CN102882207A - 一种电网调度潮流极限的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网调度潮流极限的控制方法，首先假定负荷恒定，然后通过调节发电机组有功出力P_T，并计算出临界极限切除功角

与临界极限功率P。本发明是基于EMS系统或WAMS系统实时采集电网运行数据并进行在线稳定计算，采用假定负荷恒定情况下，通过调节发电机组功率来计算获得断面极限潮流，从而将离线断面潮流极限提升至在线断面限额，且计算的断面潮流极限较采用负荷恒定情况下调节发电机组的断面潮流大，计算的断面潮流极限较准确，能保证电网安全稳定。

Description

一种电网调度潮流极限的控制方法

技术领域

本发明涉及电网调度领域，具体是一种电网调度潮流极限的控制方法。

背景技术

在电力系统调度部门，人们通常用“断面”来控制潮流。用断面的概念控制潮流主要考虑到系统的暂态稳定水平和热稳定水平。暂态稳定的断面潮流控制方法是假定发电机机组有功满发的情况下，通过调节负荷的大小来计算断面极限潮流的，这种方法获取的暂态稳定控制断面极限功率通常比较保守。这是由于对于电力系统调度运行人员来说，主要关注的是电力系统的稳定性，虽然该方法的结果比较保守，但这是离线稳定计算带来的必然结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电网调度潮流极限的控制方法，采用负荷恒定情况下调节发电机组计算获得断面极限潮流，在保证电网安全稳定的前提下，可有效提高电网的输送能力。

本发明的技术方案为：

一种电网调度潮流极限的控制方法，首先假定负荷恒定，然后通过调节发电机组有功功率P_T，根据公式（1）计算出临界极限切除功角δ_C,根据公式（2）计算出临界极限功率P,

${\∫}_{{\mathrm{\δ}}_1}^{{\mathrm{\δ}}_c}(P_T-P_{\mathrm{II}})\mathrm{d\δ}={\∫}_{{\mathrm{\δ}}_c}^{{\mathrm{\δ}}_h}(P_{\mathrm{III}}-P_T)\mathrm{d\δ}---\left(1\right),$

$P=\frac{\mathrm{EU}}{X_{\mathrm{\Σ}}}\sin {\mathrm{\δ}}_c---\left(2\right),$

其中，δ₁表示发电机初始功角，δ_h是使发电机转子恢复同步速度对应的功角；P_II表示故障中发电机电磁功率，P_III表示故障后发电机电磁功率，E表示发电机内电势，U表示发电机机端电压，X_∑表示故障切除时对应的系统阻抗。

所述的故障中发电机电磁功率P_II和故障切除后发电机电磁功率P_III均基于EMS系统或WAMS系统实时采集电网运行数据并进行在线稳定计算得到。

所述的假定负荷恒定的时间范围为5-15分钟。

本发明的优点：

传统断面极限潮流是假定机组有功满发的情况下，通过调节负荷的大小来计算获得，是离线稳定计算的必然结果；本发明是基于EMS系统或WAMS系统实时采集电网运行数据并进行在线稳定计算，采用假定负荷恒定情况下，通过调节发电机组功率来计算获得断面极限潮流，从而将离线断面潮流极限提升至在线断面限额，且计算的断面潮流极限较采用负荷恒定情况下调节发电机组的断面潮流大，计算的断面潮流极限较准确，能保证电网安全稳定。

附图说明

图1是本发明具体实施例中单机无穷大系统的发电机功角曲线图。

具体实施方式

一种电网调度潮流极限的控制方法，首先假定负荷恒定，然后通过调节发电机组有功功率P_T，根据公式（1）计算出临界极限切除功角δ_C,根据公式（2）计算出临界极限功率P,

${\∫}_{{\mathrm{\δ}}_1}^{{\mathrm{\δ}}_c}(P_T-P_{\mathrm{II}})\mathrm{d\δ}={\∫}_{{\mathrm{\δ}}_c}^{{\mathrm{\δ}}_h}(P_{\mathrm{III}}-P_T)\mathrm{d\δ}---\left(1\right),$

$P=\frac{\mathrm{EU}}{X_{\mathrm{\Σ}}}\sin {\mathrm{\δ}}_c---\left(2\right),$

其中，δ₁表示发电机初始功角，δ_h是使发电机转子恢复同步速度对应的功角；P_II表示故障中发电机电磁功率，P_III表示故障后发电机电磁功率，E表示发电机内电势，U表示发电机机端电压，X_∑表示故障切除时对应的系统阻抗；故障中发电机电磁功率P_II和故障切除后发电机电磁功率P_III均基于EMS系统或WAMS系统实时采集电网运行数据并进行在线稳定计算得到，假定负荷恒定的时间范围为5-15分钟。

本发明的机理采用等面积法证明：

发电机电磁功率用式（3）表达：

$P_I=\frac{\mathrm{EU}}{X_{\mathrm{I\Σ}}}\sin \mathrm{\δ}---\left(3\right),$

式中，P_I表示故障前发电机电磁功率；E表示发电机内电势；U表示发电机机端电压；X_I∑表示系统故障前对应的系统阻抗；δ表示发电机功角。

当线路发生短路事故时，发电机的有功表达式为式（4）：

$P_{\mathrm{II}}=\frac{\mathrm{EU}}{X_{\mathrm{II\Σ}}}\sin \mathrm{\δ}---\left(4\right),$

式中：P_II表示故障时发电机电磁功率；E表示发电机内电势；U表示发电机机端电压；X_II∑表示系统故障时对应的系统阻抗；δ表示发电机功角。

当切除故障时，发电机的有功表达式为式（5）：

$P_{\mathrm{III}}=\frac{\mathrm{EU}}{X_{\mathrm{III\Σ}}}\sin \mathrm{\δ}---\left(5\right),$

式中：P_III表示切除故障后发电机有功功率；E表示发电机内电势；U表示发电机机端电压；X_III∑表示系统故障切除后对应的系统阻抗，且X_I∑<X_III∑<X_II∑；δ表示发电机功角。

如图1所示，当负荷恒定调节发电机有功出力时，原动机的机械输入功率将等效的由P_T1降至P_T2：

$P_{T1}=P_1=\frac{E_{1}U}{X_{\mathrm{I\&Sigma;}}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_1>P_{T2}=P_2=\frac{E_{2}U}{X_{\mathrm{I\&Sigma;}}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_2---\left(6\right),$

式中：P₁、P₂分别表示发电机发出的有功功率，即电磁功率；P_T1（P₁）、P_T2（P₂）分别表示发电机的机械输入功率；E₁、E₂分别表示与P₁、P₂对应的发电机内电势。

根据等面积法则，系统发生故障并切除后，发电机保持暂态稳定的条件是减速功率大于加速功率，其稳定临界点是加速功率等于减速功率。加速功率等于减速功率点所对应的临界极限切除角度δ_c的表达式为：

${\&Integral;}_{{\mathrm{\&delta;}}_1}^{{\mathrm{\&delta;}}_c}(P_T-P_{\mathrm{II}})\mathrm{d\&delta;}={\&Integral;}_{{\mathrm{\&delta;}}_c}^{{\mathrm{\&delta;}}_h}(P_{\mathrm{III}}-P_T)\mathrm{d\&delta;}---\left(7\right),$

式中，δ₁表示发电机初始功角，δ_h是为了保证系统稳定，必须在到达h点以前使转子恢复同步速度对应的转子角功角；P_II表示故障中发电机电磁功率，P_III表示故障后发电机电磁功率。

式（7）左边表示加速面积，右边表示减速面积。

由式（7）可知，当假定负荷恒定，调节发电机功率时，发电机的机械功率将由P₁降低到P₂，此时式（7）左边的积分项数值将减小，而右边的积分项表达式值将增大，为了保证式（7）左右相等，那么临界极限切除功角δ_c将增大，由发电机电磁功率表达式（3）-（5）可知，发电机临界电磁功率P将增大。

图1中的阴影部分标明了当机械功率由由P_T1降至P_T2变化对应的加速功率面积变化与减速面积功角变化差值。对于同样的故障，由于发电机输入机械功率的降低，增加了加速面积S_A，用横向阴影表示；但与此同时也减少了加速面积S_c。此外，相对于发电机机械输入功率P₁，发电机机械输入功率P₂时增加了减速面积S_B，增加的减速面积S_B和减少的加速面积S_c都是有利于系统暂态功角稳定，用竖向阴影部分表示。由图1可见，S_B+S_c>S_A，因此在负荷恒定的前提下仿真计算所得的断面极限潮流较在发电机功率恒定的情况下仿真计算所得的断面极限潮流较大。

表1给出了淮北二厂至高湖单线、淮北电厂至涡阳线路、杨柳变至蒙城变单线和南坪变至蒙城变单线四个检修区域中采用发电机组满发时调节负荷的功率方法计算得到的极限功率和采用负荷一定时，调节发电机组出力功率的方法计算得到的极限功率的对比值。

表1断面极限功率

由表1可见，采用负荷恒定情况下调节发电机组获得的断面极限潮流较采用发电机功率恒定情况下调节负荷获得的断面极限潮流大，计算的断面潮流极限较准确，能满足电网安全稳定要求。

Claims (3)

1.一种电网调度潮流极限的控制方法，其特征在于：首先假定负荷恒定，然后通过调节发电机组有功功率P_T，根据公式（1）计算出临界极限切除功角δ_C,根据公式（2）计算出临界极限功率P,

${\&Integral;}_{{\mathrm{\&delta;}}_1}^{{\mathrm{\&delta;}}_c}(P_T-P_{\mathrm{II}})\mathrm{d\&delta;}={\&Integral;}_{{\mathrm{\&delta;}}_c}^{{\mathrm{\&delta;}}_h}(P_{\mathrm{III}}-P_T)\mathrm{d\&delta;}---\left(1\right),$

$P=\frac{\mathrm{EU}}{X_{\mathrm{\&Sigma;}}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_c---\left(2\right),$

其中，δ₁表示发电机初始功角，δ_h是使发电机转子恢复同步速度对应的功角；P_T表示汽轮机传递给发电机的机械功率；P_II表示故障中发电机电磁功率，P_III表示故障切除后发电机电磁功率，E表示发电机内电势，U表示发电机机端电压，X_∑表示故障切除时对应的系统阻抗。

2.根据权利要求1所述的一种电网调度潮流极限的控制方法，其特征在于：所述的故障中发电机电磁功率P_II和故障切除后发电机电磁功率P_III均基于EMS系统或WAMS系统实时采集电网运行数据并进行在线稳定计算得到。

3.根据权利要求1所述的一种电网调度潮流极限的控制方法，其特征在于：所述的假定负荷恒定的时间范围为5-15分钟。

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