CN103887773B - 一种基于wams的电网严重事故隔离控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于电力系统失步振荡分析和解列控制领域的一种基于WAMS的电网严重事故隔离控制方法。该方法利用WAMS实测数据以及失步振荡的特点，提出一种由基于发电机功角的启动判据和反应振荡中心两端电压相角差变化的主判据构成的复合隔离判据。启动判据用以提高隔离控制的及时性，启动判据和主判据一起用于判断系统失步并采取隔离措施，以避免误判。该方法的启动判据和主判据同均依据WAMS全局信息进行在线判断，提高了准确性和自适应性。本发明为电网严重事故隔离提出了一种新的思路。

Description

一种基于WAMS的电网严重事故隔离控制方法

技术领域

本发明属于电力系统失步振荡分析和解列控制技术领域，尤其涉及一种基于WAMS的电网严重事故隔离控制方法。

背景技术

在西电东送、南北互供条件下，全国联网的巨型电力系统已经成为我国电网的一种必然趋势。随着互联电网规模日益扩大，特别是特高压电网的建设，使得区域电网之间联系越来越紧密。如果出现重大事故，其影响的规模和造成的损失将有可能大幅度的增加。例如，2012年7月30日和31日，印度相继发生了两次大停电事故，创下了影响人口规模的世界纪录，造成的经济损失高达数亿美元，社会影响也极其深远。电力行业是国民经济的支柱，电力系统能否安全稳定运行关系到国民经济、社会稳定与人民生活，因而保证电力系统的安全稳定运行，具有极其重大的社会意义和经济意义。因此，保证大规模互联电力系统的安全、稳定和经济运行是一个重大而迫切的问题，必须作为一个重大战略问题来解决。

电力系统长期的运行实践表明，不论如何严格的要求稳定性，如何完善措施，总可能会发生一些事先不可预料的因素，导致稳定被破坏。如果处理不当，最终将会产生巨大的经济损失。隔离作为现在的一种重要的控制措施，通常将该控制作为稳定控制的后备，是防止系统大面积停电的重要措施。当电力系统遭受大扰动失去同步时，恰当的隔离措施能够将相互失步的各部分断开，阻止事故蔓延，减少停电范围，防止系统崩溃，保证大系统的稳定运行，最大程度地减小经济损失。它是确保电力系统安全运行的最后一道防线，在电力系统中占有十分重要的位置。因此，针对现今电网向大规模互联发展的新阶段，研究适用于大规模互联电力系统，准确、快速的隔离方法，具有重大的现实意义。

隔离控制的关键是隔离判据。对于现在联系密切的互联大电网，简单的解列控制，故障部分可能还间接的存在联系。因此，传统概念的解列判据已经不完全适用于当代的电力系统，从全局角度来说，当电网发生重大事故时，仅靠解列装置解列开离线时的预设线路，不能适应电网结构的变化或运行方式的变化，且有时解列并不能完全隔离开失步机组。因此，针对大电网，以解列为基础的隔离控制方法具有重要意义。

目前的失步解列判据大致有3种：一是由间接反映功角的电气量，如线路电流、电压、测量阻抗、视在阻抗及其变化量、有功功率、无功功率等，构成的失步解列判据，该判据只有在系统已经明显失步时才能做出判断，不能满足某些系统快速隔离的需要；二是利用等面积准则进行失步预测和判断；三是由线路两端的电势夹角或电压的相角差构成的失步解列判据，这两种判据具有预测功能，为快速解列赢得了宝贵的时间。

但传统的失步解列判据大都是基于双机模型或者单机无穷大模型，考虑的范围较小，当系统进入失步状态时，只能以小范围的局部系统为控制对象，这样的控制策略有两个明显的缺点：无法做到优化控制；面向局部的失步解列基于就地信息，控制难以防止大规模连锁崩溃事故的发生；多数判据不完善，本身就存在问题；并且实际应用中多套装置的配合存在困难等。如果将这些判据运用于复杂多机失步振荡，它们在失步振荡判据和解列点的选择上将失效。因此，对于复杂电网，仅靠基于本地量的某一解列判据作为隔离判据已经不能达到控制要求，研究利用多端变量的复合隔离判据将具有重要意义。

现有的复合判据都是基于传统判据的基础上，根据其优缺点，将两个简单的解列判据进行组合，相互协调，共同对复杂电网故障进行判别。现有的复合判据虽然提高了判据的准确性，但判据中相关电气量的阈值难以确定，不利于工程实现，工程实用性较差。因此，研究具有工程实用性的复合判据将具有重要的现实意义。

工程中采用的失步解列措施是解列装置按照设定的解列判据判断系统是否发生了异步振荡，失步中心是否落在联络线上，然后确定是否动作以解列系统。但随着电网的发展，各电网间的联络线越来越模糊，电网的失步振荡中心可能不是落在一条联络线上，而是落在一个断面上，若只是解列振荡中心所在的联络线有可能引起振荡中心的转移，引起更强或更大范围的振荡。因此，隔离断面的确定对隔离控制来说也有十分重要的作用。

互联电网的发展，要求系统的解列控制能够具有更高的及时性和准确性，电网能在线进行判别，针对电网的故障情况，根据实际情况自动提出解决方案，即能够自动判别系统失步振荡的特征，及时准确的进行隔离控制以防止失步振荡造成更大的影响和损失。当系统比较复杂时，隔离断面可能不止一个，就会出现如何识别出正确优化的隔离断面等问题。因此，研究利用简单的电气量、采用多端变量、从全局角度考虑的隔离判据具有重要的实际意义，并已经成为电力系统迫切需要解决的问题。

随着自动化技术和通信技术在电力系统的广泛应用，广域测量系统已经成为各大电网的重要组成部分。广域测量系统（WAMS,WideAreaMeasurementSystem）是以相量测量装置（PMU，PhaseMeasurementUnit）为低层测量装置，经过通信系统将测量值实时地传送到数据采集器，并经一定的数据处理后对电力系统运行进行动态监测和实现其他的高级功能。PMU使电网相量实时异地的测量成为了可能，为进一步研究电网实时动态监测技术提供了新的手段，进而也为隔离控制提供了新的途径。对于额定频率为50Hz的电力系统而言，PMU在1μs的时间误差引起的相位变化仅有0.018°，满足电力系统中不同应用情况下对测量精度的要求。因此，基于PMU的WAMS具有精确授时功能，能很好地解决了相量测量的时间同步性问题,为隔离判据的研究提供了新的技术支持。

广域系统可以提供电网多测量点的振荡信息，全面反映大区电网振荡特性，能够准确地判断系统是否发生振荡，实现大区电网广域多测点起振时序的追踪功能。广域信息可以对全网实现复杂失步振荡中心的捕捉与定位，即使在振荡中心发生漂移的情况下也能准确找到振荡中心位置，解决了振荡中心转移的问题，因此，广域信息在失步隔离控制中有一定的应用前景。

失步振荡对系统影响较大，当系统失步后应尽快将失步机组隔离，这就要求隔离控制所需时间要尽可能少，即隔离判据在考虑全局性的同时应具有及时性。以失步解列装置为基础的失步隔离控制是解决上述问题的方案之一，其关键技术在于如何捕捉复杂失步断面。通过研究，可行隔离断面必然位于异步机群之间，可以在同调机群划分的基础上，对群间联络线进行断面搜索，实现隔离控制的及时性和全局性。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中所描述的目前电力系统失步振荡分析和控制技术领域存在的问题，提出了一种基于WAMS的电网严重事故的隔离控制方法。

一种基于WAMS的电网严重事故的隔离控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：依据广域测量系统WAMS，实时监视各发电机功角，并判断各发电机的功角是否满足失步隔离启动判据，若满足，则进入步骤2；否则，解列装置不启动；

步骤2：进行同调机群的划分，并进行隔离断面的预设；

步骤3：监测预设隔离断面中各条线路的两端电压相角差和与隔离断面相连线路的两端电压相角差，判断预设隔离断面中的线路是否满足隔离主判据，若满足，则解列装置动作，在预设隔离断面进行解列；否则，闭锁解列装置。

所述失步隔离启动判据为发电机功角大于120°。

所述同调机群划分的过程为：对于系统中任意两台发电机i和j，以其功角差在时间域[0，τ]内的最大值来反映同调、非同调程度；设定阈值ε（ε≥0），当两机的功角差在[0，τ]内的最大值小于等于ε时，认为两机同调，即

$c_{\mathrm{ij}}=\underset{t\∈[0,\mathrm{\τ}]}{\max }|{\mathrm{\δ}}_i\left(t\right)-{\mathrm{\δ}}_j\left(t\right)|\≤\mathrm{\ϵ}$

其中，c_ij表示发电机i和j功角差在[0，τ]内的最大值；δ_i(t)为发电机i在t时刻的功角；δ_j(t)为发电机j在t时刻的功角；对于一个系统和任一给定的ε，各发电机之间同调性的矩阵为：

$C=\left[\begin{array}{ccccc}{c}_{11}& c_{12}& c_{13}& ...& c_{1n}\\ c_{21}& c_{22}& c_{23}& ...& c_{2n}\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ c_{n1}& c_{n2}& c_{n3}& ...& c_{\mathrm{nn}}\end{array}\right]$

其中，n为系统的发电机台数；C(i,j)表示发电机i和j的同调性：C(i,j)=0表示不同调，C(i,j)=1表示同调。

所述隔离断面的预设的过程是：

步骤201：在同调机群划分的基础上，基于图论确定各机群之间的联络线，则每组联络线集合对应一个断面割集，判断该断面割集是否满足各子系统内的功率平衡约束，从而得到满足约束条件的断面割集集合；

步骤202：计算步骤1得到的各断面割集中包含线路的传输功率总和，并选择传输功率总和最小的断面作为预设隔离断面。

所述隔离主判据为线路两端电压相角差大于180°。

所述子系统内的功率平衡约束条件为：

$\left|{\mathrm{\&Sigma;}}_{q\&Element;V_k}{w}_q\right|<\mathrm{\&Delta;}{P}_k,(k=\mathrm{1,2},...,N)$

其中：V_k为第k个子系统所包含母线的集合；w_q为第q个节点的注入功率，发电机节点w_q>0，负荷节点w_q<0；ΔP_k为第k个子系统可接受的不平衡功率，N为同调机群数目。

本发明首次提出基于发电机功角的启动判据和反应振荡中心电压相角差变化的主判据构成复合隔离判据的方法。通过WAMS，可以监测电网发电机功角曲线和线路两端的电压相角差，降低启动判据功角阈值，预测系统失步，可提高隔离控制的及时性；通过同调分群进行隔离断面的搜索，通过优选隔离断面，减小隔离对系统的冲击，也便于再同步对系统的冲击和经济损失。同时，由于线路表现出失步特征时刻不一致，不同时解列容易产生振荡中心漂移现象，本发明采用隔离断面同时解列，以实现隔离控制的及时性和避免解列时振荡中心的漂移现象。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于WAMS的电网严重事故的隔离控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1为本发明提供的一种基于WAMS的电网严重事故的隔离控制方法的流程图。图1所示的方法具体包括以下步骤：

步骤1：依据广域测量系统WAMS，实时监视各发电机功角，并判断各发电及的是否满足失步隔离启动判据，若满足，则进入步骤2；否则，解列装置不启动；所述失步隔离启动判据为发电机功角大于120°；

步骤2：进行同调机群的划分，并进行隔离断面的预设；

所述同调机群划分的过程为：对于系统中任意两台发电机i和j，以其功角差在时间域[0，τ]内的最大值来反映同调、非同调程度；设定阈值ε（ε≥0），当两机的功角差在[0，τ]内的最大值小于等于ε时，认为两机同调，即

$c_{\mathrm{ij}}=\underset{t\&Element;[0,\mathrm{\&tau;}]}{\max }|{\mathrm{\&delta;}}_i\left(t\right)-{\mathrm{\&delta;}}_j\left(t\right)|\&le;\mathrm{\&epsiv;}$

其中，c_ij表示发电机i和j功角差在[0，τ]内的最大值；δ_i(t)为发电机i在t时刻的功角；δ_j(t)为发电机j在t时刻的功角；对于一个系统和任一给定的ε，各发电机之间同调性的矩阵为：

$C=\left[\begin{array}{ccccc}{c}_{11}& c_{12}& c_{13}& ...& c_{1n}\\ c_{21}& c_{22}& c_{23}& ...& c_{2n}\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ c_{n1}& c_{n2}& c_{n3}& ...& c_{\mathrm{nn}}\end{array}\right]$

其中，n为系统的发电机台数；C(i,j)表示发电机i和j的同调性：C(i,j)=0表示不同调，C(i,j)=1表示同调；

所述隔离断面的预设的过程是：

步骤201：在同调机群划分的基础上，基于图论确定各机群之间的联络线，则每组联络线集合对应一个断面割集，判断该断面割集是否满足各子系统内的功率平衡约束，从而得到满足约束条件的断面割集集合；

步骤202：计算步骤1得到的各断面割集中包含线路的传输功率总和，并选择传输功率总和最小的断面作为预设隔离断面；

所述隔离主判据为线路两端电压相角差大于180°；

所述子系统内的功率平衡约束条件为：

$\left|{\mathrm{\&Sigma;}}_{q\&Element;V_k}{w}_q\right|<\mathrm{\&Delta;}{P}_k,(k=\mathrm{1,2},...,N)$

其中：V_k为第k个子系统所包含母线的集合；w_q为第q个节点的注入功率，发电机节点w_q>0，负荷节点w_q<0；ΔP_k为第k个子系统可接受的不平衡功率，N为同调机群数目；

步骤3：监测预设隔离断面中各条线路的两端电压相角差和与隔离断面相连线路的两端电压相角差，判断预设隔离断面中的线路是否满足隔离主判据，若满足，则解列装置动作，在预设隔离断面进行解列；否则，闭锁解列装置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于WAMS的电网严重事故的隔离控制方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：依据广域测量系统WAMS，实时监视各发电机功角，并判断各发电机的功角是否满足失步隔离启动判据，若满足，则进入步骤2；否则，解列装置不启动；

步骤2：进行同调机群的划分，并进行隔离断面的预设；

步骤3：监测预设隔离断面中各条线路的两端电压相角差和与隔离断面相连线路的两端电压相角差，判断预设隔离断面中的线路是否满足隔离主判据，若满足，则解列装置动作，在预设隔离断面进行解列；否则，闭锁解列装置；

所述失步隔离启动判据为发电机功角大于120°；

所述隔离主判据为线路两端电压相角差大于180°。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同调机群划分的过程为：对于系统中任意两台发电机i和j，以其功角差在时间域[0，τ]内的最大值来反映同调、非同调程度；设定阈值ε(ε≥0)，当两机的功角差在[0，τ]内的最大值小于等于ε时，认为两机同调，即

$c_{ij}=\underset{t\&Element;\&lsqb;0,\mathrm{\&tau;}\&rsqb;}{max}|{\mathrm{\&delta;}}_i\left(t\right)-{\mathrm{\&delta;}}_j\left(t\right)|\&le;\mathrm{\&epsiv;}$

其中，c_ij表示发电机i和j功角差在[0，τ]内的最大值；δ_i(t)为发电机i在t时刻的功角；δ_j(t)为发电机j在t时刻的功角；对于一个系统和任一给定的ε，各发电机之间同调性的矩阵为：

$C=\left[\begin{array}{ccccc}{c}_{11}& c_{12}& c_{13}& ...& c_{1n}\\ c_{21}& c_{22}& c_{23}& ...& c_{2n}\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}& \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ c_{n1}& c_{n2}& c_{n3}& ...& c_{nn}\end{array}\right]$

其中，n为系统的发电机台数；C(i,j)表示发电机i和j的同调性：C(i,j)＝0表示不同调，C(i,j)＝1表示同调。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述隔离断面的预设的过程是：

步骤201：在同调机群划分的基础上，基于图论确定各机群之间的联络线，则每组联络线集合对应一个断面割集，判断该断面割集是否满足各子系统内的功率平衡约束，从而得到满足约束条件的断面割集集合；

步骤202：计算步骤1得到的各断面割集中包含线路的传输功率总和，并选择传输功率总和最小的断面作为预设隔离断面。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述子系统内的功率平衡约束条件为：

$\left|{\mathrm{\&Sigma;}}_{q\&Element;V_k}{w}_q\right|<{\mathrm{\&Delta;P}}_k,(k=1,2,...,N)$

其中：V_k为第k个子系统所包含母线的集合；w_q为第q个节点的注入功率，发电机节点w_q>0，负荷节点w_q<0；ΔP_k为第k个子系统能接受的不平衡功率，N为同调机群数目。