CN103944170B - 一种基于电力系统响应信息的自适应紧急切负荷的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于电力系统响应信息的自适应紧急切负荷的方法，包括如下步骤：1、计算各负荷节点的暂态电压稳定指标即Y指标，2计算各负荷节点的Y指标占所有负荷节点Y指标总和的比例，3、计算各负荷节点的切负荷量；本发明能够为严重故障情况下电力系统的频率稳定性和电压稳定性提供保障。

Description

一种基于电力系统响应信息的自适应紧急切负荷的方法

技术领域

本发明属于利用电力系统响应信息进行紧急减载技术领域，具体涉及一种基于电力系统响应信息的自适应紧急切负荷的方法。

背景技术

频率和电压是衡量系统电能质量的重要指标，频率稳定性、电压稳定性以及功角稳定性是系统稳定性的三个重要方面。目前，虽然低频减载和低压减载已被广泛用来避免因频率或电压崩溃导致的大停电，但低频减载和低压减载在设计过程中相互独立，未充分考虑频率和电压在大扰动后的相互耦合特性，低频减载未考虑电压时空分布的影响，低压减载也仅按照电压跌落幅度进行控制，缺乏相应的理论依据，这对电力系统的稳定性和控制效果的经济性都具有不利影响。Q/V²表征了负荷等效电纳的大小，对于静态负荷模型中的恒阻抗负荷，Q/V²为定值，对于恒电流负荷，Q/V²与电压成反比，对于恒功率负荷，Q/V²与电压平方成反比，而对于动态负荷模型中的感应电动机，Q/V²与感应电动机转差率成正相关，因此，Q/V²作为判据可有效反映不同类型的负荷对电压稳定性的影响以及电压失稳程度。本发明在综合考虑系统电压和频率的交互影响，充分计及负荷电压和负荷无功功率的动态变化过程的基础上，设计了一种基于系统响应信息的自适应紧急切负荷方法，对低频减载及低压减载的综合整定具有重大理论和实际意义。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于电力系统响应信息的自适应紧急切负荷的方法，即利用各负荷节点电压与负荷无功功率的变化来计算暂态电压稳定指标，进而根据各负荷节点的暂态电压稳定指标大小来分配切负荷量，为严重故障扰动下电力系统的频率稳定性和电压稳定性提供了保障。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于系统响应信息的自适应紧急切负荷的方法，包括如下步骤：

(1)通过广域测量系统跟踪电力系统的各负荷节点在故障发生后0.5秒内负荷电压的变化以及负荷所吸收无功功率的变化，并按式(1)计算各负荷节点的暂态电压稳定指标：

$Y_j=\frac{Q_{j1}}{{V_{j1}}^2}-\frac{Q_{j0}}{{V_{j0}}^2},j=\mathrm{1,2}...N---\left(1\right)$

其中：j负荷节点号，Y_j第j个负荷节点的暂态电压稳定指标，Q_j1第j个负荷节点在故障后0.5秒时所吸收的无功功率的大小，Q_j0第j个负荷节点在故障前所吸收的无功功率的大小，V_j1第j个负荷节点的在故障后0.5秒时的负荷电压大小，V_j0第j个负荷节点的在故障前的负荷电压大小，N负荷节点总数；注意，在计算Y_j时，须排除负荷无功功率减小或者负荷节点电压升高的负荷节点；

(2)按式(2)计算各负荷节点的暂态电压稳定指标占所有负荷节点暂态电压稳定指标总和的比例：

$r_j=\frac{Y_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_j},j=\mathrm{1,2}...N---\left(2\right)$

其中：r_j第j个负荷节点的Y指标占所有负荷节点Y指标总和的比例；

(3)按式(3)计算各负荷节点的切负荷量后进行切负荷操作：

$\mathrm{\Δ}{P}_j=r_j\·\mathrm{\ΔP},j=\mathrm{1,2}...N---\left(3\right)$

其中：ΔP_j第j个负荷节点的切负荷量，ΔP为全网总有功缺额，可由各发电机组频率响应按式(4)计算：

$\mathrm{\ΔP}=\underset{i=1}{\overset{N_0}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{P}_i=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_0}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i{S}_i}{f_n}\frac{{\mathrm{df}}_i}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

其中：i发电机组号，N₀发电机总数，ΔP_i第i台发电机的有功缺额，T_i第i台发电机的惯性时间常数，S_i第i台发电机的额定容量，f_n额定频率50Hz，df_i/dt通过广域测量系统获得的故障后0.2秒时第i台发电机的频率变化率；

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

本发明通过考虑大扰动后负荷电压和负荷无功功率的变化过程，构建了衡量暂态电压稳定性的暂态电压稳定指标即Y指标，该指标有效地反映了不同节点电压的暂态失稳程度。应用新指标设计的基于系统响应信息的自适应紧急切负荷的方法，综合考虑了电力系统暂态电压响应和频率响应，相较于根据电压偏移量大小分配切负荷量的自适应减载方法，能更有效保障大扰动后系统的电压稳定性和频率稳定性，并且具有更快的系统暂态恢复过程和更优的稳态恢复指标。

附图说明

图1是IEEE39节点系统接线图。

图2是故障后发电机频率。

图3是故障后负荷节点电压。

图4是故障后感应电动机转差率。

图5是切负荷后全网机组平均频率。

图6是切负荷后全网平均电压。

图7是切负荷后全网最低电压。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，IEEE39节点系统，考虑发电机调压器和调速器，负荷采用70％感应电动机和30％恒阻抗并联模型，电动机考虑转子电磁暂态过程，仿真在PSASP上进行，步长0.01秒，时长10秒。

故障方式为0.5秒时刻，31号机组跳闸，同时领近的两条线路6-11和4-14断开，系统原有功出力为6141.208MW，负荷有功功率为6097.5MW，故障后系统损失有功功率520MW。故障后系统将发生功角失稳、频率失稳以及电压失稳，系统出现剧烈振荡，并且感应电动机最终将发生堵转，机组频率、负荷节点电压以及感应电动机转差率如图2-图4所示。

通过广域测量系统可获得故障后0.2秒时全网各发电机节点的频率变化率以及故障后0.5秒内负荷电压和负荷无功功率的变化情况。

第一步：按照式(1)计算各负荷节点暂态电压稳定指标Y，如表1所示。须注意，母线12联接的负荷所吸收的无功减少，因此在计算中不予考虑。

第二步：按式(2)计算各负荷节点的Y指标占所有负荷节点Y指标总和的比例，如表1所示。

第三步：按照式(3)计算各负荷节点的切负荷量，如表1所示。其中，全网总有功缺额按照式(4)计算，如表2所示，全网有功缺额为520.22MW。

表1各负荷节点切负荷量计算

表2全网有功缺额计算

利用上述方法进行自适应紧急切负荷的效果。

将本发明的自适应紧急切负荷方案与按照负荷电压偏移量进行切负荷量分配的自适应切负荷方案进行比较，后者的各节点切负荷量如表3所示，两种方案均在故障后0.5秒进行切负荷操作。

表3各负荷节点切负荷量计算

图5-图7为两种切负荷方案的效果对比图：图5表示切负荷后全网机组平均频率；图6表示切负荷后全网平均电压；图7表示切负荷后全网最低电压(31负荷母线电压)。

如图5-7所示，若全网按照负荷电压偏移量分配各节点切负荷量，则切负荷后全网机组平均频率最高值接近50.45Hz，全网平均电压比故障前下降约10％，振荡过程剧烈，并且局部区域仍会发生电压失稳，其中31负荷母线电压低于0.5p.u.，为全网最低电压；而采用本发明的方案进行切负荷后，全网机组平均频率波动在±0.1Hz范围内，频率最终将稳定在接近50Hz，并且全网平均电压基本能够恢复到接近额定值，全网最低电压(31负荷母线电压)能迅速恢复至0.85p.u.。本发明的方案有效地保障了电力系统的频率稳定性和电压稳定性。

Claims (1)

1.一种基于电力系统响应信息的自适应紧急切负荷的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)通过广域测量系统跟踪电力系统的各负荷节点在故障发生后0.5秒内负荷电压的变化以及负荷所吸收无功功率的变化，并按式(1)计算各负荷节点的暂态电压稳定指标：

其中：j为负荷节点号，Y_j为第j个负荷节点的暂态电压稳定指标，Q_j1为第j个负荷节点在故障后0.5秒时所吸收的无功功率的大小，Q_j0为第j个负荷节点在故障前所吸收的无功功率的大小，V_j1为第j个负荷节点的在故障后0.5秒时的负荷电压大小，V_j0为第j个负荷节点的在故障前的负荷电压大小，N为负荷节点总数；注意，在计算Y_j时，须排除负荷无功功率减小或者负荷节点电压升高的负荷节点；

(2)按式(2)计算各负荷节点的暂态电压稳定指标占所有负荷节点暂态电压稳定指标总和的比例：

其中：r_j为第j个负荷节点的Y指标占所有负荷节点Y指标总和的比例；

(3)按式(3)计算各负荷节点的切负荷量后进行切负荷操作：

ΔP_j＝r_j·ΔPj＝1,2…N (3)

其中：ΔP_j为第j个负荷节点的切负荷量，ΔP为全网总有功缺额，由各发电机组频率响应按式(4)求得；

其中：i为发电机组号，N₀为发电机总数，ΔP_i为第i台发电机的有功缺额，T_i为第i台发电机的惯性时间常数，S_i为第i台发电机的额定容量，f_n为额定频率50Hz，df_i/dt为通过广域测量系统获得的故障后0.2秒时第i台发电机的频率变化率。