CN103235199B - 一种基于支路两端母线频差的失步解列判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于支路两端母线频差的失步解列判断方法，属于电力系统紧急控制技术领域。该方法主要针对振荡中心迁移对传统失步解列的影响，提出新的判断方法。本发明通过获取支路两端母线频率，计算频差极大值，当该极大值大于所设定的阈值时，判断电力系统处于失步状态，并可定位此时振荡中心位于该支路上。该判断方法能快速准确的判断失步状态、定位振荡中心，对于振荡中心迁移具有良好的适用性，同时该方法所提供的解列时刻，可以实现失步解列的协调配合。

Description

一种基于支路两端母线频差的失步解列判断方法

技术领域

本发明属于电力系统紧急控制技术领域，具体涉及一种基于支路两端母线频差的失步解列判断方法。

背景技术

近年来，国内外大停电事故频发，事故分析可知，随着电网互联规模的扩大，局部扰动可能通过联络线扩散至整个电网，严重危害了电网的安全稳定。失步解列作为电网第三道防线，对于消除振荡、防止大停电事故具有重要意义。

目前，失步解列的研究主要集中于振荡中心的定位、失步解列判据以及主动解列等方向。在工程实施中，多采用测量视在阻抗最小值或电压最小值定位振荡中心，但是当振荡中心迁移时，传统的基于就地量的失步解列装置将失去作用，严重危害了电网稳定，2006年华中电网“7.1”事故就是典型的案例。而国内外关于振荡中心迁移的算例非常少见，对于振荡中心可能的迁移与引起这种现象的直接原因尚不明确。

现有的失步解列判据主要分为四类：第一类是间接反映功角的判据；第二类是反映能量的判据；第三类是直接测量两侧电压相角差的失步解列判据；第四类则是根据电网特点，结合各个判据的优势所形成的复合判据。受电网运行方式与故障形式的影响，现有判据的适应性受到挑战。例如，有的振荡中心所在支路变化只穿过2个区域；测量点电压电流的夹角在0-360°内变化，导致误判；当振荡中心在相邻两条线路上快速的来回迁移时，基于无功功率积分的判据则受限于振荡周期很短而无法计算。

因此，如何准确判断电网失步状态、快速定位振荡中心，并且当振荡中心迁移时，能快速有效的实施解列对于电网安全稳定具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于支路两端母线频差的失步解列判断方法。本判断方法的基本原理是基于等值两机系统推导电压的变化规律，由电压变化特点发现失步中心出现的频率与等值两机系统的两侧频差相一致，由于失步振荡是一个较快的过程，其频率较大，所以可以用支路两侧母线频差的大小进行失步状态的检测。

本判断方法通过设定支路两端母线的频差阈值，通过实时获取支路两端母线频率，计算频差，提取频差极大值，通过与频差阈值的大小比较，判断失步状态，定位振荡中心位置，判断方法的参数整定十分方便，能很好的区分短路故障、同步振荡、异步振荡。无论振荡中心是否发生迁移，均可以快速准确的判断失步状态，定位振荡中心，具有良好的适应性，可以在失步振荡一个振荡周期内发出解列命令。同时，本判断方法所提供的时间节点，为解列的协调配合提供了依据。

本发明的一种基于支路两端母线频差的失步解列判断方法，包括以下步骤：

一种基于支路两端母线频差的失步解列判断方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1，设定一个频差阈值Δω_set和一个计算步长t_step，并实时获取支路两端母线频率ω_i和ω_j，获取频差|Δω|，基于公式|Δω|=|ω_i-ω_j|，计算步长为t_step；

步骤2，当计算至t_i+t_step时刻时，若检测到则表示支路两端母线频差出现极大值判断是否成立，其中，表示频差极大值，t_i为该极大值出现的时刻，并根据判断结果选择以下步骤：

选择步骤2.1，当成立时，则对所有检测出的支路的相互连接关系进行判断，若所有支路直接相连则进入步骤2.11；若所有支路都没有直接相连进入步骤2.12；若存在部分支路直接相连则同时执行步骤2.11和步骤2.12：

选择步骤2.11，若检测出的支路为直接相连的支路，则对直接相连支路的进行相互比较，值较大的支路为振荡中心所在支路，然后执行步骤3；

选择步骤2.12，若检测出的支路并没有直接相连，表明振荡中心位于检测出的支路上，然后执行步骤3；

选择步骤2.2，当不成立时，表明该支路上未检测出振荡中心，此时解列不动作，所有判断流程结束；

步骤3，判断此时确定的振荡中心所在支路是否符合可解列断面，如果符合，则执行步骤4；如果不符合，则解列不动作，所有判断流程结束；

步骤4，在t_i+t_step+Δt时刻对振荡中心所在支路实施解列，其中Δt表示解列动作的整定延时。

上述步骤每当检测出一个频差极大值时运行一次。

本判断方法通过实时获取所有支路两端母线频率，实时计算支路两端母线频差，每当检测出一个频差极大值时，就开始进行相应的判断；其中Δω_set为所设定的频差阈值，该阈值的整定和电网特性有关，表明该电网失步周期的最大值，可以根据实际电网特性进行阈值整定；如果没有检测出频差极大值大于阈值，表明此时振荡中心没有落在该支路上，此时解列应可靠不动作；如果存在支路两端母线频差极大值大于阈值时，若这些支路直接相连，表明振荡中心在这些支路上来回迁移，应比较其中的较大值，哪一条支路的频差极大值较大，则表明该支路为振荡中心所在，此时判断这些振荡中心所在支路是否构成可以解列的断面，如果构成解列断面，则进行解列，否则解列应可靠不动作；如果所检测出频差极大值大于阈值的支路之间没有直接联系，则表明振荡中心位于这些支路上，此时判断这些支路是否构成可以解列的断面，如果构成解列断面，则进行解列，否则解列应可靠不动作；Δt表示解列动作的整定延时，因为频差极大值出现的时刻t_i为两机系统等值功角差为180°的时刻，此时解列电网会造成断路器开断电流过大，因此通过设置整定延时Δt，可以避开功角差为180°的时刻，同时，该时刻可以为解列的协调配合提供依据，Δt的整定可以依据具体电网的电压等级和解列装置的动作特性进行整定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：1.本发明提供的判断方法仅需测量母线频率，进行简单的减法运算，可以实时判断系统的失步运行状态，准确定位振荡中心，不需要复杂的系统等值；2.本发明提供的判断方法可以在电网第一个失步振荡周期内就发出解列信号，具有良好的时效性；3.本发明提供的判断方法可以提供相应的时间节点，为失步断面的解列装置协调配合提供了依据，同时通过简单的整定延时就可以避免断路器开断电流过大所造成的危害；4.本发明的提供的判断方法可以准确区分短路故障、同步振荡、异步振荡，不受电网运行方式、故障形式的影响，即使发生振荡中心迁移，本发明提供的判断方法也可以快速准确的判断失步状态，定位振荡中心，保障了电网的安全稳定。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L19-30处设置故障下的相对功角曲线。

图3a为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L19-30处设置故障下的支路L19-30两端母线频率曲线。

图3b为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L19-30处设置故障下的支路L33-34两端母线频率曲线。

图3c为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L19-30处设置故障下的支路L30-31两端母线频率曲线。

图3d为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L19-30处设置故障下的支路L31-33两端母线频率曲线。

图4为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L19-30处设置故障下解列前后支路L14-19的有功功率曲线。

图5为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L23-24处设置故障下的相对功角曲线。

图6a为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L23-24处设置故障下的支路L22-23两端母线频率曲线。

图6b为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L23-24处设置故障下的支路L23-24两端母线频率曲线。

图6c为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L23-24处设置故障下的支路L9-22两端母线频率曲线。

图6d为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L23-24处设置故障下的支路L9-24两端母线频率曲线。

图7为本发明中以CEPRI-36节点系统为例在L23-24处设置故障下解列前后支路L14-19的有功功率曲线。

具体实施方式

下面是本发明的两个优选实施例，分别包括振荡中心未发生变化和振荡中心迁移的两种情况，对本发明的具体应用进行了详细的说明。

实施例1：

以CEPRI-36节点系统为例，在支路L19-30处设置三相短路故障，0s开始，持续0.4s后系统发生功角失稳，其相对功角曲线（以G1为参考机组）如附图2所示，从附图2中可以看出7、8号发电机相对其余机组功角失稳，该系统下Δω_set=0.1为标幺值，基准值为50Hz。

步骤1）实时获取所有支路两端母线频率，以振荡中心所在支路和部分非振荡中心所在支路为例，如附图3a至图3d所示，从0s开始实时计算所有支路两端母线频差，计算步长为0.01s；

步骤2）当计算到1.12s时，可以发现支路L19-30上，第一个出现的频差极大值为 ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.20>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.11；支路L33-34上， ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.19>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.11；

步骤3）判断出支路L19-30和支路L33-34没有直接相连；

步骤5）判断结果表明此时电网发生了失步振荡，且振荡中心在支路L19-30和L33-34上；

步骤6）判断可知支路L19-30和L33-34所组成的断面符合当G7、G8相对其余机组失稳时的可行解列断面；

步骤7）根据所得到的时间节点t_i=1.11，在1.11s+△t，此处△t=0.04s，即在1.15s（实际电网解列时可以根据具体电网的电压等级和解列装置的动作特性进行整定延时）对支路L19-30和支路L33-34实施解列；

任选某一支路，观测其解列前后的支路有功功率，如附图4所示，图中虚线为解列前的有功功率曲线，实线为解列后的有功功率曲线，可以看出实施解列后，有功功率的振荡趋于平稳，可以证明本发明所提供的判断方法的正确有效。

而在上述计算过程中，计算支路L30-31和支路L31-33的频差，不存在表明在这些支路上检测不到振荡中心，所以这些线路上的解列装置可靠不动作。

实施例2:

以CEPRI-36节点系统为例，在支路L23-24处设置三相短路故障，0s开始，持续0.8s后系统发生功角失稳，其相对功角曲线（所有功角曲线均以G1为参考机组）如附图5所示，从附图5中可以看出1.2s左右G1开始相对其他机组功角失稳，振荡过程中G2的相对功角则在不断的变化，该系统下Δω_set=0.1为标幺值，基准值为50Hz。

获取所有支路两端母线频率，以振荡中心所在支路为例，如附图6a至图6d所示。

为了说明该例中振荡中心的迁移情况，首先给出部分时间段内支路两端母线频差极大值的示意表，如表1、表2、表3所示。

表1各时段内支路两端母线频率差极大值

表1给出了不同时间节点处的两端母线频差极大值，可以看出例如当1.92s、2.21s、2.37s等时刻，支路L22-23和支路L23-24上均检测出同时判断出支路L22-23和支路L23-24直接相连，此时比较两者中的较大值，较大值所在支路则为振荡中心所在，即1.92s时，振荡中心位于支路L23-24；2.21s时，振荡中心位于支路L22-23。

表2L22-23和L23-24的

表3L9-22和L9-24的

表2、表3可以看出，通过判断支路两端母线频差极大值，当满足判据的支路直接相连时，比较两者较大值定位振荡中心所在支路。通过表中所示的时间节点，可以看出，失步振荡过程中，振荡中心分别在支路L22-23和L23-24上迁移，在支路L9-22和L9-24上迁移。

具体应用时，应按照本发明所述步骤进行：

步骤1）实时获取所有支路两端母线频率，计算频差，从0s开始计算，计算步长为0.01s；

步骤2）当计算至1.30s时，发现支路L9-22上，出现的频差极大值为 ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.18>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.29；支路L9-24上， ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.13>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.29；支路L22-23上， ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.14>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.27；

步骤3）判断出支路L9-22和支路L9-24直接相连，支路L22-23为单独支路；

步骤4）比较支路L9-22和支路L9-24的频差极大值，可以发现支路L9-22频差极大值较大，表明振荡中心位于支路L9-22上；

步骤5）由支路L22-23为单独支路可知振荡中心同时位于支路L22-23上；

步骤6）此时确定的解列断面由支路L9-22和L22-23组成，该断面组合不符合可行的解列断面，此时解列可靠不动作，判断流程结束；

重新开始上述步骤：

步骤1）实时获取所有支路两端母线频率，计算频差，从1.31s开始计算，计算步长为0.01s；

步骤2）当计算至1.65s时，发现支路L9-22上，出现的频差极大值为 ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.19>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.64；支路L9-24上， ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.11>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.64；支路L22-23上， ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.18>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.64；

步骤3）判断出支路L9-22和支路L9-24直接相连，支路L22-23为单独支路；

步骤4）比较支路L9-22和支路L9-24的频差极大值，可以发现支路L9-22频差极大值较大，表明振荡中心位于支路L9-22上；

步骤5）由支路L22-23为单独支路可知振荡中心同时位于支路L22-23上；

步骤6）此时确定的解列断面由支路L9-22和L22-23组成，该断面组合不符合可行的解列断面，此时解列可靠不动作，判断流程结束；

再次开始上述步骤：

步骤1）实时获取所有支路两端母线频率，计算频差，从1.66s开始计算，计算步长为0.01s；

步骤2）当计算至1.93s时，发现支路L9-22上，出现的频差极大值为 ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.58>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.91；支路L9-24上， ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.66>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.91；支路L22-23上， ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.63>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.92；支路L23-24上， ${\left|\mathrm{\Δ\ω}\right|}_{\max ,t_i}=0.72>\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{set}},$ t_i=1.92；

步骤3）判断出支路L9-22和支路L9-24直接相连，支路L22-23和支路L23-24直接相连；

步骤4）分别比较直接相连的支路L9-22、支路L9-24以及支路L22-23、支路L23-24频差极大值，可以发现支路L9-22、支路L9-24中支路L9-24频差极大值较大，支路L22-23、支路L23-24中支路L23-24频差极大值较大，表明振荡中心位于支路L9-24和支路L23-24上；

步骤6）此时确定的解列断面由支路L9-24和L23-24组成，该断面组合符合可行的解列断面；

步骤7）根据所得到的时间节点t_i=1.93，在1.93s+△t，此处△t=0.04s，即在1.97s（实际电网解列时可以根据具体电网的电压等级和解列装置的动作特性进行整定延时）对支路L9-24和支路L23-24实施解列；

任选某一支路，观测其解列前后的支路有功功率，如附图7所示，图中虚线为解列前的有功功率曲线，实线为解列后的有功功率曲线，可以看出实施解列后，有功功率的振荡趋于平稳，可以证明本发明所提供的判断方法在振荡中心发生迁移时依然可以快速准确的判断失步状态、定位振荡中心，实施解列，有效的抑制了振荡。

从给出的两个优选实施例对本发明所提判断方法的应用说明可以看出，依据本发明所提供的实施步骤通过实时获取支路两端母线频率，实时计算频差，并进行相应的判断，无论振荡中心是否发生迁移，均可以快速准确的判断电网失步状态，定位振荡中心的位置，并依据所提供的时间节点进行解列，有效的抑制了电网振荡，对于预防大停电事故具有重要意义。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种基于支路两端母线频差的失步解列判断方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1，设定一个频差阈值Δω_set和一个计算步长t_step，并实时获取支路两端母线频率ω_i和ω_j，获取频差|Δω|，基于公式|Δω|=|ω_i-ω_j|；

步骤2，当计算至t_i+t_step时刻时，若检测到则表示支路两端母线频差出现极大值判断是否成立，其中，表示频差极大值，t_i为该极大值出现的时刻，并根据判断结果选择以下步骤：

选择步骤2.1，当成立时，则对所有检测出的支路的相互连接关系进行判断，若所有支路直接相连则进入步骤2.11；若所有支路都没有直接相连进入步骤2.12；若存在部分支路直接相连则同时执行步骤2.11和步骤2.12：

选择步骤2.11，若检测出的支路为直接相连的支路，则对直接相连支路的进行相互比较，值较大的支路为振荡中心所在支路，然后执行步骤3；

选择步骤2.12，若检测出的支路并没有直接相连，表明振荡中心位于检测出的支路上，然后执行步骤3；

选择步骤2.2，当不成立时，表明该支路上未检测出振荡中心，此时解列不动作，所有判断流程结束；

步骤3，判断此时确定的振荡中心所在支路是否符合可解列断面，如果符合，则执行步骤4；如果不符合，则解列不动作，所有判断流程结束；

步骤4，在t_i+t_step+Δt时刻对振荡中心所在支路实施解列，其中Δt表示解列动作的整定延时。