州发生三相永久短路，5周波柳东-贺州跳双回以及玉林-茂名双回线。其中，梧州为受扰最严重测点。受扰最严重测点电压响应曲线如图8所示。

具体判别过程同算例1类似：

根据本发明的方法，识别出电压在0s-0.1s时间段的短路过程中非正常下坠，避免了0s-0.1s的复合积分过程，有效防止误判的发生。而判断出在0.61s-1.98s的电压下坠过程为故障清除后电压正常下坠，按照本发明的方法进行复合积分运算。计算得到，直到电压下坠最低点时，即1.98s时，其复合积分最终值(即此次下坠过程的最大复合积分值)为0.688，小于暂态失稳门槛值A_set＝2，判定系统稳定，与实际情况相符合。本算例中的电压下坠初值高于非正常电压基准V_U的值，所以不必进行线性补偿，积分电压基准值即作为积分电压最终值。

算例4：来宾-梧州三永+桂林-贤令山跳双回。(失稳算例)

故障描述：0周波，来宾到梧州发生三相永久短路，5周波来宾-梧州跳双回线以及玉林-茂名双回线。其中，茂名为受扰最严重测点。受扰最严重测点电压响应曲线如图9所示。

具体判别过程同算例1类似：

根据本发明的方法，识别出电压在0s-0.1s时间段为非正常下坠，避免了0s-0.1s的复合积分过程，有效防止误判的发生。而判断出从0.63s开始的电压下坠过程为故障清除后电压正常下坠，按照本发明的方法，进行复合积分运算。电压积分运算开始时间t₀为0.63s，当积分运算至1.19s时(还未达到此次下坠过程的最低点)，复合积分数值就已超过了暂态失稳门槛值A_set＝2，在电压第一次下坠结束前已正确识别系统暂态失稳。

利用本发明方法分析上述算例系统的暂态稳定性，并与直接积分法及功角门槛值法作对比，判定结果如表2所示。表2中的时间表示判断出系统暂稳失态所需的时间。

表2

故障编号	本发明	直接积分法	功角门槛值法
				算例1	稳定	稳定	稳定
算例2	1.44秒	1.54秒	1.49秒
				算例3	稳定	稳定	稳定
算例4	1.19秒	1.32秒	1.65秒

从上述判别结果中可以发现，本发明方法识别准确且较传统方法更为快速。

本发明可用于各级电网的调度控制中心，基于广域量测系统，实现对电力系统暂态稳定的实时预测和预警。

上述所述是本发明最佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，遴选电压观测节点：按照电网的实际运行方式，选取真实反映系统暂态稳定特性的重要变电站，将其电压作为观测信息；

步骤二，故障清除后电压下坠识别：以步骤一中得到的节点作为实际电压观测点，在电网运行过程中，通过相量测量单元采集实时电压数值，差分得到电压微变化量，电压下坠过程中通过分析相邻时刻电压微变化量是否发生突变，判断是否为故障清除后电压正常下坠；若判断出是故障清除后电压正常下坠，则转至下一步骤，若不成立则进入下一采样时刻，重复步骤二；

步骤三，电压轨迹复合积分：在步骤二中判断故障清除后电压为正常下坠之后，以故障清除后电压下坠的实时数值为积分基数，加权考虑电压下坠速率进行复合积分得到复合积分基础值；若故障清除后，电压轨迹下坠的初值低于非正常电压基准，则对复合积分面积进行线性补偿得到复合积分最终值，否则，复合积分基础值即作为复合积分最终值；

步骤四，系统暂态稳定性判别：若电压下坠过程结束前，复合积分最终值大于暂态失稳门槛值，则判定系统暂态失稳，启动相应稳控装置；若电压下坠过程结束时，积分数值仍小于暂态失稳门槛值，则判定系统暂态稳定，转至步骤五；

步骤五，局部电压过低识别：步骤四中判定系统暂态稳定后，监测电压微变化量的数值，若在一定时间内小于设定值，则认为节点电压将逐步稳定在此时刻数值；若该时刻电压值低于非正常电压基准，则判定为局部电压过低，启动安全预警操作。

2.根据权利要求1所述的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，所述步骤一中遴选电压观测节点方法为：

根据电网实际运行方式及潮流图，分析系统主要的交流与直流传输线路；针对上述线路设置不同类型、不同地域的故障进行N-1连锁故障时域仿真，观测各变电站电压扰动响应曲线，在电网主要交流与直流传输断面附近选取真实反映系统暂态稳定特性的重要变电站，将该变电站的电压作为观测信息。

3.根据权利要求1所述的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，所述步骤二中故障清除后电压下坠识别方法为：

通过相量测量单元采集得到步骤一中电压观测节点的实时电压序列：{V(t)，V(t+T)，V(t+2T)。。。}，t为采样起始时刻，T为采样周期，对连续时刻电压数值进行差分运算，得到电压微变化量：

ΔV(t+mT)＝V(t+mT)-V(t+(m-1)T)

式中：m为大于1的整数；

并判断下式是否成立，如成立，则判断此时刻为故障清除后电压正常下坠，转至步骤三进行电压轨迹复合积分，若不成立则进入下一采样时刻，重复步骤二：

$\left\{\begin{array}{c}V(t+\mathrm{mT})<V_U\\ \mathrm{\&Delta;V}(t+\mathrm{mT})<0\\ \left|\mathrm{\&Delta;V}(t+\mathrm{mT})\right|<k\left|\mathrm{\&Delta;V}(t+(m-1)T)\right|\end{array}\right.$

式中：k为线性约束因子，V_U为非正常电压基准。

4.根据权利要求3所述的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，所述线性约束因子k取值范围为5-10，非正常电压基准V_U为0.8p.u.。

5.根据权利要求3所述的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，所述步骤三中电压轨迹复合积分方法为：

步骤二中判别故障清除后电压正常下坠之后，对实时电压数值与电压下降速率进行复合积分运算：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_1={\&Integral;}_{t_0}^{t_{\mathrm{end}}}[V_U-V\left(t\right)]\left|\frac{V(t-T)-V\left(t\right)}{T}\right|\mathrm{dt}\\ V\left(t\right)<V_U\end{array}\right.$

式中：t₀为积分启始时间，即是步骤二中判别正常下坠的时刻，t_end为积分终止时间，A₁为复合积分基础值；

若故障清除后的电压下坠初值低于非正常电压基准V_U，则对基础复合积分值进行线性补偿：

$A_2=\frac{V_U-V_D}{V_0-V_D}{A}_1$

式中：V_D为电压下坠下限，V₀为故障清除后电压下坠初值，A₂为复合积分最终值；

若故障清除后的电压下坠初值V₀高于非正常电压基准V_U，则A₂＝A₁。

6.根据权利要求5所述的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，所述电压下坠下限V_D为0.2p.u.。

7.根据权利要求5所述的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，所述步骤四中系统暂态稳定性判别方法为：

在步骤三电压轨迹复合积分过程中，若满足连续三个采样时刻的电压微变化值：ΔV(t+(n+1)T)，ΔV(t+(n+2)T)，ΔV(t+(n+3)T)均大于零，则判定t+nT时刻的电压到达最低点，完成下坠过程，电压轨迹复合积分结束，其中n为大于1的整数；

在复合积分结束前判断下式是否成立，若成立，则判定系统暂态失稳：

A₂＞A_set

反之，则系统暂态稳定；式中，A_set为暂态失稳门槛值，为电压稳定轨迹中的最大积分值。

8.根据权利要求7所述的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，所述步骤五中局部电压过低识别方法为：

步骤四系统暂态稳定性判别结束后，若从时刻t+aT开始，在一定时间域度t′内，t′∈[t+aT，t+(a+1)T，。。。t+(a+b)T]，其中a，b为大于1的整数，若满足下式，则判定该观测节点附近存在局部电压过低问题，进行安全预警操作，

$\left\{\begin{array}{c}V\left(t^{\&prime;}\right)<V_U\\ \mathrm{\&Delta;V}\left(t^{\&prime;}\right)<\mathrm{\&epsiv;}\end{array}\right.$

式中，ε为电压回稳约束项。

9.根据权利要求8所述的基于扰动后电压轨迹的电力系统暂态失稳实时判别方法，其特征在于，所述电压回稳约束项ε为0.05p.u.，连续采样个数b为100。

Images