CN103683277B - 一种电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明依据暂态安全稳定量化信息，筛选机组领前群和余下群分群边界母线集合，将分群边界母线等效为一个虚拟母线，并基于等效虚拟母线增加一个虚拟支路，计算各负荷母线与虚拟支路两端母线的等值阻抗，通过分群判别指标实现各负荷母线的分群识别，利用负荷母线与发电机母线等值互导纳模值对所属群内机组的参与因子加权求和，快速计算各负荷母线紧急切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标。本发明能够快速评估不同地点切负荷措施的有效性，从而为电力系统暂态稳定切负荷优化控制提供量化指标。

Description

一种电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及种电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法。

背景技术

电力系统暂态功角稳定量化分析理论，能够正确识别预想故障后系统的功角稳定主导模式（包括机组分群、摆次和裕度），在此基础上，基于每台发电机的加速动能或减速动能之间的比例关系，可识别暂态功角稳定模式中不同群内发电机的参与因子，为电力系统发电出力调整、输电极限计算和控制决策优化等提供了高效的量化分析与决策支持功能。

随着超、特高压交直流、大容量输电网络的建设，在向目标网架过渡期间，互联的交流断面联系还比较薄弱，故障后系统的功角稳定约束可能成为制约输电能力的重要因素，电网解列后也可能存在暂态功角失稳问题，紧急切负荷措施成为大电网中暂态功角稳定控制的必要手段。若能够在前期识别发电机暂态稳定参与因子的基础上，进一步给出各负荷母线紧急切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标，则可为电力系统暂态稳定快速紧急切负荷措施的优化以及切机、切负荷及交直流协调提供量化分析与决策支持。

发明内容

本发明的目的是：给出系统中各负荷母线紧急切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标，从而量化功角稳定模式中各负荷母线切负荷控制对暂态功角稳定的影响程度，为电力系统暂态稳定切机、切负荷及交直流协调优化提供量化分析与决策支持。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1）根据电力系统运行方式及相应的模型与参数，采用时域仿真方法获取预想故障下系统发电机功角、母线电压受扰轨迹，所述电力系统运行参数包括系统潮流数据和元件动态模型参数；

2）基于预想故障下系统发电机功角受扰轨迹，利用扩展等面积准则给出的暂态功角稳定失稳模式，计算各个机组的暂态稳定参与因子，设第g个机组的暂态稳定参与因子为p_Gg，其中g代表第g个机组的序数，并确定余下群内暂态稳定参与因子最大的机组；

3）设置母线电压安全考核二元表(V_cr,T_cr)，其中V_cr为二元表中电压跌落门槛值，T_cr为母线电压低于V_cr允许持续时间，并基于电压安全考核二元表和预想故障下母线电压受扰轨迹，利用暂态电压跌落量化评估理论给出的系统母线暂态电压安全裕度，从中筛选电压安全裕度小于预设门槛值ξ的系统母线子集作为分群边界母线集合；

再将分群边界母线集合中的所有母线等效为一个虚拟母线B，并基于虚拟母线B增加另一虚拟母线B′以及虚拟母线B与B′之间的虚拟支路BB′，通过计算、比较各个负荷母线与虚拟母线B和B′的等值阻抗判别各个负荷母线的分群归属；

4）基于各个负荷母线的分群归属信息，计算各个负荷母线与其所属的领前群或余下群各个机组的互导纳模值，利用互导纳模值对各个机组的暂态稳定参与因子加权并求和，计算各个负荷母线紧急切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标。

上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤3）具体包括以下步骤：3-1）设置母线电压安全考核二元表(V_cr,T_cr)，其中V_cr为二元表中电压跌落门槛值，T_cr为母线电压低于V_cr允许持续时间，并基于电压安全考核二元表和预想故障下母线电压受扰轨迹，利用暂态电压跌落量化评估理论给出的系统母线暂态电压安全裕度，从中筛选电压安全裕度小于预设门槛值ξ的系统母线子集作为分群边界母线集合；

3-2）将分群边界母线集合中的所有母线等效为一个虚拟母线B，计算余下群内暂态稳定参与因子最大机组的机端母线与虚拟母线B的等值阻抗，记为X_a.max；

3-3）基于等效虚拟母线B，增加另一虚拟母线B′和虚拟母线B与B′之间的虚拟支路BB′，其中虚拟支路BB′的阻抗值为X_a.max/2，另一虚拟母线B′设置需满足X′_a.max＜X_a.max条件，其中X′_a.max为余下群内暂态稳定参与因子最大机组的机端母线与虚拟母线B′的等值阻抗；

3-4）分别计算各个负荷母线与虚拟母线B和B′的等值阻抗，设第l个负荷母线与虚拟母线B的等值阻抗为X_lb、第l个负荷母线与虚拟母线B′的等值阻抗为X′_lb，其中l代表第l个负荷母线的序数，并按公式（1）计算各个负荷母线的分群判别指标：

$K_l=\frac{X_{\mathrm{lb}}-x_{\mathrm{lb}}^{\′}}{|X_{\mathrm{lb}}-X_{\mathrm{lb}}^{\′}|}---\left(1\right)$

上述式中，K_l为第l个负荷母线的分群判别指标；若K_l＞0，则第l个负荷母线属于余下群，否则属于领前群。

上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤4）具体包括以下步骤：4-1）基于潮流计算数据，按公式（2）进行节点网络方程等值简化，计算各个负荷母线与其所属的领前群或余下群内各个机组的互导纳模值，模值越大，说明两者间的电气距离越小：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_G\\ {\stackrel{\·}{I}}_L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{GG}}& Y_{\mathrm{GL}}\\ Y_{\mathrm{LG}}& Y_{\mathrm{LL}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_G\\ {\stackrel{\·}{V}}_L\end{array}\right]---\left(2\right)$

上述式中，分别为机组机端母线、负荷母线注入电流向量，分别为机组机端母线、负荷母线电压向量，Y_GG、Y_LL分别为机组机端母线、负荷母线的等值自导纳子矩阵，Y_GL、Y_LG分别为机组机端母线、负荷母线的等值互导纳子矩阵，等值互导纳子矩阵Y_LG中元素y_lg的模值|y_lg|即为第l个负荷母线与第g个机组的互导纳模值，g属于领前群S或余下群A；

4-2）基于公式（1）、（2）计算得到的K_l、|y_lg|，按公式（3）计算各个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标：

$p_l=K_l\·\underset{g\∈\mathrm{AorS}}{\mathrm{\Σ}}\left|y_{\lg }\right|p_{\mathrm{Gg}}---\left(3\right)$

上述式中，p_l为第l个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标，并通过K_l反应余下群、领前群内切负荷控制的正、负效应。

上述技术方案的进一步特征在于：针对预想故障只进行一次时域仿真计算以获取各个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标。

本发明的有益效果如下：本发明基于暂态安全稳定量化分析理论和方法，针对预想故障下的主导功角稳定模式，给出了各负荷母线暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法，量化功角稳定模式中不同负荷母线紧急切负荷控制对暂态稳定的影响程度，使得暂态安全稳定量化信息更加全面，依据这些量化信息可为电力系统暂态稳定紧急切负荷措施的快速优化以及切机、切负荷及交直流协调提供量化分析与决策支持。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。

图1中步骤1描述的是，根据电力系统运行方式及相应的模型与参数（包括系统潮流数据、元件动态模型参数），采用时域仿真方法获取预想故障下系统发电机功角、母线电压受扰轨迹。

图1中步骤2描述的是基于预想故障的发电机功角受扰轨迹，利用扩展等面积准则(EEAC)给出的暂态功角稳定失稳模式（发电机分群和摆次），计算各个机组的暂态稳定参与因子，设第g个机组的暂态稳定参与因子为p_Gg，其中g代表第g个机组的序数，并确定余下群内暂态稳定参与因子最大的机组。

图1中步骤3描述的是负荷母线分群划分方法，具体分为如下四个步骤：

第一步：设置母线电压安全考核二元表(V_cr,T_cr)，其中V_cr为二元表中电压跌落门槛值，T_cr为母线电压低于V_cr允许持续时间，二者的取值与电网规模和失稳模式相关，一般V_cr可取为0.3pu，T_cr可取为0.1s。基于电压安全考核二元表和预想故障的母线电压受扰轨迹，利用暂态电压跌落量化评估理论（TVDA）给出的系统母线暂态电压安全裕度，筛选电压安全裕度小于预设门槛值ξ（ξ的取值范围为ξ≤-0.95）的系统母线子集作为分群边界母线集合。

第二步：将分群边界母线集合中的所有母线等效为一个虚拟母线B，计算余下群内暂态稳定参与因子最大机组的机端母线与虚拟母线B的等值阻抗，记为X_a.max；

第三步：基于等效虚拟母线B，增加另一虚拟母线B′和虚拟母线B与B′之间的虚拟支路BB′，其中虚拟支路BB′的阻抗值为X_a.max/2，另一虚拟母线B′设置需满足X′_a.max＜X_a.max条件，其中X′_a.max为余下群内暂态稳定参与因子最大机组的机端母线与虚拟母线B′的等值阻抗。

第四步：分别计算各个负荷母线与虚拟母线B和B′的等值阻抗，设第l个负荷母线与虚拟母线B的等值阻抗为X_lb、第l个负荷母线与虚拟母线B′的等值阻抗为X′_lb，其中l代表第l个负荷母线的序数，并按公式（1）计算各个负荷母线的分群判别指标：

$K_l=\frac{X_{\mathrm{lb}}-X_{\mathrm{lb}}^{\′}}{|X_{\mathrm{lb}}-X_{\mathrm{lb}}^{\′}|}---\left(1\right)$

上述式中，K_l为第l个负荷母线的分群判别指标；若K_l＞0，则第l个负荷母线属于余下群，否则属于领前群。

图1中步骤4描述的是各个负荷母线紧急切负荷暂态稳定控制有效性评价指标计算方法，具体分为如下两个步骤：

第一步：基于潮流计算数据，按公式（2）进行节点网络方程等值简化，计算各个负荷母线与其所属的领前群或余下群内各个机组的互导纳模值，模值越大，说明两者间的电气距离越小：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_G\\ {\stackrel{\·}{I}}_L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{GG}}& Y_{\mathrm{GL}}\\ Y_{\mathrm{LG}}& Y_{\mathrm{LL}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_G\\ {\stackrel{\·}{V}}_L\end{array}\right]---\left(2\right)$

上述式中，分别为机组机端母线、负荷母线注入电流向量，分别为机组机端母线、负荷母线电压向量，Y_GG、Y_LL分别为机组机端母线、负荷母线的等值自导纳子矩阵，Y_GL、Y_LG分别为机组机端母线、负荷母线的等值互导纳子矩阵，等值互导纳子矩阵Y_LG中元素y_lg的模值|y_lg|即为第l个负荷母线与第g个机组的互导纳模值，该模值即反映了第l个负荷母线与第g个机组之间的电气距离，g属于领前群S或余下群A。

第二步：基于公式（1）、（2）计算得到的K_l、|y_lg|，按公式（3）计算各个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标：

$p_l=K_l\·\underset{g\∈\mathrm{AorS}}{\mathrm{\Σ}}\left|y_{\lg }\right|p_{\mathrm{Gg}}---\left(3\right)$

上述式中，p_l为第l个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标，即利用各个负荷母线与各个机组的互导纳模值对各个负荷母线所属群内各个机组的参与因子加权求和，并通过K_l反应余下群、领前群内切负荷控制的正、负效应。

具体实施中，本方法针对预想故障可以只进行一次时域仿真计算以获取各个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标。

总之，本发明所提出的电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法，是基于电力系统暂态安全稳定量化分析理论和方法，在计算领前群和余下群发电机组暂态稳定参与因子的基础上，确定领前群和余下群分群边界母线，将分群边界母线等效为一个虚拟母线，并基于等效虚拟母线增加一个虚拟支路，计算各负荷母线与虚拟支路两端母线的等值阻抗，通过分群判别指标实现各负荷母线的分群识别，利用负荷母线与发电机组机端母线的互导纳模值对负荷母线所属群内机组的参与因子加权求和，并计及切负荷在余下群、领前群控制的正、负效应，快速计算各负荷母线的暂态稳定切负荷控制有效性评价指标，量化功角稳定模式中不同负荷母线紧急切负荷对暂态稳定的影响程度，可为电力系统暂态稳定紧急切负荷措施的快速优化以及切机、切负荷及交直流协调提供量化分析与决策支持。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

1.一种电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据电力系统运行方式及相应的模型与参数，采用时域仿真方法获取预想故障下系统发电机功角受扰轨迹和母线电压受扰轨迹，所述电力系统运行参数包括系统潮流数据和元件动态模型参数；

2)基于预想故障下系统发电机功角受扰轨迹，利用扩展等面积准则给出的暂态功角稳定失稳模式，计算各个机组的暂态稳定参与因子，设第g个机组的暂态稳定参与因子为p_Gg，其中g代表第g个机组的序数，并确定余下群内暂态稳定参与因子最大的机组；

3)设置母线电压安全考核二元表(V_cr,T_cr)，其中V_cr为二元表中电压跌落门槛值，T_cr为母线电压低于V_cr允许持续时间，并基于电压安全考核二元表和预想故障下母线电压受扰轨迹，利用暂态电压跌落量化评估理论给出的系统母线暂态电压安全裕度，从中筛选电压安全裕度小于预设门槛值ξ的系统母线子集作为分群边界母线集合；

再将分群边界母线集合中的所有母线等效为一个虚拟母线B，并基于虚拟母线B增加另一虚拟母线B′以及虚拟母线B与B′之间的虚拟支路BB′，通过计算、比较各个负荷母线与虚拟母线B和B′的等值阻抗判别各个负荷母线的分群归属；

4)基于各个负荷母线的分群归属信息，计算各个负荷母线与其所属的领前群或余下群各个机组的互导纳模值，利用互导纳模值对各个机组的暂态稳定参与因子加权并求和，计算各个负荷母线紧急切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标。

2.根据权利要求1所述的电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括以下步骤：

3-1)设置母线电压安全考核二元表(V_cr,T_cr)，其中V_cr为二元表中电压跌落门槛值，T_cr为母线电压低于V_cr允许持续时间，并基于电压安全考核二元表和预想故障下母线电压受扰轨迹，利用暂态电压跌落量化评估理论给出的系统母线暂态电压安全裕度，从中筛选电压安全裕度小于预设门槛值ξ的系统母线子集作为分群边界母线集合；

3-2)将分群边界母线集合中的所有母线等效为一个虚拟母线B，计算余下群内暂态稳定参与因子最大机组的机端母线与虚拟母线B的等值阻抗，记为X_a.max；

3-3)基于等效虚拟母线B，增加另一虚拟母线B′和虚拟母线B与B′之间的虚拟支路BB′，其中虚拟支路BB′的阻抗值为X_a.max/2，另一虚拟母线B′设置需满足X′_a.max＜X_a.max条件，其中X′_a.max为余下群内暂态稳定参与因子最大机组的机端母线与虚拟母线B′的等值阻抗；

3-4)分别计算各个负荷母线与虚拟母线B和B′的等值阻抗，设第l个负荷母线与虚拟母线B的等值阻抗为X_lb、第l个负荷母线与虚拟母线B′的等值阻抗为X′_lb，其中l代表第l个负荷母线的序数，并按公式(1)计算各个负荷母线的分群判别指标：

$K_l=\frac{X_{lb}-X_{lb}^{\′}}{\left|X_{lb}-X_{lb}^{\′}\right|}---\left(1\right)$

上述式中，K_l为第l个负荷母线的分群判别指标；若K_l＞0，则第l个负荷母线属于余下群，否则属于领前群。

3.根据权利要求2所述的电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法，其特征在于：所述步骤4)具体包括以下步骤：

4-1)基于潮流计算数据，按公式(2)进行节点网络方程等值简化，计算各个负荷母线与其所属的领前群或余下群内各个机组的互导纳模值，模值越大，说明两者间的电气距离越小：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_G\\ {\stackrel{\·}{I}}_L\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Y}_{GG}& Y_{GL}\\ Y_{LG}& Y_{LL}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{V}}_G\\ {\stackrel{\·}{V}}_L\end{array}\right]---\left(2\right)$

上述式中，分别为机组机端母线、负荷母线注入电流向量，分别为机组机端母线、负荷母线电压向量，Y_GG、Y_LL分别为机组机端母线、负荷母线的等值自导纳子矩阵，Y_GL、Y_LG分别为机组机端母线、负荷母线的等值互导纳子矩阵，等值互导纳子矩阵Y_LG中元素y_lg的模值|y_lg|即为第l个负荷母线与第g个机组的互导纳模值，g属于领前群S或余下群A；

4-2)基于公式(1)、(2)计算得到的K_l、|y_lg|，按公式(3)计算各个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标：

$p_l=K_l\·\underset{g\∈AorS}{\mathrm{\Σ}}\left|y_{lg}\right|p_{Gg}---\left(3\right)$

上述式中，p_l为第l个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标，并通过K_l反应余下群、领前群内切负荷控制的正、负效应。

4.根据权利要求2或3所述的电力系统暂态稳定切负荷控制有效性评价指标计算方法，其特征在于：针对预想故障只进行一次时域仿真计算以获取各个负荷母线切负荷的暂态稳定控制有效性评价指标。