CN103236703B - 缓解区内外关联耦合的多机群pss协调优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种缓解区内外关联耦合的多机群机组PSS协调优化方法，包括以下步骤：(1).构建区内外互联电网静态潮流模型与稳定计算模型；(2).小干扰频域特征根扫描，识别区外大电网关键机电振荡模式；(3).参与区外关键机电振荡模式的区内机组筛选与群划分；(4).以增强区外关键振荡模式阻尼为目标，逐群进行机组PSS参数优化；(5).多机群PSS参数综合协调优化；(6).评估区外关键断面输电能力提升效果。本发明提供的缓解区内外关联耦合的多机群机组PSS协调优化方法，可以综合利用区域内机组PSS抑制区外互联电网振荡，提高跨大区关键断面输电能力，提升电网安全稳定运行水平。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种缓解区内外关联耦合的多机群PSS协调优化方法。
背景技术
电源开发受一次能源分布制约，在煤炭资源或水利资源富集的地区，将会形成大型电源基地多点集中开发的格局，例如新疆大型火电群主要围绕哈密、准东、伊犁等煤炭基地分布，四川大型水电基地主要分布于雅砻江、金沙江、大渡河等流域。集中开发多点分布的电源群，具有单机和总装机容量大的特点，其参与电网振荡的程度较高，相应其励磁调节系统中的电力系统稳定器PSS，对电网振荡阻尼特性的影响也较大。
在跨大区资源优化配置、水火互济、错峰等联网效益的驱动下，区域电网逐步互联成为跨大区电网，其动态特性日趋复杂，安全稳定水平也发生显著变化。区域内部电网与区域外部电网间的关联耦合性也进一步增强，例如华北与华中电网通过长治‐南阳‐荆门特高压交流联络线跨大区互联后，华中四川电网内部故障将会引起区外特高压通道功率大幅波动，威胁互联电网稳定运行。以往机组PSS参数的整定，通常是以增强机组与区域本网以及区域本网与主网振荡阻尼为目标，然而在大区互联电网格局下，区内机组的PSS整定方案也将会对区外关键振荡模式产生明显影响。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供了一种缓解区内外关联耦合的多机群PSS协调优化方法，能够改善跨大区互联电网动态特性，并增强区域间功率交换能力。
为实现上述目的，本发明提供一种缓解区内外关联耦合的多机群机组PSS协调优化方法，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤：
(1).构建区内外互联电网静态潮流模型与稳定计算模型；
(2).利用小干扰频域特征根扫描，识别区外大电网关键机电振荡模式；
(3).参与区外关键机电振荡模式的区内机组筛选与群划分；
(4).以增强区外关键振荡模式阻尼为目标，逐群进行机组PSS参数优化；
(5).多机群PSS参数综合协调优化；
(6).评估区外关键断面输电能力提升效果。
本发明提供的优选技术方案中，在所述步骤1中，收集区内外电网输变电元件的静态和动态参数，以及各区域发电、负荷、关键断面交换功率运行数据，根据电网结构，构建互联电网静态潮流模型和稳定计算模型，其中发电机组采用计及励磁和调速系统的详细模型。
本发明提供的第二优选技术方案中，在所述步骤2中，利用电力系统小干扰稳定计算程序，对互联电网小干扰稳定性进行机电振荡特征根的频域扫描，依据机群间相对振荡模态图，识别区外关键振荡模式。
本发明提供的第三优选技术方案中，所述步骤3包括如下步骤：
(3‐1).依据区内机组参与区外关键振荡模式的因子，筛选出参与因子相对较大的机组，依据数值大小和机组数量，选择前30%的机组；
(3‐2).根据电气结构特征，将机组归入若干待考察机群。
本发明提供的第四优选技术方案中，在所述步骤3‐1中，依据区内机组参与区外关键振荡模式的因子，由大至小对机组进行排序，筛选出参与因子相对较大的机组；
本发明提供的第五优选技术方案中，在所述步骤3‐2中，电气结构特征，包括：机组电气联系紧密程度和同通道并网。
本发明提供的第六优选技术方案中，在所述步骤4中，逐一提取待考察群，对群中机组PSS的增益参数进行等比例增减调节，观察区外关键振荡模式的小干扰阻尼比变化趋势；对群中机组PSS移相环节的超前、滞后参数分别进行等比例调节，观察区外关键振荡模式的阻尼比变化趋势；依据参数调节对阻尼比的影响，在参数可调范围内选择一组阻尼比提升幅度最大的方案。
本发明提供的第七优选技术方案中，逐一针对优化后的机群PSS参数，在电网中施加短路故障大扰动冲击，对关键区域振荡进行PRONY阻尼比辨识，若阻尼比较无优化条件下的阻尼比减小，则该机群从待考察机组群中删除，否则该机群选用优化后的PSS参数。
本发明提供的第八优选技术方案中，在所述步骤5中，依据单一机群PSS优化条件下大扰动关键区域振荡的阻尼比提升幅度，对待考察机群排序。
本发明提供的第九优选技术方案中，逐一追加待考察机群，对其中的机组实施PSS优化配置方案，考察大扰动条件下关键区域振荡阻尼比的变化情况；若振荡阻尼比增大，则该机群PSS优化配置参数计入多机群PSS协调优化方案，否则该机群不采用PSS优化配置参数，恢复使用原PSS参数。
本发明提供的第十优选技术方案中，在所述步骤6中，多机群机组PSS参数协调优化后，计算和评估区外关键区域振荡阻尼特性改善对提高输电能力的效果。
与现有技术比，本发明提供的一种缓解区内外关联耦合的多机群PSS协调优化方法，充分利用区内大型机组群参与区外主导振荡模式程度高的特点，在不显著影响区内振荡阻尼特性的基础上，协调优化各机组群PSS参数，改善区外关键振荡模式的阻尼特性，增加跨区电力交换能力。
附图说明
图1为缓解区内外关联耦合的多机群机组PSS协调优化方法的流程图。
图2华中电网与华北电网间振荡模态图。
图3四川电网与华中电网间振荡模态图。
图4瀑布沟机群PSS优化对特高压电压振荡的影响。
图5瀑布沟机群PSS优化对特高压功率振荡的影响。
图6多机群PSS协调优化对特高压电压振荡的影响。
图7多机群PSS协调优化对特高压功率振荡的影响。
具体实施方式
一种缓解区内外关联耦合的多机群机组PSS协调优化方法，用于多发电机组群PSS参数协调优化整定。
为实现上述目的，本发明提供一种缓解区内外关联耦合的多机群机组PSS协调优化方法，包括以下步骤：
(1).构建区内外互联电网静态潮流模型与稳定计算模型；
(2).小干扰频域特征根扫描，识别区外大电网关键机电振荡模式；
(3).参与区外关键机电振荡模式的区内机组筛选与群划分；
(4).以增强区外关键振荡模式阻尼为目标，逐群进行机组PSS参数优化；
(5).多机群PSS参数综合协调优化；
(6).评估区外关键断面输电能力提升效果。
在所述步骤1中，收集区内外电网输变电等元件的静态和动态参数，以及各区域发电、负荷、关键断面交换功率等运行数据，根据电网结构，构建互联电网静态潮流模型和稳定计算模型，其中发电机组采用计及励磁、调速等调节系统的详细模型。
在所述步骤2中，利用电力系统小干扰稳定计算程序，对互联电网小干扰稳定性进行机电振荡特征根的频域扫描，依据机群间相对振荡模态图，识别区外关键振荡模式。
在所述步骤3中，依据区内机组参与区外关键振荡模式的因子，由大至小对机组进行排序，筛选出参与因子相对较大的机组，依据数值大小和机组数量，依据经验可选择前30%的机组；进一步根据机组电气联系紧密程度、同通道并网等电气结构特征，将机组归入若干待考察机群。
在所述步骤4中，逐一提取待考察群，对群中机组PSS的增益参数进行等比例增减调节，观察区外关键振荡模式的小干扰阻尼比变化趋势；对群中机组PSS移相环节的超前、滞后参数分别进行等比例调节，观察区外关键振荡模式的阻尼比变化趋势；依据参数调节对阻尼比的影响，在参数可调范围内选择一组阻尼比提升幅度最大的方案。
针对优化后的机群PSS参数，在电网中施加短路故障大扰动冲击，对关键区域振荡进行PRONY阻尼比辨识，若阻尼比较无优化条件下的阻尼比减小，则该机群从待考察机组群中删除，若阻尼比增大，则该机群选用优化后的PSS参数。
在所述步骤5中，依据单一机群PSS优化条件下大扰动关键区域振荡的阻尼比提升幅度，对待考察机群排序。
逐一提追加考察机群，对其中的机组实施PSS优化配置方案，考察大扰动条件下关键区域振荡阻尼比的变化情况；若增大，则该机群PSS优化配置参数计入多机群PSS协调优化方案，反之，则该机群不采用PSS优化配置参数，恢复使用原PSS参数。
在所述步骤6中，多机群机组PSS参数协调优化后，计算和评估区外关键区域振荡阻尼特性改善对提高输电能力的效果。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
（1）构建区内外互联电网静态潮流模型与稳定计算模型
以2014年华中、华北特高压互联电网为例，收集网源建设时序、负荷发展预测数据、发电、输电和变电等元件的静态和动态参数，依据电力流分析，搭建跨大区互联电网潮流模型与稳定计算模型，其中华中电网包括四川、重庆、湖南、湖北、河南和江西等省级电网。稳定计算模型中，发电机采用计及励磁系统和调速系统的详细动态模型。
大扰动计算分析表明，四川网内尖山等电站短路故障，将引起区外华中‐华北特高压交流互联通道长治‐南阳‐荆门功率大幅波动，威胁互联电网稳定运行。
（2）小干扰频域特征根扫描，识别区外关键机电振荡模式
利用电力系统小干扰特征根频域扫描计算工具BPA‐SSAP，对跨大区互联电网主导机电振荡特征根进行扫描。结果表明，跨大区电网主要存在两个主导机电振荡模式，即华中电网对华北电网振荡、四川电网对华中主网振荡，如图2和图3所示。
华中电网与华北电网间的振荡模式，是四川电网区外关键的机电振荡模式，四川网内机组的调节器参数将会对区外振荡特性产生影响。
（3）区内参与机组筛选与群划分
依据小干扰稳定计算结果，按照四川网内机组参与四川‐华中主网、华中‐华北电网两种主导振荡模式的程度，即参与因子的大小，由大至小对机组进行排序。根据水电群公共并网同通道送出、大型水电基地密集电气联系等特征，对机组进行分群划分，如表1所示。
四川水电可划分为8个机群，分别为瀑布沟水电群、锦屏水电群、二滩水电群、溪向水电群、大康水电群、九石雅水电群、木里水电群和阿坝水电群。从各水电群参与区外华中‐华北电网振荡模式的程度上看，后四个群参与程度很小，即机组群对区外振荡特性不会产生明显影响。因此，仅将前四个水电群，即瀑布沟水电群、锦屏水电群、二滩水电群和溪向水电群作为待考察水电群。
表1四川大型水电群参与区域主导振荡因子以及群划分方案
注：“-”表示很小的数值
(4).以增强区外关键振荡模式阻尼为目标的逐群进行机组PSS参数优化
从待考察群中逐一提取机组群，以原参数为基础，分别等比例增减PSS增益系数、超前和滞后相位参数，在可调范围内选择区外关键振荡模式阻尼比增幅最大的一组参数作为优化参数。以瀑布沟水电群为例，增益系数、超前和滞后相位参数调节对阻尼比的影响计算结果，分别如表2、3和4所示。
从计算结果可以看出，增加增益对华中‐华中振荡阻尼比无明显影响，但可以增强四川‐华中振荡的阻尼，由于抑制四川电网与主网间的振荡可以降低四川网内故障后外送功率增幅振荡的程度，进而可改善特高压通道功率振荡特性，因此增益优化方案选为A4。
表2瀑布沟水电群PSS增益对小干扰阻尼的影响(单位：Hz)
从表3和表4计算结果可以看出，滞后和超前相位增加均不会对华中‐华北电网振荡模态产生影响，对四川‐华中电网振荡模态则会产生较大影响。增加相位滞后，则可增大振荡阻尼，反之则减小。因此，滞后相位参数优化方案选为B4；超前相位增加则振荡阻尼减小，考虑单一相位环节移相幅度，因此超前相位参数优化方案选为C0，即维持原参数。
表3瀑布沟水电群PSS相位调节滞后参数对振荡模态的影响（单位：Hz）
表4瀑布沟水电群PSS相位调节超前参数对振荡模态的影响（单位：Hz）
综上所述，瀑布沟机群PSS优化方案为A4+B4+C0方案。
四川网内尖山站出线短路故障冲击后，瀑布沟水电群有无PSS优化，特高压通道的电压波动以及功率波动情况，分别如图4和5所示。
按照此步骤，依次对锦屏水电群、二滩水电群和溪向水电群进行PSS优化。
(5).多机群PSS参数综合协调优化
针对待考察群，依次实施PSS优化方案，并对比大扰动后区外关键振荡模式的阻尼特性改善情况，若当前考察群PSS优化方案实施后，可进一步增大阻尼，则将该优化方案计入多集群PSS参数综合系统优化方案中，否则考察群PSS恢复原参数配置。依次遍历所有待考察群。
瀑布沟、锦屏、二滩、溪向等待考察群，依次实施PSS优化方案对区外关键振荡模式的阻尼改善情况，如图6和7所示。
(6).评估区外关键断面输电能力提升效果
多机群PSS参数综合协调优化后，大扰动冲击下区外关键断面振荡模式的阻尼增大，安全稳定裕度增大，相应重要通道的输电能力也得以提升。
四川瀑布沟、锦屏、二滩和溪向水电群PSS综合协调优化后，对应四川网内尖山站出线短路故障，对应的长治‐南阳特高压互联通道“南电北送”极限功率可提升150MW。
四川网内多机群PSS协调优化后，增强了跨大区电力交换能力，为大范围资源优化配置、南北水火互济、错峰等联网效益的充分发挥，创造了良好的系统条件。
需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。
Claims (7)
1.一种缓解区内外关联耦合的多机群机组PSS协调优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1).构建区内外互联电网静态潮流模型与稳定计算模型；
(2).利用小干扰频域特征根扫描，识别区外大电网关键机电振荡模式；
(3).参与区外关键机电振荡模式的区内机组筛选与群划分；
(4).以增强区外关键机电振荡模式阻尼为目标，逐群进行机组PSS参数优化；
(5).多机群PSS参数综合协调优化；
(6).评估区外关键断面输电能力提升效果；
所述步骤3包括如下步骤：
(3-1).依据区内机组参与区外关键机电振荡模式的因子，筛选出参与因子相对较大的机组，依据数值大小和机组数量，选择前30％的机组；
(3-2).根据电气结构特征，将机组归入若干待考察机群；
在所述步骤3-1中，依据区内机组参与区外关键机电振荡模式的因子，由大至小对机组进行排序，筛选出参与因子相对较大的机组；
所述步骤4中，逐一提取待考察机群，对群中机组PSS的增益参数进行等比例增减调节，观察区外关键机电振荡模式的小干扰阻尼比变化趋势；对群中机组PSS移相环节的超前、滞后参数分别进行等比例增减，观察区外关键机电振荡模式的小干扰阻尼比变化趋势；依据参数调节对阻尼比的影响，在参数可调范围内选择一组阻尼比提升幅度最大的方案；
逐一针对优化后的机群PSS参数，在电网中施加短路故障大扰动冲击，对关键区域振荡进行PRONY阻尼比辨识，若阻尼比较无优化条件下的阻尼比减小，则该机群从待考察机组群中删除，否则该机群选用优化后的PSS参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，收集区内外电网输变电元件的静态和动态参数，以及各区域发电、负荷、关键断面交换功率运行数据，根据电网结构，构建互联电网静态潮流模型和稳定计算模型，其中发电机组采用计及励磁和调速系统的详细模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，利用电力系统小干扰稳定计算程序，对互联电网小干扰稳定性进行机电振荡特征根的频域扫描，依据机群间相对振荡模态图，识别区外关键机电振荡模式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3-2中，电气结构特征，包括：机组电气联系紧密程度和同通道并网。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤5中，依据单一机群PSS优化条件下大扰动关键区域振荡的阻尼比提升幅度，对待考察机群排序。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，逐一追加待考察机群，对其中的机组实施PSS优化配置方案，考察大扰动条件下关键区域振荡阻尼比的变化情况；若振荡阻尼比增大，则该机群PSS优化配置参数计入多机群PSS协调优化方案，否则该机群不采用PSS优化配置参数，恢复使用原PSS参数。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述步骤6中，多机群机组PSS参数协调优化后，计算和评估区外关键区域振荡阻尼特性改善对提高输电能力的效果。
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