CN102946099B - 一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法，包括：步骤S1，通过WAMS测量系统获取故障后系统的受扰响应数据；步骤S2，根据受扰响应数据计算系统受扰轨迹特征的变化量，确定受扰轨迹的变化趋势，根据变化趋势判断系统是否处于不稳定区间运行，是，执行步骤S3，否，执行步骤S4；步骤S3，根据受扰响应数据计算系统的不平衡功率ΔP'i，根据不平衡功率ΔP'i判断系统是否会越过不稳定平衡点，是，判断系统将发生暂态功角失稳，否，执行步骤S4；步骤S4，判断此时刻系统稳定，执行步骤S1，根据i+T时刻的量测数据判断系统的稳定性。本发明提供一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法，完全摆脱对仿真过程的依赖，准确分析系统受扰后的暂态功角稳定性。

Description

一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法。

背景技术

近年来，向量测量装置(PMU,Phasor Measurement Unit)在国内外电网都有了较快发展。PMU量测装置能提供精确的时钟同步信息，如功率、电流、电压幅值及相角等，并且具有极高的采样频率，因此结合现代通信技术，逐渐发展为电力系统新一代监控系统——WAMS(Wide Area Measurement system)测量系统。基于WAMS测量系统，在电网调度中心可以实时获得全网同步扰动响应数据，这极大的提高了电力系统的可观性和可控性，也为电力系统暂态功角稳定分析与控制提供了技术支撑。

电力系统暂态功角稳定分析与控制是研究电力系统受到诸如短路故障，切除线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或者冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。当前电力系统暂态功角稳定分析与控制基本都是通过先验的离线仿真分析配置相应的控制措施和提供决策支持，即“离线决策，在线匹配”和“在线决策，实时匹配”的暂态稳定分析与控制模式。随着互联电网规模越来越大，这种分析控制模式无法实现对电网的实时监控，也无法对电网运行状况的变化做出合理的反应，难以满足大电网智能、坚强稳定运行的需求，因此逐渐向“实时决策，实时控制”的方向发展。

实时暂态功角稳定分析与控制，关键在于快速暂态功角稳定性判别。目前的研究方法，主要集中在实时/超实时时域仿真法和直接法的研究上。这些方法，难以反映系统故障后实际的动态响应行为，并且计算速度依然难以满足实时分析的要求。

发明内容

本发明涉及一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法，所述方法包括：

步骤S1，通过WAMS测量系统获取故障后所述系统的受扰响应数据；

步骤S2，根据所述受扰响应数据计算所述系统受扰轨迹特征的变化量，确定受扰轨迹的变化趋势，根据所述变化趋势判断所述系统是否处于不稳定区间运行，是，执行步骤S3，否，执行步骤S4；

步骤S3，根据所述受扰响应数据计算所述系统的不平衡功率ΔP′_i，根据所述不平衡功率ΔP′_i判断所述系统是否会越过不稳定平衡点，是，判断所述系统将发生暂态功角失稳，否，执行步骤S4；

步骤S4，判断此时刻所述系统稳定，执行步骤S1，根据i+T时刻的量测数据判断所述系统的稳定性。

本发明提供的第一优选实施例中：所述步骤S1中，从故障后开始通过WAMS测量获取所述受扰响应数据，所述受扰响应数据的采样周期T与所述WAMS系统中的PMU测量单元的采样周期相同。

本发明提供的第二优选实施例中：所述受扰响应数据包括不同时刻的线路输送的有功功率和线路首末端电压相角，其中，i时刻线路输送的有功功率为i时刻线路首末端电压相角分别为和

本发明提供的第三优选实施例中：所述步骤S2中所述系统受扰轨迹特征的变化量包括电磁功率的变化量和功角差的变化量Δδⁱ；

${\mathrm{\ΔP}}_e^i=P_e^i-P_e^{i-T},$ Δδⁱ＝δⁱ-δ^i-T；

其中， 分别为第i、i-T时刻所述WAMS监测的联络断面的电磁功率值；δⁱ、δ^i-T分别为第i、i-T时刻所述WAMS监测的联络断面的功角差。

本发明提供的第四优选实施例中：所述步骤S2中，

根据所述受扰响应数据计算所述系统所述受扰轨迹特征的变化量和Δδⁱ的方法为：

${\mathrm{\ΔP}}_e^i=P_e^L{|}_{t=i}-P_e^L{|}_{t=i-T},$ ${\mathrm{\Δ\δ}}^i=({\mathrm{\δ}}_1^i-{\mathrm{\δ}}_2^i)-({\mathrm{\δ}}_1^{i-T}-{\mathrm{\δ}}_2^{i-T})$

本发明提供的第五优选实施例中：所述步骤S2中，

当满足&δⁱ-δ^i-T＞0时，系统处于不稳定区间运行，执行步骤S4，不满足&δⁱ-δ^i-T＞0时，执行步骤S3。

本发明提供的第六优选实施例中：所述步骤S3中所述不平衡功率

其中，第i时刻的电磁功率值为第i时刻线路输送的有功功率第i时刻的机械功率值采用故障前稳态运行时系统联络断面的输送功率P_e。

本发明提供的第七优选实施例中：所述步骤S3中根据所述不平衡功率ΔP′_i判断所述系统是否会越过不稳定平衡点的方法为：

将所述不平衡功率ΔP'_i与不平衡功率门槛值K相比较，满足：时，系统会越过不稳定平衡点。

本发明提供的第八优选实施例中：所述K的值为0.05P_m。

本发明提供的一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法的有益效果包括：

本发明提供的一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法，通过WAMS量测系统实时提取能反映多机互联电力系统暂态功角稳定性的信息，根据该信息对暂态功角稳定性进行实时分析，为大规模电力系统的安全稳定运行提供技术支撑。

附图说明

如图1所示为本发明提供的一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法的流程图；

如图2所示为本发明提供的等值两机系统相量图；

如图3所示为本发明提供的某区域互联系统的网架结构示意图；

如图4所示为本发明提供的某区域互联系统电气量变化曲线图。

具体实施方式

本发明提供一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法，根据WAMS量测系统提取的能反映该多机互联系统暂态功角稳定性的功率功角实时信息，研究多机互联电力系统受到大扰动作用下的动态行为和保持同步稳定运行的能力。具体的，该方法的流程图如图1所示，包括：

步骤S1，通过WAMS测量系统获取故障后多机互联系统的受扰响应数据。

步骤S2，根据该受扰响应数据计算系统受扰轨迹特征的变化量，确定受扰轨迹的变化趋势，根据该变化趋势判断系统是否处于不稳定区间运行，是，执行步骤S3，否，执行步骤S4。

步骤S3，根据该受扰响应数据计算系统的不平衡功率ΦP′_i，根据该不平衡功率ΦP′_i判断该系统是否会越过不稳定平衡点，是，判断该系统将发生暂态功角失稳，否，执行步骤S4。

步骤S4，判断该时刻系统稳定，执行步骤S1，根据i+T时刻的量测数据判断系统的稳定性。

实施例一：

本发明提供的实施例一为本发明提供的一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法的实施例。

具体的，该实施例中暂态功角稳定性实时判别，从故障后开始通过WAMS测量，步骤S1中，该受扰响应数据包括不同时刻线路输送的有功功率和线路首末端电压相角，其中，i时刻线路输送的有功功率为i时刻线路首末端电压相角分别为和受扰响应数据的采样周期T与WAMS系统中的PMU测量单元的采样周期相同。

步骤S2中系统受扰轨迹特征的变化量包括电磁功率的变化量和功角差的变化量Δδⁱ，

其中，Δδⁱ＝δⁱ-δ^i-T， 分别为第i、i-T时刻WAMS监测的联络断面的电磁功率值；δⁱ、δ^i-T分别为第i、i-T时刻WAMS监测的联络断面的功角差。

根据受扰响应数据计算系统受扰轨迹特征的变化量和Δδⁱ的方法为：

对于大规模多机互联电力系统，当受到扰动后，发电机会分群运动。将扰动后的多机系统进行分群，记多机系统中转子角最超前和最滞后的机群分别为S群和A群，两群之间的联络线为L，因此可化为等值两机系统，等值两机系统相量图如图2所示，考察联络线L上的输送功率，由图2可知：

将式（1）代入到式（2）有：

$P_e^L=\frac{V_1{V}_2}{X_L}\sin ({\mathrm{\δ}}_2-{\mathrm{\δ}}_1)---\left(3\right)$

其中δ₁、δ₂为联络线L首末端电压相角，V₁、V₂为线路首末端电压幅值，X_L为故障后线路电抗。由此可得式（1）、式（2）中电磁功率及功角差δⁱ为：

$P_e^i=P_e^L{|}_{t=i}---\left(4\right)$

${\mathrm{\δ}}^i={\mathrm{\δ}}_1^i-{\mathrm{\δ}}_2^i---\left(5\right)$

根据式（4）和（5）可得： ${\mathrm{\ΔP}}_e^i=P_e^L{|}_{t=i}-P_e^L{|}_{t=i-T},$ ${\mathrm{\Δ\δ}}^i=({\mathrm{\δ}}_1^i-{\mathrm{\δ}}_2^i)-({\mathrm{\δ}}_1^{i-T}-{\mathrm{\δ}}_2^{i-T}).$

步骤S2中计算得到电磁功率的变化量和功角差的变化量Δδⁱ，根据运动方程的稳定特性确定系统当前的运行趋势，运动方程的稳定特性表现为：当满足&δⁱ-δ^i-T＞0时，系统处于不稳定区间运行，执行步骤S4，不满足&δⁱ-δ^i-T＞0时，执行步骤S3。

步骤S3中不平衡功率即该不平衡功率ΔP′_i的值为第i时刻的电磁功率值和机械功率值的差，第i时刻的电磁功率值即为第i时刻线路输送的有功功率对于互联多机系统，动态过程中确定两群机组之间的机械功率P_m要复杂得多，考虑到实际系统中，故障后新的静态稳定平衡点总是在故障前稳定平衡点的狭小邻域内，故暂态过程中机械功率值可近似采用故障前稳态运行时两群机组之间的输送功率P_e。

根据不平衡功率ΔP'_i判断该系统是否会越过不稳定平衡点的方法为：将不平衡功率ΔP′_i与不平衡功率门槛值K相比较，即满足：时，系统会越过不稳定平衡点，实际应用中K可取0.05P_m。

实施例二：

本发明提供的一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法的实施例二为以某区域的多机互联电力系统的实施例，该区域互联系统的网架结构示意图如图3所示，采用2010年冬季方式数据，仿真计算工具为全过程动态仿真程序(PSD-FDS)，用仿真程序得到的扰动响应数据来模拟广域量测系统的实时量测数据。故障条件为在第0s时刻线路L1的母线B1侧发生三相短路故障，0.09s跳开B1侧开关，0.1s跳开B13侧开关，同时跳开线路L2。监测与系统A相连的联络断面。

步骤S1′：通过仿真程序得到的扰动响应数据来模拟广域量测系统的实时量测数据，故障后数据从0.1s开始，特征量为母线B2与母线B3之间的输送功率P_e、母线B2的相角δ₁和母线B3的相角δ₂。

步骤S2'：计算电磁功率的变化量和功角差的变化量Δδⁱ，即： Δδⁱ＝δⁱ-δ^i-T；利用计算所得到的电磁功率变化量和功角差的变化量Δδⁱ确定受扰轨迹的变化趋势，根据运动方程的稳定特性确定系统当前的运行趋势。运动方程的稳定特性可表述为：当满足&δⁱ-δ^i-T＞0时，系统处于不稳定区间运行，是，执行步骤S3'，否，执行步骤S4'。

如图4所示为该区域互联系统电气量变化曲线图，由图4可知，当t＞0.42s后，电磁功率减小，功角差增大，即系统进入到不稳定区间。

步骤S3'：计算不平衡功率，即：当前时刻的机械功率可取为故障前的稳态输送功率值，标幺值为根据计算所得到的不平衡功率ΔP′_i，与不平衡功率门槛值K相比较，从而确定系统的稳定性。即满足：时，K取0.05，系统将失稳，否则，执行步骤S4'。

由图4可知，当t＝0.78s时，ΔP'_i＜0.05，即可判断系统将发生暂态功角失稳。

步骤S4'，判断该时刻系统稳定，执行步骤S1′，根据i+T时刻的量测数据判断系统的稳定性。

以上虽然根据附图对本发明的实施例进行了详细说明，但不仅限于此具体实施方式，本领域的技术人员根据此具体技术方案进行的各种等同、变形处理，也在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多机互联电力系统的暂态功角稳定性实时判别的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，通过WAMS测量系统获取故障后所述系统的受扰响应数据；

步骤S2，根据所述受扰响应数据计算所述系统受扰轨迹特征的变化量，确定受扰轨迹的变化趋势，根据所述变化趋势判断所述系统是否处于不稳定区间运行，是，执行步骤S3，否，执行步骤S4；

步骤S3，根据所述受扰响应数据计算所述系统的不平衡功率ΔP_i'，根据所述不平衡功率ΔP_i'判断所述系统是否会越过不稳定平衡点，是，判断所述系统将发生暂态功角失稳，否，执行步骤S4；

步骤S4，判断此时刻所述系统稳定，执行步骤S1，根据第i+T时刻的量测数据判断所述系统的稳定性；

所述步骤S1中，从故障后开始通过所述WAMS测量系统测量获取所述受扰响应数据，所述受扰响应数据的采样周期T与所述WAMS测量系统中的PMU测量单元的采样周期相同；

所述受扰响应数据包括不同时刻的线路输送的有功功率和线路首末端电压相角，其中，第i时刻线路输送的有功功率为第i时刻线路首末端电压相角分别为和

所述步骤S2中所述系统受扰轨迹特征的变化量包括电磁功率的变化量ΔP_e ⁱ和功角差的变化量Δδⁱ；

${\mathrm{\ΔP}}_e^i=P_e^i-P_e^{i-T},$ Δδⁱ＝δⁱ-δ^i-T；

其中，分别为第i、i-T时刻所述WAMS测量系统监测的联络断面的电磁功率值；δⁱ、δ^i-T分别为第i、i-T时刻所述WAMS监测的联络断面的功角差；

所述步骤S2中，

根据所述受扰响应数据计算所述系统所述受扰轨迹特征的变化量和Δδⁱ的方法为： ${\mathrm{\ΔP}}_e^i=P_e^L{|}_{t=i}-P_e^L{|}_{t=i-T},{\mathrm{\Δ\δ}}^i=({\mathrm{\δ}}_1^i-{\mathrm{\δ}}_2^i)-({\mathrm{\δ}}_1^{i-T}-{\mathrm{\δ}}_2^{i-T});$

所述步骤S2中，

当满足且δⁱ-δ^i-T＞0时，系统处于不稳定区间运行，执行步骤S4，不满足且δⁱ-δ^i-T＞0时，执行步骤S3；

所述步骤S3中所述不平衡功率

其中，第i时刻的电磁功率值为第i时刻线路输送的有功功率第i时刻的机械功率值采用故障前稳态运行时系统联络断面的输送功率P_e；

所述步骤S3中根据所述不平衡功率ΔP_i'判断所述系统是否会越过不稳定平衡点的方法为：

将所述不平衡功率ΔP_i'与不平衡功率门槛值K相比较，满足：时，系统会越过不稳定平衡点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述K的值为0.05P_m。