CN104052065A - 一种基于电压跌落幅值的自适应紧急切负荷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压跌落幅值的自适应紧急切负荷的方法，包括计算全网各负荷节点的电压跌落幅值；按照电压跌落幅值大小对各负荷节点排序；对排序后的负荷节点按电压跌落幅值由大到小的顺序依次开始切除，直到总切负荷量与全网有功缺额相等则切负荷完毕。本发明充分考虑了电力系统的暂态电压响应，相较于现有的切负荷方法，本发明能更快速有效地选择电网中的薄弱母线进行切负荷，并且所选切负荷地点的数量可根据电网实际情况和故障发生时有功缺额的大小进行调整，充分考虑了各负荷节点电压在系统发生大扰动后的时空分布特性，有效地对系统状态进行控制，避免出现电压崩溃现象，保障了电力系统的频率稳定性和电压稳定性。

Description

一种基于电压跌落幅值的自适应紧急切负荷的方法

技术领域

本发明涉及利用电压响应信息进行自适应紧急减载技术领域，尤其涉及一种基于电压跌落幅值的自适应紧急切负荷的方法。

背景技术

电力系统正常运行时，电源的无功功率输出与负荷的无功功率消耗及网络无功损耗相平衡。若电源或无功功率补偿容量发生缺额时，负荷端电压被迫降低，当电压降低到某个临界值后,电压值持续不断地下降而不能恢复,即为电压崩溃。电压崩溃使该地区的所有负荷被迫停电，甚至可能扩大为系统几部分之间的失去同步，导致非同步振荡，造成全系统的事故，损失更多负荷

目前，低压减载已被广泛用来避免因电压崩溃导致的大停电，但低压减载在设计过程中主要采用传统方案，即设定一定的门槛值和延时，当电压跌落到门槛值以下后经过一定延时将负荷按确定比例进行切除，这种方案利用的是局部电压响应信息，属于分散型电压控制，并未计及系统的频率响应，与低频减载相互独立，而且也没有充分考虑各负荷节点电压在系统发生大扰动后的时空分布特性，往往无法有效地对系统状态进行控制，甚至在减载后仍然出现频率或者电压崩溃。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电压跌落幅值的自适应紧急切负荷的方法，充分考虑各负荷节点电压在系统发生大扰动后的时空分布特性，有效地对系统状态进行控制，避免出现电压崩溃现象。

本发明采用下述技术方案：

一种基于电压跌落幅值的自适应紧急切负荷的方法，包括如下步骤：

(1)计算全网各负荷节点的电压跌落幅值:为了得到节点的电压响应，通过广域信息测量系统计算电力系统在故障发生后0.2秒内各负荷节点的电压跌落幅值

ΔV_j＝V_j-V_j0      j＝1,2…N

其中：j负荷节点号，ΔVj(下角标对应)第j个负荷节点的电压跌落幅值，Vj故障后0.2秒时第j个负荷节点的电压，Vj0为故障前第j个负荷节点的电压，N负荷节点总数；

(2)按照电压跌落幅值大小对各负荷节点排序，使得排序后的负荷节点的电压跌落幅值依次降低，即：

ΔV₁≥ΔV₂≥…≥ΔV_N

(3)通过选择切负荷地点，并分配各切负荷节点的切负荷量：切负荷时，为了使电压跌落情况严重的节点先得到控制，对步骤(2)中排序后的负荷节点按电压跌落幅值由大到小的顺序依次开始切除，直到总切负荷量与全网有功缺额相等则切负荷完毕；即满足：

$\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_j=\mathrm{\ΔP};$

其中：M切负荷节点总数，ΔPj第j个切负荷节点的切负荷量，ΔP全网有功缺额。

所述全网有功缺额ΔP由各个发电机频率响应按照下式计算：

$\mathrm{\ΔP}=\underset{i=1}{\overset{N_0}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_i=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_0}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i{S}_i}{f_n}\frac{{\mathrm{df}}_i}{\mathrm{dt}}$

其中：i发电机组号，N0发电机总数，ΔPi第i台发电机的有功缺额，Ti为第i台发电机的惯性时间常数，Si为第i台发电机的额定容量，fn为额定频率50Hz，dfi/dt为通过广域信息测量系统获得的第i台发电机的频率变化率。

本发明相较于现有的切负荷地点选择方法，能更快速有效地选择电网中的薄弱母线，并且所选切负荷地点的数量可根据电网实际情况和故障发生时有功缺额的大小进行调整，充分考虑各负荷节点电压在系统发生大扰动后的时空分布特性，有效地对系统状态进行控制，避免出现电压崩溃现象，保障了电力系统的频率稳定性和电压稳定性。

附图说明

图1是所述IEEE39节点系统接线图；

图2是所述故障后发电机频率图；

图3是所述故障后负荷节点电压；

图4是所述故障后感应电动机转差率；

图5是所述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；

图8为本发明的流程图。

具体实施方式

如图1-4和图8所示，以下结合附图及具体实例，对本发明作进一步的详细描述。

本发明以IEEE39节点系统为例，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，在PSASP上进行仿真，仿真的步长设置为0.01秒，时长设置为10秒，由仿真软件可得系统原有功出力为6141.208MW，负荷有功功率为6097.5MW。

设置故障方式为0.5秒时刻图1所示的IEEE39节点系统中的31号机组跳闸，同时领近的两条线路6-11和4-14同时断开，故障后系统的系统有功出力为5621.208MW，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。此时必须进行切负荷以保障系统电压稳定性。

由本发明所述的基于电压跌落幅值的切负荷地点选择的方法具体包括如下步骤：

第一步：通过广域信息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各负荷节点电压跌落幅值。按照公式ΔV_j＝V_j-V_j0     j＝1,2…N(1)其中：j负荷节点号，ΔVj(下角标对应)第j个负荷节点的电压跌落幅值，Vj故障后0.2秒时第j个负荷节点的电压，Vj0为故障前第j个负荷节点的电压，N负荷节点总数；计算各负荷节点的电压跌落幅值ΔV_j，如表1所示。

表1各负荷节点R_j计算

第二步：按照公式ΔV₁≥ΔV₂≥…≥ΔV_N(2)对各负荷节点排序，如表2所示。注意，表1中母线12电压升高，因此不参与排序。

表2负荷节点排序

第三步：按照公式(4)计算全网有功缺额。其中：i发电机组号，N0发电机总数，ΔPi第i台发电机的有功缺额，Ti为第i台发电机的惯性时间常数，Si为第i台发电机的额定容量，fn为额定频率50Hz，dfi/dt为通过广域信息测量系统获得的第i台发电机的频率变化率，如表3所示，全网有功缺额为520.22MW；所选切负荷节点及其切负荷量如表4所示，31母线负荷完全切除，共9.2MW，7母线负荷完全切除，共233.8MW，4母线负荷切除55.444％，共277.22MW，三条母线总切负荷量满足公式时，则切负荷完毕，即切负荷的节点为31母线、7母线和4母线共三条，在分配时前面的2条全部切除，最后一条按需求比例进行切除，从而实现切负荷条件。

表3全网有功缺额计算

表4切负荷节点选择及切负荷量分配

将本发明的切负荷方案与传统低压减载方案进行比较。

传统低压减载方案如表5所示。

表5传统低压减载方案

传统低压减载方案下，第1轮共切除有功负荷349.55MW，第2轮共切除有功负荷269.08MW，第3轮共切除有功负荷189.63MW总切机量为808.26MW。

图5-图7为两种切负荷方案的效果对比图：如图5-7所示，若按照传统低压减载方案切负荷，虽然切负荷量更大,但是切负荷后全网机组平均频率最高值接近51Hz，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±0.05Hz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额定值，振荡幅度小，全网最低电压(31负荷母线电压)能迅速恢复至接近0.9p.u.。由此可见本发明相较于现有的切负荷地点选择方法，能更快速有效地选择电网中的薄弱母线，并且所选切负荷地点的数量可根据电网实际情况和故障发生时有功缺额的大小进行调整，充分考虑各负荷节点电压在系统发生大扰动后的时空分布特性，有效地对系统状态进行控制，避免出现电压崩溃现象，保障了电力系统的频率稳定性和电压稳定性。

Claims (2)

1.一种基于电压跌落幅值的自适应紧急切负荷的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)计算全网各负荷节点的电压跌落幅值:为了得到节点的电压响应，通过广域信息测量系统计算电力系统在故障发生后0.2秒内各负荷节点的电压跌落幅值：

ΔV_j＝V_j-V_j0      j＝1,2…N

其中：j为负荷节点号，ΔV_j为第j个负荷节点的电压跌落幅值，V_j为故障后0.2秒时第j个负荷节点的电压，V_j0为故障前第j个负荷节点的电压，N为负荷节点总数；

(2)按照电压跌落幅值大小对各负荷节点排序，使得排序后的负荷节点的电压跌落幅值依次降低，即：

ΔV₁≥ΔV₂≥…≥ΔV_N；

(3)通过选择切负荷地点，并分配各切负荷节点的切负荷量：切负荷时，为了使电压跌落情况严重的节点先得到控制，对步骤(2)中排序后的负荷节点按电压跌落幅值由大到小的顺序依次开始切除，直到总切负荷量与全网有功缺额相等则切负荷完毕；即满足：

$\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_j=\mathrm{\ΔP};$

其中：M为切负荷节点总数，ΔP_j为第j个切负荷节点的切负荷量，ΔP为全网有功缺额。

2.根据权利要求1所述的基于电压跌落幅值的自适应紧急切负荷的方法，其特征在于：所述全网有功缺额ΔP由各个发电机频率响应按照下式计算：

$\mathrm{\ΔP}=\underset{i=1}{\overset{N_0}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔP}}_i=\frac{\underset{i=1}{\overset{N_0}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i{S}_i}{f_n}\frac{{\mathrm{df}}_i}{\mathrm{dt}}$

其中：i为发电机组号，N₀为发电机总数，ΔP为i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为通过广域信息测量系统获得的第i台发电机的频率变化率。