CN104091087A - 一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据，本发明依据的是失步振荡时的电压频率特性：失步中心两侧电压频率轨迹变化相反，且两侧频差的绝对值先增大后减小，存在极大值，而失步中心迁移场景下，失步中心两侧母线电压频差过零，出现反向。基于此，通过计算支路两侧的母线电压频差，母线电压频差增量和母线电压频率增量判别失步振荡中心，该判据实现较简单，可以适应失步中心的迁移，且不受电网结构和运行方式的限制，在半个失步周期内即可实现失步中心的定位。

Description

一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据

技术领域

本发明属于电力系统紧急控制技术领域，涉及适应大电网隔离断面复杂特点的严重事故隔离判据问题，具体涉及一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据。

背景技术

随着我国长距离、大容量、互联电网的发展，区域之间的电力交换不断增强，为我国带来了巨大社会和经济效益。但是由于电网结构和运行方式复杂度的提高，导致电网发生连锁故障甚至大停电事故的风险增加。失步解列作为系统第三道防线的重要组成部分，对防止电网崩溃和大面积停电事故具有重要意义。当前，失步解列装置以捕捉失步振荡中心作为核心判别手段，因此对失步解列判据的研究成为学者们研究的热点。

在系统失步过程中，失步振荡中心作为系统的电压最低点，具有线路有功周期性过零、势能最大、两侧无功总体向中心注入以及两侧母线电压相角差在0-360°周期性连续变化等电气量特性。相应的，实际的失步解列装置以此为依据定位失步中心并衍生出不同的失步解列判据。按照失步振荡中心是否发生迁移，现有的判据在适应度上存在不同程度的问题：

(1)当系统振荡模式比较单一，振荡中心不发生迁移。ucosφ判据反映电压最低点，通过ucosφ轨迹在失步周期内逐级穿越7个区域捕捉失步振荡中心，可以准确地识别失步中心出现的时刻，但是难以判定失步中心的具体位置；相位角判据依据失步时相角的变化规律，虽然能够明确失步中心的方向，但无法获知失步中心的详细位置；视在阻抗轨迹判据和阻抗角判据都是依据失步断面有功周期性过零原理，但非失步中心线路也会出现有功过零现象，容易造成装置误判；无功功率积分判据通过对失步周期内的联络线两侧的无功进行积分计算判别失步中心，但受限于积分起点难以选择及积分周期不易确定，缺乏实用性。因此，实际失步解列装置大都采取复合判据以达到更好的可靠性；

(2)失步中心因系统振荡模式等原因在多个断面间快速动态迁移。大量仿真及实际运行事故分析研究表明，大区互联电网失步后，上述判据的适应性进一步降低。如：ucosφ判据由于轨迹缺乏完整性，具体表现为轨迹仅仅穿越较少的区域无法达到动作门限，造成拒动作；视在阻抗轨迹判据和阻抗角判据对出现的多个有功周期过零点频繁记录并启动，易造成误判。即便采用复合判据也无法从根本上解决这些固有问题，失步中心的迁移行为对失步解列装置的正常动作带来巨大挑战，可能造成严重后果。

因此，为了实时准确识别与定位失步中心，较好地应对失步中心的动态迁移，是目前亟待解决的新问题。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据。

本发明所采用的技术方案是：一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集支路两侧的母线电压频率ω_u1,t和ω_u2,t，取计算步长为t_step，并计算：

A_u12,t＝ω_u1,t-ω_u2,t(式壹)

步骤2：计算支路两侧的母线电压频差增量B_u12,t和以及母线电压频率增量C_u1,t和C_u2,t：

$B_{u12,t}=\left|A_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}\right|-\left|A_{u12,t}\right|$ (式贰)

$C_{\mathrm{ui},t}={\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ui},t+t_{\mathrm{step}}}-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ui},t}(i=\mathrm{1,2})$ (式叁)

步骤3：判断是否同时满足式肆和式伍？

B_u12,t>0(式肆)

C_u1,t·C_u2,t≤0(式伍)

若是，则顺序执行下述步骤4；

若否，则回转执行所述的步骤1；

步骤4：基于母线电压频率的失步解列判据启动；

步骤5：判断是否同时满足式肆、式伍和式陆？

$B_{u12,t}\&CenterDot;B_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}<0$ (式陆)

若是，则顺序执行下述步骤6；

若否，则回转执行所述的步骤1；

步骤6：则失步中心位于该条支路上；

步骤7：判断失步中心构成的断面是否为可解列断面？

若是，则顺序执行下述步骤9；

若否，则顺序执行下述步骤8；

步骤8：判断是否满足式柒？

$A_{u12,t}\&CenterDot;A_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}<0$ (式柒)

若是，则回转执行所述的步骤1；

若否，则回转执行所述的步骤7；

步骤9：根据实际情况确定时间节点，发出解列命令，实施解列操作。

本发明根据失步过程中失步中心两侧电压频率在一个失步周期内具有两个特点：1)电压频率轨迹变化相反；2)支路两侧母线电压频差的绝对值先增大后减小，存在极大值；提出了基于母线电压频率的失步解列判据。

因此，本发明具有如下优点：

1.实现较简单，可以适应失步中心的迁移；

2.不受电网结构和运行方式的限制，在半个失步周期内即可实现失步中心的定位。

附图说明

图1：是本发明实施例的流程图。

图2：是本发明实施例中某实际区域互联电网500kV网架结构图。

图3：是本发明实施例中以某实际区域互联电网为例发电机相对功角曲线。

图4：是本发明实施例中以某实际区域互联电网为例解列后主网某支路有功曲线。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，是本发明实施例的流程图，请见图2，是本发明实施例中某实际区域互联电网500kV网架结构图，该电网共包含六个区域电网，其中，HB区、HUN区、HN区和JX区称作主网区域。SC区、CQ区和HB区之间是两回线构成的双通道，三个区域分别有148、20和87台发电机，某运行方式下，SC区向CQ区送电4578MW，CQ区向HB区送电2044MW。

0s时，SC区支路L JS-SZ上发生三相短路接地故障，0.19s时故障切除，发电机的相对功角曲线请见图3(以HB区DJ机组为参考机)。

请见图3，1.21s左右SC区、CQ区主要机组和主网区域机组功角摆开，失去稳定。CQ区部分机组同调性的改变导致全网振荡模式的变化，从而引起失步中心的迁移,监测支路两侧母线电压相角差可以发现，失步振荡中心在支路LZJB-LS和L ZJB-ES上快速来回迁移，而支路L WX-LQ在2.55s左右才出现失步中心。

本发明所采用的技术方案是：一种基于母线电压频率的电力系统失步解列判据，包括以下步骤：

步骤1：采集支路L ZJB-LS、L ZJB-ES和L WX-LQ两侧的母线电压频率ω_u1,t和ω_u2,t，取计算步长为t_step，本例中设为0.01，并计算：

A_u12,t＝ω_u1,t-ω_u2,t(式壹)

步骤2：计算支路两侧的母线电压频差增量B_u12,t和以及母线电压频率增量C_u1,t和C_u2,t：

$B_{u12,t}=\left|A_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}\right|-\left|A_{u12,t}\right|$ (式贰)

$C_{\mathrm{ui},t}={\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ui},t+t_{\mathrm{step}}}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ui},t}(i=\mathrm{1,2})$ (式叁)

步骤3：判断是否同时满足式肆和式伍？

B_u12,t>0(式肆)

C_u1,t·C_u2,t≤0(式伍)

若是，则顺序执行下述步骤4；

若否，则回转执行所述的步骤1；

步骤4：基于母线电压频率的失步解列判据启动；

本实施例，计算给出部分时间节点时，上述支路两侧母线电压频差和母线电压频率增量，用于说明失步中心的定位情况，如表1所示。

表1 支路两侧母线电压频差和母线电压频率增量表

步骤5：判断是否同时满足式肆、式伍和式陆？

$B_{u12,t}\&CenterDot;B_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}<0$ (式陆)

若是，则顺序执行下述步骤6；

若否，则回转执行所述的步骤1；

步骤6：由表1可知：

1.95s时，支路L ZJB-ES同时满足式肆、式伍和式陆，则失步中心位于该条支路上；

2.18s时，支路L ZJB-LS同时满足式肆、式伍和式陆，则失步中心位于该条支路上；

2.55s时，支路L ZJB-LS和L WX-LQ同时满足式肆、式伍和式陆，则失步中心位于该两条支路上；

步骤7：判断失步中心构成的断面是否为可解列断面？

若是，则顺序执行下述步骤9；

若否，则顺序执行下述步骤8；

由表1可知：

1.95s时，支路L ZJB-ES失步中心构成的断面不是可解列断面；

2.18s时，支路L ZJB-LS失步中心构成的断面不是可解列断面；

2.55s时，支路L ZJB-LS和L WX-LQ失步中心构成的断面是可解列断面；

步骤8：判断是否满足式柒？

$A_{u12,t}\&CenterDot;A_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}<0$ (式柒)

若是，则回转执行所述的步骤1；

若否，则回转执行所述的步骤7；

由表1可知：

2.15s时，支路L ZJB-ES满足式柒，说明失步中心从支路L ZJB-ES发生迁移，那么回转执行所述的步骤1，重新定位失步中心；

2.38s时，支路L ZJB-LS满足式柒，说明失步中心从支路L ZJB-LS发生迁移，那么回转执行所述的步骤1，重新定位失步中心；

步骤9：根据实际情况确定时间节点，发出解列命令，实施解列操作。

请见图4，为解列后主网某支路的有功曲线，说明有功功率随时间逐渐恢复平稳，表明了解列的有效性。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种基于母线电压频率的失步振荡解列判据，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集支路两侧的母线电压频率ω_u1,t和ω_u2,t，取计算步长为t_step，并计算：

A_u12,t＝ω_u1,t-ω_u2,t(式壹)

步骤2：计算支路两侧的母线电压频差增量B_u12,t和以及母线电压频率增量C_u1,t和C_u2,t：

$B_{u12,t}=\left|A_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}\right|-\left|A_{u12,t}\right|$ (式贰)

$C_{\mathrm{ui},t}={\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ui},t+t_{\mathrm{step}}}-{\mathrm{\&omega;}}_{\mathrm{ui},t}(i=\mathrm{1,2})$ (式叁)

步骤3：判断是否同时满足式肆和式伍？

B_u12,t>0(式肆)

C_u1,t·C_u2,t≤0(式伍)

若是，则顺序执行下述步骤4；

若否，则回转执行所述的步骤1；

步骤4：基于母线电压频率的失步解列判据启动；

步骤5：判断是否同时满足式肆、式伍和式陆？

$B_{u12,t}\&CenterDot;B_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}<0$ (式陆)

若是，则顺序执行下述步骤6；

若否，则回转执行所述的步骤1；

步骤6：则失步中心位于该条支路上；

步骤7：判断失步中心构成的断面是否为可解列断面？

若是，则顺序执行下述步骤9；

若否，则顺序执行下述步骤8；

步骤8：判断是否满足式柒？

$A_{u12,t}\&CenterDot;A_{u12,t+t_{\mathrm{step}}}<0$ (式柒)

若是，则回转执行所述的步骤1；

若否，则回转执行所述的步骤7；

步骤9：根据实际情况确定时间节点，发出解列命令，实施解列操作。