CN104022512A - 基于响应信息的电力系统紧急控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于响应信息的电力系统紧急控制方法，根据广域动态信息系统WAMS实测发电机响应即功角、角速度及不平衡动率信息，当系统不稳定时，实时计算系统所需的控制量；包括如下步骤：1、判别系统是否稳定；2、预测出等值单机无穷大系统的不稳定平衡点，若没有不稳定平衡点，则发出解列命令；3、计算等值单机无穷大系统角速度对功角的一阶导数k的目标值；4、计算出等值单机无穷大系统的控制量λ；5、计算多机系统所需要的控制量ΔP_m；6、执行切机操作；该方法根据广域动态信息系统WAMS实测发电机响应即功角、角速度及不平衡动率信息，当系统不稳定时，能够实时计算系统所需的控制量，适应系统的复杂模型。

Description

基于响应信息的电力系统紧急控制方法

技术领域

本发明属于电力系统紧急控制技术领域，具体涉及一种基于响应信息的电力系统紧急控制方法。

背景技术

目前的电力系统稳定性预测与紧急控制装置仍是依赖于电网模型、参数的计算为基础，当模型、参数失配时，结果的正确性难于保证。而事实证明，大电网的负荷特性、调节系统参数等动态过程起重要作用的环节难于准确掌握。不依赖于系统参数与计算的、基于系统响应的稳定性预测与控制是多年来的期盼，随着WAMS技术的逐步成熟，可以预见在不远的将来能够实时获得系统中机组的各种动态信息。由于相角测量使得人们能实时地“看到”系统的状态，而与系统的模型、参数无关，进行全系统的实时动态全过程监控，对于预想控制投入后的控制不足，可以及时作出补充附加控制，确保系统安全过渡到新的稳定平衡状态，真正达到电力系统的实时闭环控制，其安全稳定水平必将极大地提高。

随着广域相量测量系统(WAMS,Wide Area Measurement System)在电力系统的安装，动态过程中机组的运动曲线可以直接测量而不必依赖数值计算，这无疑为电力系统实时的紧急控制提供了新的发展契机。WAMS可以在同一参考时间下捕捉到互联大系统各点的实时动态过程,且数据更新速度达到毫秒级,为电力系统的暂态不稳定性的实时识别提供了可能，其基本思想是利用WAMS提供的系统轨迹信息，挖掘轨迹信息背后的规律和机理，找出轨迹信息与系统稳定性之间的关系，实现实时紧急控制算法。

发明内容

为了解决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响应信息的电力系统紧急控制方法，该方法根据广域动态信息系统(WAMS)实测发电机响应(功角、角速度及不平衡动率)信息，当系统不稳定时，能够实时计算系统所需的控制量，适应系统的复杂模型。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于响应信息的电力系统紧急控制方法，根据广域动态信息系统WAMS实测发电机响应即功角、角速度及不平衡动率信息，当系统不稳定时，实时计算系统所需的控制量；具体包括如下步骤：

步骤1：根据广域动态信息系统WAMS实测电力系统的功角、角速度机械输入功率和电磁输出功率，并判别系统是否稳定；

步骤2：假设系统失稳模式为两群失稳，已知系统的分群模式分为临界机群S和其余集群A，两群系统等值成单机无穷大系统；当系统不稳定时，根据等值单机无穷大系统的响应信息，采用曲线拟合的方法，预测等值单机无穷大系统的不稳定平衡点，若没有不稳定平衡点，则发出解列命令；

步骤3：若有不稳定平衡点，则根据等值单机无穷大系统切机时刻Tc的功角，角速度和不稳定平衡点处的功角δ_u，计算使得等值单机无穷大系统恢复稳定的控制措施动作之后，等值单机无穷大系统角速度对功角的一阶导数k的目标值：

$k=\frac{-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_c}{{\mathrm{\δ}}_u-{\mathrm{\δ}}_c}$

式中：

δ_c——等值单机无穷大系统切机时刻的功角；

Δωc——等值单机无穷大系统切机时刻的角速度；

δu——等值单机无穷大系统不稳定平衡点处的功角；

步骤4：根据等值单机无穷大系统的上述k值，计算出等值单机无穷大系统的控制量λ：

$k=\frac{(1-\mathrm{\λ})P_m-P_{\mathrm{ec}}}{(1-\mathrm{\λ})\mathrm{M\Δ}{\mathrm{\ω}}_c}\⇒\mathrm{\λ}=1-\frac{P_{\mathrm{ec}}}{P_m-\mathrm{M\Δ}{\mathrm{\ω}}_{c}k}$

式中：

λ——系统恢复稳定时所需要的控制量；

k——等值单机无穷大系统的角速度相对功角的一阶导数；

P_ec——等值单机无穷大系统的电磁功率在切机时刻Tc的值；

M——等值单机无穷大系统的惯性时间常数；

P_m——等值单机无穷大系统的机械功率；

步骤5：将得到的等值单机无穷大系统的控制量归算到多机系统侧，得到多机系统所需要的控制量ΔP_m：

$\mathrm{\Δ}{P}_m=P_{\mathrm{msc}}-(\frac{{\mathrm{kMM}}_T\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_c+(P_{\mathrm{mac}}-P_{\mathrm{eac}})M_s}{M_a}+P_{\mathrm{esc}})$

式中：

k——等值单机无穷大系统的角速度相对功角的一阶导数；

P_esc——临界机群的等值电磁功率在切机时刻Tc的值；

P_msc——临界机群的等值机械功率在切机时刻Tc的值；

P_eac——其余机群的等值电磁功率在切机时刻Tc的值；

P_mac——其余机群的等值机械功率在切机时刻Tc的值；

P_esc——临界机群的等值电磁功率在切机时刻Tc的值；

M——等值单机无穷大系统的惯性时间常数；

M_T——所有发电机的惯性时间常数总和；

M_s——临界机群等值惯性时间常数；

M_a——其余机群等值惯性时间常数；

步骤6：根据步骤5得到多机系统所需要的控制量ΔP_m，执行切机操作。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

本发明对电力系统的暂态分析过程不需要预先获得电力系统的网络结构及元件的模型和参数，方法所需信息是根据实时测量数据获得或计算得到，能适应系统的复杂模型，能准确地反映系统的真实运行情况，达到实时匹配故障模式。

附图说明

图1是计算示例WEPRI36系统接线图。

图2是在线计算紧急控制策略流程图。

图3是各发电机相对于系统惯性中心的功角曲线图。

图4是0.65s控制策略实施之后的系统功角曲线图。

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，WEPRI36系统，故障设置为母线31和母线33之间靠近母线33侧发生三相短路接地故障，0.19秒跳开线路，根据策略表在0.35s的时候切除了G8发电机30％出力。在0.5s判别出系统将要失稳，启动控制量算法。此时临界机群(S)为G7，G8发电机，其余机群(A)为G1，G2，G3，G4，G5，G6发电机。图3给出了此时发电机相对于系统惯性中心的功角曲线图。

各发电机G1-G8的惯性时间常数如表1所示。

临界机群、其余机群和等值单机无穷大系统的惯性时间常数如表2所示。

表1(单位：s)：

G1	G2	G3	G4	G5	G6	G7	G8
								140.812	29.998	79.503	15.679	39.200	2.620	21.999	32.598

表2(单位：s)：

临界机群	其余机群	等值单机无穷大系统
			54.5975	307.8125	46.3723

0.5s时，临界机群、其余机群和等值单机无穷大系统的转子角、角速度、机械功率、电磁功率如表3所示：

表3

0.5s时，G7，G8发电机的机械功率、电磁功率如表4所示：

表4

	机械功率(标幺值)
		G7	2.30786

G8

2.19466

图2是在线计算紧急控制策略流程图，根据上述参数，本发明具体的控制方法如下：

第一步：通过控制前的信息预测等值单机无穷大系统的不稳定平衡点为124.8947°；

第二步：通过公式(1)计算得到k＝-6.5089；

第三步：通过公式(2)计算等值单机无穷大系统的控制量λ＝0.1502；

第四步：通过公式(3)将计算得到的等值无穷大单机无穷大系统的控制量归算到多机侧ΔP_m＝0.7021，因此得到使得系统恢复稳定的紧急控制为切除G7发电机30％出力；

第五步：在0.65s执行控制策略，控制策略动作之后的功角曲线图如图4所示。

Claims (1)

1.一种基于响应信息的电力系统紧急控制方法，其特征在于：根据广域动态信息系统WAMS实测发电机响应即功角、角速度及不平衡动率信息，当系统不稳定时，实时计算系统所需的控制量；具体包括如下步骤：

步骤1：根据广域动态信息系统WAMS实测电力系统的功角、角速度机械输入功率和电磁输出功率，并判别系统是否稳定；

步骤2：假设系统失稳模式为两群失稳，已知系统的分群模式分为临界机群S和其余集群A，两群系统等值成单机无穷大系统；当系统不稳定时，根据等值单机无穷大系统的响应信息，采用曲线拟合的方法，预测等值单机无穷大系统的不稳定平衡点，若没有不稳定平衡点，则发出解列命令；

步骤3：若有不稳定平衡点，则根据等值单机无穷大系统切机时刻Tc的功角，角速度和不稳定平衡点处的功角δ_u，计算使得等值单机无穷大系统恢复稳定的控制措施动作之后，等值单机无穷大系统角速度对功角的一阶导数k的目标值：

$k=\frac{-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_c}{{\mathrm{\δ}}_u-{\mathrm{\δ}}_c}$

式中：

δ_c——等值单机无穷大系统切机时刻的功角；

Δω_c——等值单机无穷大系统切机时刻的角速度；

δ_u——等值单机无穷大系统不稳定平衡点处的功角；

步骤4：根据等值单机无穷大系统的上述k值，计算出等值单机无穷大系统的控制量λ：

$k=\frac{(1-\mathrm{\λ})P_m-P_{\mathrm{ec}}}{(1-\mathrm{\λ})\mathrm{M\Δ}{\mathrm{\ω}}_c}\⇒\mathrm{\λ}=1-\frac{P_{\mathrm{ec}}}{P_m-\mathrm{M\Δ}{\mathrm{\ω}}_{c}k}$

式中：

λ——系统恢复稳定时所需要的控制量；

k——等值单机无穷大系统的角速度相对功角的一阶导数；

P_ec——等值单机无穷大系统的电磁功率在切机时刻Tc的值；

M——等值单机无穷大系统的惯性时间常数；

P_m——等值单机无穷大系统的机械功率；

步骤5：将得到的等值单机无穷大系统的控制量归算到多机系统侧，得到多机系统所需要的控制量ΔP_m：

$\mathrm{\Δ}{P}_m=P_{\mathrm{msc}}-(\frac{{\mathrm{kMM}}_T\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_c+(P_{\mathrm{mac}}-P_{\mathrm{eac}})M_s}{M_a}+P_{\mathrm{esc}})$

式中：

k——等值单机无穷大系统的角速度相对功角的一阶导数；

P_esc——临界机群的等值电磁功率在切机时刻Tc的值；

P_msc——临界机群的等值机械功率在切机时刻Tc的值；

P_eac——其余机群的等值电磁功率在切机时刻Tc的值；

P_mac——其余机群的等值机械功率在切机时刻Tc的值；

P_esc——临界机群的等值电磁功率在切机时刻Tc的值；

M——等值单机无穷大系统的惯性时间常数；

M_T——所有发电机的惯性时间常数总和；

M_s——临界机群等值惯性时间常数；

M_a——其余机群等值惯性时间常数；

步骤6：根据步骤5得到多机系统所需要的控制量ΔP_m，执行切机操作。