CN103199527A - 一种强联系电网失步解列方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强联系电网失步解列方法，以EEAC(扩展等面积定则)主导模式的理论为依据通过受扰轨迹摇摆曲线识别受扰系统同调机群，进一步划分同调区域。选择适用于强联系电网的基于断面的失步解列判据，该判据由判据和电压幅值判据组成，该组合判据能够有效判断强联系电网发生失步，捕捉振荡中心的时刻和位置。解列点的位置依据振荡中心所在联络线组成的失步断面确定；选择正确的解列时刻和解列范围整定装置，满足一定的条件后发出解列命令动作装置；根据解列后子系统的功率缺额采取有效的切机切负荷措施。此方法适用于强联系电网的失步解列方案，避免强电网稳定破坏事故的发生，为强联系电网的安全稳定运行提供可靠保证。

Description

一种强联系电网失步解列方法

技术领域

本发明涉及一种电网故障判断方法，特别涉及一种强联系电网失步解列判据。

背景技术

中国跨区域大电网间互联的逐步实现，电网架构正在向强联系电网的方向发展，电网的安全稳定运行水平也大幅度提高。尽管我们已经采取了有效的措施防止大停电的发生，但由于不可预知的多重故障叠加，电力系统失步振荡的发生终不可避免。针对现有电力系统强联系电网发展的新阶段，研究强联系电网失步解列具有非常重要的意义，研究强联系电网同调区域的划分方法，分析选择失步解列判据，制定适用于强联系电网的失步解列方案等内容，当强联系电网发生严重故障时，快速地将失去同步的机组解列，平息振荡，有效地防止故障蔓延。

同调区域的划分是电力系统失步解列研究的主要内容，同调区域划分的正确与否会影响到失步解列的可靠执行。划分同调稳定区域的方法有很多，早期可以依靠专家经验，后来发展了基于线性化模型的特征矢量法、数值积分法、状态空间法和弱耦合法等识别同调机群。但这些方法不能反映系统的非线性和非自治性，并且根据以上单纯的数据识别同调机群非常困难,对于强联系电网或电网受到大扰动的情况也存在局限性。因此研究直观地反映多机受扰轨迹动态行为,反映受扰系统失稳模式，划分同调稳定区域的方法对强联系电网失步解列有一定的必要性。

强联系电网振荡中心通常落在多条联络线组成的失步断面上，而传统的失步解列判据类型比较单一，多数判据还不够完善，不能适用于断面，分析并选择适用于失步断面的失步解列判据从而能够判断强联系电网失步，确定失步解列振荡中心的时刻和位置。

作为电力系统第三道防线的重要组成部分，失步解列方案的合理性，对确保强联系电网安全稳定运行的重要性不言而喻。

发明内容

本发明针对强联系电网异步运行时，存在同调现象，基于同调性分析强联系电网暂态稳定问题，提出了一种强联系电网失步解列方法方法，分析选择适用于强联系电网的失步解列判据，制定一套适用于强联系电网失步解列方案，同调区域划分是以EEAC(扩展等面积定则)主导模式的理论为依据通过受扰轨迹摇摆曲线识别受扰系统同调机群，进一步划分同调区域。

本发明的技术方案为：一种强联系电网失步解列方法，具体包括如下步骤：

1）基于发电机功角摇摆曲线的分群结果来划分同调区域：对于系统中任意两台发电机                                                

和

，若满足式下式：

；（

），则称发电机

和发电机是同调的，其中

与

分别表示发电机

与

的角增量，

表示精度控制变量，

对多机空间中的全部动态方程进行完整的积分得到精度满足需要的多机轨迹,然后将多机转子角轨迹和对应的发电机功率函数值逐个时刻地映射到一系列聚合单机的扩展相平面上，形成发电机功角摇摆曲线轨迹，根据时域仿真的发电机功角摇摆曲线轨迹识别出多机受扰轨迹的失稳机群模式和稳定机群模式，进一步将受扰系统划分为同调稳定区域和同调失稳区域；

2）在同调区域划分的基础上，基于失稳区域与稳定区域的联络线组成的断面，选择适用于强联系电网的基于断面的失步解列判据：基于

 的失步断面解列判据为主判据，捕捉振荡中心的时刻，选择电压幅值作为辅助判据，捕捉振荡中心的位置，

当系统发生失步时，系统振荡中心处电压

与功角δ之间函数关系为：

振荡中心M点电压

，假设系统两等值机的阻抗角为90°其中,

表示解列装置处电压，表示电压与电流相角差；

根据振荡电压幅值的最小值来捕捉振荡中心，当系统发生异步振荡时，失步断面的联络线上的振荡最强烈的位置即失步中心在一次失步周期中电压幅值出现最小值，断面联络线上电压幅值若满足关系：

 ，可判断振荡中心在该联络线上，其中

为振荡电压幅值最小值，为系统额定电压；

3）确定失步解列点：采用基于无功功率捕捉失步解列断面，确定失步解列点测量点的无功功率可表示为：

  ，其中

,Z _M 为测量点到M点的阻抗值，

 为系统阻抗值，

 为系统阻抗角, 为两电势

 与

 之间的功角差，在一个振荡周期内无功功率的积分为：

                         

将在一个振荡周期中无功功率的积分定义为周期积分无功即 ，周期积分无功在振荡中心所在联络线上呈单调分布，当

 时周期积分无功为正，当

 时周期积分无功为零，当

 时周期积分无功为负，若线路两侧装置安装处检测到的周期无功积分值异号时，说明振荡中心落在这条线路上，找出该失稳模式下振荡中心所在所有联络线，这些联络线所组成的断面预测为失步解列断面；

4）最佳失步解列时刻选择：选择电网受扰发生异步振荡时第一个振荡周期快结束的时刻做为最佳的解列时刻；

5）强联系电网解列后切机切负荷措施：切机/切负荷数量的多少以电网存在的最大功率多余/缺额作为参考，切机按照发电机的优先级原则切除，按照百分比减少负荷的数量，并通过仿真实验结果验证切机切负荷数量的合理性。

本发明的有益效果在于：本发明强联系电网失步解列方法，适用于强联系电网的失步解列问题，此方法将避免强电网稳定破坏事故的发生，为强联系电网的安全稳定运行提供可靠保证，并产生巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1为EEAC理论图；

图2为本发明同调区域划分方法思路图；

图3为本发明基于断面的失步解列判据图；

图4为本发明两机等值系统接线图；

图5为本发明等值系统电压相量图；

图6为本发明

 失步判据的变化轨迹图；

图7为本发明失步解列方案图；

图8为本发明失步解列方案实现思路图；

图9为本发明华东机组摇摆曲线图；

图10为本发明安徽机群主导模式图；

图11为本发明安徽机群模式同调区域划分图；

图12为本发明失步断面联络线

 变化曲线图；

图13为本发明安徽断面联络线敬亭-瓶窑、河沥-富阳，母线处检测到的电压变化曲线图；

图14为本发明安徽机组失稳模式失步解列断面图；

图15为本发明安徽机组的相对功角曲线图；

图16为本发明华东主网机组的相对功角曲线图；

图17为本发明安徽电网内某一机组的频率图；

图18为本发明华东主网内某一机组的频率图；

图19为本发明安徽电网的频率图；

图20为本发明华东主网的频率图。

具体实施方式

强联系电网失步解列方法是以EEAC(扩展等面积定则)主导模式的理论为依据通过受扰轨迹摇摆曲线识别受扰系统同调机群，进一步划分同调区域。选择适用于强联系电网的基于断面的失步解列判据，由

 判据和电压幅值判据组成，该组合判据能够有效判断强联系电网发生失步，捕捉振荡中心的时刻和位置。制定强联系失步解列方案主要包括选择解列点和最佳解列时刻，失步解列装置整定以及解列后切机切负荷措施三个方面内容。解列点的位置依据振荡中心所在联络线组成的失步断面确定；选择正确的解列时刻和解列范围整定装置，满足一定的条件后发出解列命令动作装置；根据解列后子系统的功率缺额采取有效的切机切负荷措施，使解列后两段子系统保持稳定运行。

（一）强联系电网同调区域划分方法：

1） 同调区域划分方法：

电力系统在受到扰动后存在同调现象，理论上表现为两台或两台以上的发电机机组的动态行为相似或一致，从时域仿真表现为同调机组之间的功角摇摆曲线接近甚至是重复。

同调稳定区域的划分原则是：根据受扰系统发电机组动态行为的相似度来将机组分群，划分同调区域。

对于系统中任意两台发电机

和

，若满足式（1-1）：

；（

）                                   （1-1）

则称发电机

和发电机是同调的。

其中

与

分别表示发电机

与

的角增量，

表示精度控制变量。

值的选择会直接影响到同调机群识别的结果，值取较小时，表示同调水平越高，

值取较大时同调水平越低。

本发明提出依据EEAC（扩展等面积定则）主导模式理论，基于发电机功角摇摆曲线的分群结果来划分同调区域的方法。该方法采用基于仿真的方法，仿真工具是基于EEAC理论而开发的电力系统暂态稳定分析软件FASTEST。通过分析基于EEAC仿真的功角摇摆曲线的发电机功角响应曲线识别同调机群的结果，识别系统在该故障模式下的失稳模式。计算结果会显示失稳轨迹的主导群和稳定轨迹的主导群，依据主导模式的结果即可划分同调稳定区域。

EEAC（扩展等面积定则）理论分析多机受扰系统暂态稳定问题的基本思路是：在某一故障场景下，假设受扰多机系统被分解成两个子集，一个是由临界机群组成的子集；另一个包含系统剩余的机组，即将多机系统的机组映射为这两个子集然后等值为两机系统，最后将该两机等值系统等值为单机无穷大母线系统。对于该OMIB（单机无穷大系统）应用等面积定则就实现了多机系统的暂态稳定分析。该思路保存了多机系统的稳定特性，能够对电力系统暂态稳定问题进行量化分析，其理论如图1所示。

由图1所示其对多机空间中的全部动态方程进行完整的积分得到精度满足需要的多机轨迹,然后将多机转子角轨迹和对应的发电机功率函数值逐个时刻地映射到一系列聚合单机的扩展相平面上，形成时变OMIB（单机无穷大系统）映象系统的

轨迹，该变换过程是线性的，保存了多机受扰系统的动态信息。

2） 应用步骤：

本发明采用基于仿真的方法，基于EEAC理论的暂态稳定程序FASTEST从受扰轨迹中直接提取系统稳定性的定性信息及定量信息，按照发电机摇摆曲线的动态特征来快速分群。在暂态仿真得到的发电机功角摇摆曲线中，包含了非自治非线性微分代数系统的因素，包括系统模型、参数和扰动的影响等全部信息。EEAC理论在软件FASTEST仿真应用分析多机受扰系统的实现步骤是：

（1） 用快速方法计算持续事故轨迹；

（2） 将各发电机电势相对于设置参考机的相角大小，按照从大到小的顺序排列；

（3） 计算各发电机之间角度间隙，并按照角度间隙的大小重新排序；

（4） 根据角度间隙划分临界失稳机组。

根据积分时段内的多机受扰轨迹, 对于多机受扰轨迹中的失稳的轨迹，将失稳轨迹的轨迹模式称为失稳模式UM:{Su , Nu}，其中的Su是失稳轨迹的主导群, 其中只有失稳的那一摆的稳定裕度为负数，故Nu指映象轨迹在失稳前改变摆动方向的次数。如多机受扰轨迹是稳定的，则将其轨迹模式称为稳定模式SM:{Ss,Nt}，其中的Ss是稳定轨迹的主导群，而Nt是稳定裕度最小的那个摆次。有时为了强调对稳定轨迹在观察时段以外的各摆稳定裕度的不完全了解，也可以将稳定模式记为SM:{Ss,∞}。

本发明应用基于仿真的方法，采用基于EEAC理论的软件FASTEST对故障集进行仿真，该软件能够对计算得到的功角摇摆曲线按照发电机的相角间隙自动排序并识别出临界失稳机组，据此可将临界失稳机组划分为同一同调机群，剩余机组划分到另一同调机群。即根据时域仿真的发电机功角摇摆曲线轨迹识别出多机受扰轨迹的失稳机群模式和稳定机群模式，进一步将受扰系统划分为同调稳定区域和同调失稳区域。

本发明在应用实例中划分同调区域的步骤是：首先根据仿真结果找出失稳模式，其次基于EEAC原理主导模式的仿真结果，得到失稳模式下的失稳机群主导模式和稳定机群主导模式，最后基于失稳机群的主导模式划分出同调稳定区域。划分方法具体实现的思路如图2所示：

3） 方法优点

该方法基于EEAC理论的主导模式划分同调区域，其主要优点是：

（1） EEAC映射是是建立在相对运行的互补群和同一群的转子角加权均值概念上的CCCOI-RM（互补群位置中心-相对运动）映射，完整的保全了多机受扰系统的暂态稳定特性；

（2） 该思路将等面积法则应用到各个映像平面上具有时变特性的映像OMBI（单机无穷大）系统，从而求得映像单机无穷大系统的稳定极限条件，具有完整不变的保稳性；

（3） 它可以求出最危险的映像子系统的临界条件，识别出临界失稳机群，反应多机系统的失稳模式。

（二） 强联系电网失步解列判据的分析与选择

本发明在同调区域划分的基础上，基于失稳区域与稳定区域的联络线组成的断面，提出基于断面的失步解列判据判断系统是否处于失步状态并捕捉振荡中心位置。

该失步解列判据选择基于

 的失步断面解列判据为主判据，该判据可以捕捉振荡中心的时刻，选择电压幅值作为辅助判据，该判据可以捕捉振荡中心的位置，二者结合，可以在准确的确定失步解列时刻和解列点，将该组合判据应用于失步断面。具体描述如图2-1所示基于断面的失步解列判据。

在实际应用中，该基于断面的失步解列判据判断失步，捕捉振荡中心的的具体步骤是：

步骤1：利用主判据判断电网失步断面的每条联络线上

的变化规律是否都满足

 失步时的变化轨迹。下面介绍系统失步时 的变化规律：

电力系统失步运行时，一般可将所有发电机组分为两个同调机群，如图4所示为两机等值系统接线图。

当系统发生失步时，系统振荡中心处电压

与功角δ之间烦人函数关系如式（2-1）所示，因此可通过振荡中心处电压的变化特征反映功角的情况。以图4为例，假设系统两等值机的阻抗角为90°，振荡中心M点电压可表示为：

                                              （2-1）

其中,

表示解列装置处电压，表示电压与电流相角差。等值系统电压相量图如图5所示。

系统发生振荡时，振荡中心处电压

即

 失步判据的变化轨迹如图6示，其中(a)表示加速失步，(b)表示减速失步。

功角作为状态量是连续变化的，当系统发生异步振荡时，

也是连续变化的，且过零；当系统发生短路故障并且故障切除时，

的变化是不连续的；当同步振荡时，

连续变化但不过零点。因此

判据可以区分失步振荡、短路故障和同步振荡。即当失步断面上每条联络线上测得的

 的变化轨迹符合图6的规律时，可判断系统失步，且可以根据

 最小值出现的时刻判断振荡中心的时刻。

步骤2：利用辅助判据判断电网失步振荡中心是否落在失步断面的联络线上，捕捉振荡中心的位置。

本发明根据振荡电压幅值的最小值来捕捉振荡中心，如图4两机等值系统异步运行时，联络线上节点电压幅值与失步两侧系统电势功角差有直接关系，将电压对功角差求导可得：

                                             （2-2）

其中，

为测量点到M点的阻抗值，为系统阻抗值。

系统异步振荡时联络线电压有功角差决定，当功角差

 在

 之间变化时，电压幅值呈递减的趋势，当功角差

 在

 之间变化时，电压幅值呈递增的趋势，在

 时，电压达到最小值，由式（2-2）可见，当

 时，联络线上的电压幅值按照单调性的规律分布，且在失步中心过零处的电压幅值为零。但是研究证明，对于结构复杂的强联系电网，当系统发生异步振荡时，联络线上的振荡最强烈的位置即失步中心在一次失步周期中电压幅值未必为零，但会出现最小值，且当测量点越靠近振荡中心,电压幅值越小。

本发明依据判断断面联络线上电压幅值若满足关系：

 ，可判断振荡中心在该联络线上。（其中

为振荡电压幅值最小值，

为系统额定电压）。

（三） 强联系电网失步解列方案：

强联系电网受扰发生异步振荡，采取解列措施是消除异步运行状态的有效手段，完善的失步解列方案是保证受扰系统成功解列，并且能够保证解列后子系统稳定运行。

1） 失步解列方案

本发明在失步解列判据判断系统失步基础上制定强联系电网失步解列方案，主要包含正确选择解列点和解列时刻，整定解列装置以及解列后切机/切负荷的控制措施三个方面的内容如图7所示失步解列方案：

（1） 确定解列点与解列时刻：

a. 正确选择解列点

选择解列点的目的是将受扰系统在此点解列消除系统失步振荡，故受扰系统的解列点应该选在振荡中心所在的联络线上，对于强联系电网振荡中心并不像异步运行的简单电网一样仅仅落在一条联络线上，其振荡中心可能落在由几条联络线组成的一个失步断面上，故只有按照该失步解列断面将电网解列，才能平息振荡，若在除振荡中心之外的其他地点将电网解列，振荡将继续存在。

本发明通过捕捉振荡中心所在联络线，进一步失步解列断面，即确定失步解列点的位置。

采用基于无功功率捕捉失步解列断面，进一步确定失步解列点。如图4所示两机等值系统，测量点的无功功率可表示为：

                  （3-1）

其中

,

为测量点到M点的阻抗值， 为系统阻抗值，

 为系统阻抗角,

 为两电势

 与 之间的功角差。

在一个振荡周期内无功功率的积分为：

                                 （3-2）

将在一个振荡周期中无功功率的积分定义为周期积分无功即

 ，则由式(3-2)可知，周期积分无功在振荡中心所在联络线上呈单调分布，当

 时周期积分无功为正，当

 时周期积分无功为零，当 时周期积分无功为负，因此可以用周期积分无功来判断振荡中心的位置。若线路两端装置检测到的周期积分无功分别为正负值时，说明振荡中心落在这条线路上，找出该失稳模式下振荡中心所在所有联络线，这些联络线所组成的断面预测为失步解列断面。

b. 正确选择最佳解列时刻

当电网受扰后发生异步振荡失稳后，应尽快将电网解列，失步解列判据在失稳两侧两个等值机组的功角差达到180°时，因此最快的解列时刻理论上应当是功角差达到180°的那一时刻。当受扰电网两等值机的功角差达到180°时，此时示两端的电势相位刚好相反，流过断路器的电流值最大，如果选择此刻将电网解列，则解列断路器的开断电流很大，将会给整个系统带来很大的冲击。

本发明选择电网受扰发生异步振荡时第一个振荡周期快结束的时刻做为最佳的解列时刻，此刻断路器的开断电流值最小，对电网造成的冲击比较小。并且一个周期解列与功角差在180°时刻解列之间之差半个周期的时间，不会导致系统异步振荡至电网崩溃，并且对系统的稳定运行几乎没有差别。

（2） 解列装置定值的整定：

a． 低压定值整定——该整定值可以确定失步解列装置解列动作的范围。

本发明设定失步解列断面装置统一采用经验值0.5p.u.。 

b．解列装置动作原则——失步解列装置是实现电力系统安全稳定控制的第三道防线。

解列措施的重要装置，要根据安全稳定控制系统的相关要求准确动作，并且不同安装地点的装置要协调配合，不能无序解列。

本发明设置满足以下3个条件，解列装置开始动作解列系统：

（a)解列装置正确检测到系统的异步状态，并根据需要在要到达临界角度以前（第一个周期）检测出失步状态或经过给定的振荡周期次数给出信号；

（b)根据整定的振荡周期（强联系电网1个周期）快速解列系统；

（c)判断振荡中心是否在本线路上，即解列装置的电压最小值小于0.5p.u；

（3） 强联系电网解列后切机切负荷措施：

电力系统的频率主要决定于系统中的有功功率平衡，当系统发出的有功功率不足时，频率就会偏低，反之，系统的频率就会偏高。由于当系统解列后，送端机组发出的有功功率高于送端区域的有功负荷，此时频率会偏高，因此需要采取切机措施；受端机组发出的有功功率低于该区域的有功负荷，则频率就会偏低，就需要采取切负荷措施。

本发明提出切机/切负荷数量的多少应以电网存在的最大功率多余/缺额作为参考，切机按照发电机的优先级原则切除，按照百分比减少负荷的数量，为了制止故障后频率或电压的快速下降尽量少过切，并通过仿真实验结果验证切机切负荷数量的合理性。

2）         失步解列方案实现思路

本发明制定的解列方案在准确判断出系统发生失步的基础上捕捉失步解列断面确定失步解列点，根据失步解列装置的整定值发出解列动作命令将失去同步的两部分系统解列开，最后通过切机切负荷控制措施使解列后的子系统各自保持同步运行。成功的消除异步振荡，并保证解列后系统内部不再失稳。该方案应用于失稳系统失步解列的思路如图8所示。

本发明选用华东电网调控中心提供的2012年华东电网运行方式数据的某一严重故障场景模式为例，结合华东电网的实际运行情况，采用仿真的方法，利用基于EEAC理论的软件FASTEST辅助仿真计算，，将本发明创造内容应用于分析解决华东电网失步解列问题：研究该故障模式下同调区域的划分，强联系电网失步解列判据的应用，以及强联系电网失步解列方案校验。

故障描述：当涂-溧阳N-2后，当涂-廻峰山过载N-1后，繁昌-廻峰山N-1后切除的相继故障。

1） 同调区域划分结果

在该故障模式下，采用国网电科院的FASTEST程序进行仿真计算，根据计算的结果安徽机组构成临界群，相对华东电网其它失稳，肥繁双线停运，昭当发生双回线三永故障下故障下华东机组摇摆曲线如图9所示。

该失稳模式下根据EEAC仿真结果，映射主导模式为安徽失稳机群主导模式和华东电网其他机组稳定机群主导模式，安徽机群主导模式图如图10所示。

根据同调区域划分原则，华东机组分为两个同调区域，其中安徽机组为一个同调区域，华东电网其他机组为另一个同调稳定区域，如图11所示安徽机群模式同调区域划分。

2）         失步解列判据应用

用基于本文发明的内容——基于断面的失步解列判据判断系统是否处于失步状态，捕捉振荡中心的位置和时刻。

（1） 判断系统是否失步：

在2012年华东电网典型方式下，考虑重载断面发生故障时保护拒动引起相继故障。假设在相继故障：当涂-溧阳双回线及当涂-廻峰山单回线断开，切除繁昌-廻峰单回线故障情况下，时域仿真采用国网电科院的FASTEST程序。将基于断面的

 失步解列判据应用于断面对其进行研究。

华东电网各发电机组的功角摇摆曲线如图9所示，在该故障场景下，功角差

 在23.13s开始摆开超过60°，系统可能振荡或失步，24.29s开始超过120°系统发生振荡或失步，失步的可能性更大，24.65s左右功角差 开始超过

 ，系统失步进入异步运行状态，安徽机组相对华东电网其它失稳。

该相继故障下当涂-溧阳双回线及当涂-廻峰山单回线断开，切除繁昌-廻峰单回线。对线路敬亭-瓶窑和河沥-富阳用基于断面的失步解列判据对其进行研究。在线路母线敬亭和河沥处根据FASTEST程序输出线路有功

 、无功

 和母线电压等电气量，通过公式

得出电压与电流的相角，进一步计算出

 ，得出变化规律如图12所示失步断面联络线

 变化曲线。

由图12可知，在该故障场景下，0s-22.89s敬亭-瓶窑，富阳-河沥三条联络线的

 以很小的波动幅度变化，系统发生振荡，与功角摇摆曲线变化规律判断出的情况一致。

由图12可知

 的轨迹在1与-1之间连续变化，且过零，满足

 失步判据变化规律，判断出系统失步。并且在22.89s开始

 的值开始减小，在24.88s时

 达到0，即振荡中心出现的时刻。

综上， 的轨迹能够准确判断出单回线路敬亭-瓶窑和双回线路河沥-富阳三条联络线连接的强联系电网失稳。并且分在24.54s和25.29s时刻

准确的捕捉到振荡中心的时刻，并且分析图12联络线上

 的变化规律可知：22.89s～24.84s为第一个失步振荡周期；24.99～25.74s为第二个失步振荡周期。

（2）捕捉振荡中心的位置：

如图13为安徽断面联络线敬亭-瓶窑、河沥-富阳，母线处检测到的电压变化曲线图。

由图13可知，线路最小电压标幺值在24.37s时达到最小值0.31，满足

 ，由此可确定安徽模式的振荡中心处在联络线敬亭-瓶窑，河沥-富阳上；同理亦判断出振荡中心落在联络线敬亭-瓶窑上，即振荡中心落在联络线河沥-富阳、敬亭-瓶窑上。

3）失步解列方案校验

以强联系电网华东电网中的安徽失稳模式为例研究其失步解列方案。根据上述同调区域划分及失步解列判据的应用实例分析，在相继故障：当涂-溧阳双回线及当涂-廻峰山单回线断开，切除繁昌-廻峰单回线故障情况下，安徽机群相对华东电网发生失稳，并且划分出安徽机群同调失稳区域和华东其他机群失稳区域，失步解列判据判断出该故障模式下发生失步，并且捕捉到失步振荡中心的时刻和失步振荡中心所在联络线。采取本发明制定的失步解列方案以华东电网安徽机组模式失模式为例对该失步解列方案进行校验：

（1）确定失步解列点

对于强联系电网失步解列点处在振荡中心所在联络线组成的失步解列断面，采用本发明提出的基于无功功率确定失步解列断面的方法进一步确定失步解列点。具体分析如下：

敬亭-瓶窑及富阳-河沥双回线路的周期无功积分如下表1所示。

表1

注：（1）和（2）分别表示双回联络线的两条线路

故在该故障场景情况下，可判断振荡中心落在富阳-河沥双回线及敬亭-瓶窑单回联络线组成的失步断面，即解列断面为安徽送出断面，失步解列点即处在该失步解列断面上，如图14所示安徽机组失稳模式失步解列断面图，沿该断面将失步系统在合适的时间将系统解列，可消除振荡。

（2）华东电网解列装置的振荡周期整定为1个振荡周期，即失步振荡一个周期解列装置动作；解列装置的低电压定值整定为0.5pu。

满足振荡周期数为1时，解列装置动作，将敬亭-瓶窑及河沥-富阳双回线路解列，系统在安徽失步断面被解列成安徽机组子系统和华东电网其他机组子系统两个部分。

解列后华东子网中各主要机组的相对功角如图15、图16所示安徽机组的相对功角曲线图和华东主网机组的相对功角曲线图，其中图15中是以皖团州为参考机组，图16是以闽大唐为参考机组。

由图15、16看出，当系统解列后，安徽电网内的机组是同调，华东主网内的机组也是同调的，即解列后华东子网内的机组保持同步运行。

（3）按照发电机的优先级原则切除，按照百分比减少负荷的数量，为了制止故障后频率或电压的快速下降尽量少过切，并通过仿真实验结果验证切机切负荷数量的合理性。

图17、18为解列后安徽电网和华东主网的频率变化，由此可知解列后安徽电网的频率偏差已经超过0.2Hz，华东主网的频率偏差小于-0.2Hz。

为了使送端系统、受端系统的频率满足要求，对安徽电网进行切机，华东主电网进行切负荷。本发明例按照安徽电网发电机组的容量的优先级排序即容量从大到小切机，受端系统按照相同百分比切负荷。通过仿真可知：潮流计算安徽断面联络线的功率总量为7630MW，安徽电网发电机组按照优先级排序切掉7630MW的机组，华东电网剩余机组都按5.0%的比例切负荷时，华东主网的频率能够满足要求，此时，安徽机组和华东其他机组的频率如图19、20所示，频率偏差最后都维持在

内,满足系统稳定运行频率扰动要求。

本发明针对强联系电网的特点有关强联系电网的失步解列问题的主要创新点如下：

1）提出强联系电网失步状态下同调区域的划分的新方法。强联系电网失步后存在着同调现象，因此可以据此划分同调稳定区域。本发明提出了一种基于EEAC（扩展等面积定则）主导模式的理论依据受扰轨迹摇摆曲线识别受扰系统同调机群划分同调区域的新方法。得出：EEAC理论可将系统的受扰轨迹根据积分时段内的多机受扰轨迹,将失稳轨迹的的主导模式和稳定轨迹的主导模式快速分群，进一步将受扰系统失步同步的两部分划分为失稳同调机群和稳定同调机群。

2）分析选择强联系电网失步解列判据。针对强联系电网的特点，择适合强联系电网的失步解列判据，即基于断面的失步解列判据。得出该判据以断面为前提，基于断面的

 \* MERGEFORMAT 主判据能可靠判断出强联系电网的异步运行状态，能准确捕捉振荡中心出现的时刻，并以电压幅值为辅助判据，能准确捕捉振荡中心的位置，为失步解列装置可靠动作提供保证。

3）制定强联系电网失步解列方案。首先，失步解列中两个最关键的问题如何确定失步解列点和最佳失步解列时刻选择，其中解列点选在振荡中心所在的失步断面，强联系电网解列时刻为1个周期。其次，为保证失步解列方案下失步解列装置可靠动作对装置的整定做了简要研究，低电压定值的整定采用经验值0.5p.u和失步解列装置在满足一定的动作原则才能动作。最后，由于完善的解列方案要保证解列后各个子系统能够稳定运行，但是由于在失步解列断面将受扰系统解列开始，断面上有潮流流动，故解列后的子系统的功率其实是不平衡的，要使子系统稳定运行务必要对解列后的子系统采用切机切负荷的措施，

（1）采取基于无功功率积分结果捕捉失稳模式的失步解列断面，即选择出该失稳模式下执行解列措施的最佳解列点。

（3）依据系统稳定运行的准则，设定失步解列装置的定值和动作原则，根据整定的低电压定值和动作周期确定失步解列装置的动作范围和动作时间。

（3）以解列断面功率差额为依据，按照机组优先级切机，按照区域负荷百分比切负荷的方法。

Claims (1)

1.一种强联系电网失步解列方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）基于发电机功角摇摆曲线的分群结果来划分同调区域：对于系统中任意两台发电机                                                

和 ，若满足式下式：

；（

），则称发电机

和发电机

是同调的，其中

与分别表示发电机

与

的角增量，

表示精度控制变量，

对多机空间中的全部动态方程进行完整的积分得到精度满足需要的多机轨迹,然后将多机转子角轨迹和对应的发电机功率函数值逐个时刻地映射到一系列聚合单机的扩展相平面上，形成发电机功角摇摆曲线轨迹，根据时域仿真的发电机功角摇摆曲线轨迹识别出多机受扰轨迹的失稳机群模式和稳定机群模式，进一步将受扰系统划分为同调稳定区域和同调失稳区域；

2）在同调区域划分的基础上，基于失稳区域与稳定区域的联络线组成的断面，选择适用于强联系电网的基于断面的失步解列判据：基于

 的失步断面解列判据为主判据，捕捉振荡中心的时刻，选择电压幅值作为辅助判据，捕捉振荡中心的位置，

当系统发生失步时，系统振荡中心处电压

与功角δ之间函数关系为：

振荡中心M点电压

，假设系统两等值机的阻抗角为90°，表示解列装置处电压，表示电压与电流相角差；

根据振荡电压幅值的最小值来捕捉振荡中心，当系统发生异步振荡时，失步断面的联络线上的振荡最强烈的位置即失步中心在一次失步周期中电压幅值出现最小值，断面联络线上电压幅值若满足关系：

 ，可判断振荡中心在该联络线上，其中为振荡电压幅值最小值，

为系统额定电压；

3）确定失步解列点：采用基于无功功率捕捉失步解列断面，确定失步解列点测量点的无功功率可表示为：

  ，其中

, Z _M 为测量点到M点的阻抗值，

为系统阻抗值，

 为系统阻抗角,

 为两电势 与

 之间的功角差，在一个振荡周期内无功功率的积分为：

                         

将在一个振荡周期中无功功率的积分定义为周期积分无功即

 ，周期积分无功在振荡中心所在联络线上呈单调分布，当

 时周期积分无功为正，当

 时周期积分无功为零，当

 时周期积分无功为负，若线路两侧装置安装处检测到的周期无功积分值异号时，说明振荡中心落在这条线路上，找出该失稳模式下振荡中心所在所有联络线，这些联络线所组成的断面预测为失步解列断面；

4）最佳失步解列时刻选择：选择电网受扰发生异步振荡时第一个振荡周期快结束的时刻做为最佳的解列时刻；

5）强联系电网解列后切机切负荷措施：切机/切负荷数量的多少以电网存在的最大功率多余/缺额作为参考，切机按照发电机的优先级原则切除，按照百分比减少负荷的数量，并通过仿真实验结果验证切机切负荷数量的合理性。

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