CN104184143A - 一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，该方法适用于大规模电力系统稳定仿真中；并且基于电网拓扑、基础潮流、动态元件参数和涉网保护定值，自动生成涉网保护和限制模型，并根据不同的运行方式自动形成故障集，自动实现发电机组涉网保护和限制的配合关系静态校核以及时域仿真动态校核，并给出相应的校核结果。本发明解决了现有电力系统稳定仿真程序中缺少发电机组涉网保护和限制自动校核功能的问题，确保机组涉网保护能够适应电网运行方式的变化，与自动装置达到最佳配合；并在保证机组安全的基础上，充分发挥其动态调节能力，为电网的安全稳定运行提供有力支撑。

Description

一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法

技术领域：

本发明涉及一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，更具体涉及一种大规模电力系统稳定仿真中发电机组涉网保护和限制自动校核的方法。

背景技术：

在电力系统中，涉网保护和限制是指在发电机组的继电保护和励磁限制中，动作行为和参数设置与电网运行方式相关、或需要与电网中安全自动装置相协调的部分，主要包括发电机组失磁保护、失步保护、频率异常保护、过激磁保护、定子电压异常保护、汽轮机超速保护控制和过励限制、低励限制、伏/赫兹限制等。发电机组涉网保护与限制之间的配合关系是指低励限制与失磁保护之间的配合，伏/赫兹限制与过激磁保护之间的配合，过励限制与过励保护之间的配合关系。

由于我国电力系统厂网分开的现实状况,发电机组的保护定值通常由发电厂根据设备参数、参考规程推荐值自行整定。由于现场人员工作任务较重或理论水平欠缺，通常委托其他单位整定，有的甚至使用基建部门的调试定值，涉网保护和限制缺乏与实际电网之间的协调。国内外发生的多次大停电事故显示，机组涉网保护和限制与电网之间的协调配合是保证系统安全稳定运行的关键因素之一。源网不协调，可能会诱发事故，甚至会造成事故扩大化的严重后果。

随着超临界大容量的机组不断投入运行，发电机运行状况的好坏将直接影响到电力系统的安全稳定运行,机组涉网保护和限制对电网的影响也越来越显著，电厂与电网协调管理的重要性日益明显。为了加强网源协调、提升抗风险能力，防止涉网保护拒动和误动，确保系统安全稳定运行、减小故障破坏范围，需要加强电厂的涉网保护与限制整定值校核和管理。

当前，电力系统的动态仿真已经成为电力系统规划设计、调度运行和分析研究的主要工具。在现有稳定仿真软件中增加发电机组涉网保护和限制的自动校核功能可促使机组涉网保护适应电网运行方式的变化，并与自动装置达到最佳配合，从而在保证机组安全的基础上，充分发挥机组的动态调节能力，为电网的安全稳定运行提供支撑。

目前，在国内外常用的电力系统稳定仿真程序中，PSASP、PSD-BPA、PSS/E、EUROSTAG、NETOMAC等等，均没有提供发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，对发电机组涉网保护与限制之间不合理的配合关系以及涉网保护不正确的动作行为引发的级联故障，缺少行之有效的检测方法；此外，电力系统的运行方式随天气、季节、负荷特征、用户需求等因素时常变化，客观上要求实现对不同运行方式和用户需求变化后的发电机组涉网保护和限制进行自动校核。为满足我国大电网安全运行的需要，迫切需要研究适用于大规模电力系统稳定仿真中发电机组涉网保护和限制的自动校核方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，该方法解决了现有仿真程序中缺少发电机组励磁限制和涉网保护自动校核功能的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，该方法适用于大规模电力系统稳定仿真中；所述方法包括以下步骤:

(1)输入潮流基础数据、动态元件参数、全网发电机组的涉网保护和限制定值；

(2)创建发电机涉网保护和限制模型并初始化模型；

(3)创建涉网保护和限制定值模型并建立保护、限制与相应定值之间的动态关联；

(4)搜索首台机组地址及其编号；

(5)静态校核该机组低励限制与失磁保护之间的协调配合关系、静态校核该机组伏赫兹限制与过激磁保护之间的协调配合关系和静态校核该机组过励限制与过励保护之间的协调配合关系；

(6)搜索下一台机组地址及编号；

(7)重复执行步骤(5)-(6)，直至所有机组限制和保护校核完毕。

(8)确定系统的运行方式；

(9)自动生成故障集；

(10)从故障集中选取第一种故障情形；

(11)修改并形成当前故障下新的稳定数据；

(12)动态校核发电机组涉网保护和限制的时域仿真；

(13)计算并保存当前仿真曲线和结果，并统计时域仿真校核结论；

(14)从故障集中选取下一种故障情形；

(15)反复执行步骤(11)-(14),直至最后一种故障情形；

(16)汇总时域仿真校核结果。

本发明提供的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，所述步骤(2)的待校核对象通过分类别统计出需要校核的对象及其个数，并通过待校核对象及其个数创建相应的机组涉网保护和限制模型

本发明提供的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，所述步骤(3)统计全网机组的涉网保护和限制定值整定信息，创建相应定值表模型，并建立与相应保护和限制模型的动态关联。。

本发明提供的另一优选的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，所述步骤(5)中的静态校核该机组低励限制与失磁保护之间的协调配合关系、静态校核该机组伏赫兹限制与过激磁保护之间的协调配合关系和静态校核该机组过励限制与过励保护之间的协调配合关系均基于待校核的涉网保护和限制定值信息拟合生成相应保护和限制动作特性曲线，根据涉网保护与限制之间的配合原则实现；计算并保存低励限制和失磁保护动作特性曲线、伏赫兹限制和过激磁保护动作特性曲线以及过励限制和过励保护动作特性曲线；输出低励限制与失磁保护之间配合关系、伏赫兹限制与过激磁保护之间配合关系以及过励限制与过励保护之间配合关系的评价信息。

本发明提供的又一优选的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，所述步骤(8)的运行方式根据潮流数据、开机方式和网络拓扑确定。

本发明提供的又一优选的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，所述步骤(9)中的故障集包括N-1故障集和N-2故障集。

本发明提供的又一优选的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，对所述N-1故障集建模：在电力系统正常运行方式下，将N个元件按顺序逐一断开某个元件，而其他N-1个元件保持正常运行，自动生成N-1故障集；对所述N-2故障集建模：将N个元件中某两个元件同时断开，而其他N-2个元件保持正常运行，自动生成N-2故障集。

本发明提供的又一优选的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，所述步骤(12)中的动态校核发电机组涉网保护和限制的时域仿真通过将故障集中每个故障分别与潮流数据、动态元件参数、涉网保护和限制模型信息组合，得到不同故障条件下的初始故障状态进行。

本发明提供的又一优选的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，所述定值表模型包括保护对象索引信息和定值信息，所述索引信息用于确定校核对象位置；所述索引信息和定值信息共同构成了涉网保护和限制模型与相应定值之间的关联映射。

本发明提供的又一优选的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，所述索引信息包括发电厂名称、发电厂ID、发电机组名称、发电机组基准电压、发电机组ID和涉网保护编号。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明能够实现对发电机组涉网保护和限制在不同的运行方式、故障条件和控制策略下进行配合关系静态校核和时域仿真动态校核，并输出校核结果；

2、本发明解决了现有仿真程序中缺少发电机组励磁限制和涉网保护自动校核功能的问题；

3、本发明可促使机组涉网保护适应电网运行方式的变化，并与自动装置达到最佳配合；

4、本发明在保证机组安全的基础上，充分发挥动态调节能力，为电网的安全稳定运行提供支撑；

5、本发明可自动搜索电网中的发电机组，基于电网拓扑、运行方式、潮流基础数据、动态元件参数以及涉网保护和限制定值，建立相应发电机组涉网保护和限制模型；

6、本发明满足我国大电网安全运行的需要。

附图说明

图1为本发明的发电机组涉网保护和限制层级结构图；

图2为本发明的发电机组涉网保护和限制名称及其编号定义图；

图3为本发明的失磁保护的定值表格式图；

图4为本发明的校核类型定义图；

图5为本发明的校核类型表示例图；

图6为本发明的发电机组涉网保护与限制配合关系静态校核流程图；

图7为本发明的发电机组涉网保护和限制模型逻辑示意图；

图8为本发明的发电机组涉网保护和限制时域仿真动态校核流程图；

图9为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-9所示，本例的发明的发电机组涉网保护和限制自动校核的方法

1.涉网保护和限制的索引信息建模

由于电网中机组数目庞大,涉网保护和限制的关系复杂,直接逐一校核较为困难。本发明根据分层分解的原则将整个电网分解成发电厂、机组、涉网保护和限制三个层级，各个层级之间的关系如图1所示。通过层级建模，可以方便、准确地索引到每一个保护和限制模型，进行相应的信息存储和查询。其中，发电厂可通过电厂名称及电厂ID编号唯一确定，发电机则可通过机组名称、基准电压和机组ID编号进行索引。通常同一台机组会配置多种涉网保护和限制，为区分不同的保护和限制，本发明定义了涉网保护编号，每一个编号对应一种涉网保护，具体编号定义如图2所示。

2.定值表建模

定值是描述保护动作特性的重要参数，通常以定值表的形式存在。为了实现对全网机组涉网保护和限制的自动校核，需要为每个校核对象建立相应的定值表。定值表模型由保护对象索引信息和定值信息两部分组成，其中索引信息用于确定校核对象位置。索引信息和定值信息共同构成了涉网保护和限制模型与相应定值之间的关联映射。图3以失磁保护为例给出了定值表的结构，其中每个定值信息项包含了定值序号、定值名称、数据类型和单位。

3.校核类型表建模

为了实现自动校核，需要对相应的校核操作进行规范。图4定义了不同的配合关系静态校核和时域仿真动态校核类型标识符，图5则给出了相应校核类型的数据格式，其中每行数据均表示一个校核操作，包括校核类型和待校核对象。校核类型定义了要实现的校核功能，待校核对象则由索引信息(即发电厂名称、发电厂ID、发电机组名称、发电机组基准电压、发电机组ID、涉网保护编号)确定，并通过索引信息实现与定值表的关联映射。在具体实现上，配合关系静态校核和时域仿真动态校核略有不同，前者由校核类型以及待校核的保护和对应限制共同组成，后者由校核类型和待校核保护或限制组成。

4.机组涉网保护与限制的配合关系静态校核

图6给出了机组涉网保护与限制配合关系静态校核的详细流程，并对应图9中步骤106、107、108。根据输出的评价信息可以方便地统计出全网涉网保护与限制的配合状况。

由于低励限制的参数同常在功率平面整定，而失磁保护参数通常在阻抗平面整定，故需要先将两者转换到同一坐标系下(功率平面或阻抗平面)进行校核。如果在功率平面上低励限制拟合曲线任一点均在失磁保护动作圆对应第四象限那段弧之上，或者在阻抗平面上低励限制拟合曲线上任一点均在失磁保护动作圆之外，则表明两者配合关系合理；否则，配合存在问题。

与此不同，发电机组伏/赫兹限制与过激磁保护是依据过激磁现象来整定，两者的定值参数对应于同一个时域平面。因此，可在时域平面拟合伏/赫兹限制和过激磁保护动作特性曲线，判别过激磁保护曲线上任一点是否均位于伏/赫兹限制曲线之上。如果是，则说明二者之间的配合关系合理；否则，配合存在问题。

由于发电机组过励限制与过励保护定值参数都是根据转子热效应整定而得，两者的定值参数是在同一时域平面上进行整定。因此，需在时域平面拟合过励限制和过励保护动作特性曲线，并判别过励保护曲线上任一点是否均位于过励限制曲线之上。如果是，则表明配合关系合理；否则，配合存在问题。

5.故障集建模

将正常运行方式下电力系统N个元件(如输电线路、发电机、变压器等)逐一发生因故障而开断，而其他N-1个元件保持正常运行，形成电力系统中的N-1故障；若N个元件中某两个元件同时因故障或非故障开断，而其他N-2个元件保持正常运行，则形成N-2故障。在本发明中通过模拟多种基本的故障形式(如单相短路，两相短路，两相接地短路，三相短路等等)，精确设定故障发生、开关开断时间、故障形式、故障点等故障项参数，可以自动生成电力系统N-1、N-2故障集，并可批量形成故障，自动产生故障序列，实现故障集的批处理计算。

6.涉网保护和限制建模

为了实现自动校核，需要对校核相关的涉网保护和限制进行建模，本发明采用逻辑图来描述涉网保护和限制动作逻辑，建立了伏/赫兹限制、过励限制、低励限制、失磁保护、失步保护等模型。图7给出了发电机组涉网保护和限制时域仿真动态校核逻辑示意图。

7.机组涉网保护和限制的时域仿真动态校核

发电机组涉网保护和限制时域仿真动态校核流程如图8所示，对应图9中的步骤115“发电机组涉网保护和限制的时域仿真动态校核”。校核程序自动生成N-1、N-2故障集，并从故障集中选取一种故障方式，形成当前时域仿真动态校核数据。动态仿真开始后，仿真程序根据电网的潮流基础数据、开机方式、线路投停等确定电网的运行方式。在每一个仿真步长中扫描当前运行方式下所有发电机组配置的涉网保护和限制元件，判断是否有发电机涉网保护和限制动作事件发生。如果发生事件，则将当前时刻该发电机涉网保护或限制动作信息插入到事件队列中。在每一仿真步长时刻完成对全网机组的涉网保护和限制扫描之后，判别事件队列中当前有无事件动作。如本步长内有动作事件发生则根据相应事件修改该时刻的网络拓扑以及网络方程的雅可比矩阵和导纳矩阵中的相应元素。然后积分时间增加一个步长，并判别仿真时间是否结束。若仿真结束，则统计分析仿真结果，中止当前故障事件的仿真；反之，则进入下一步长迭代计算，获取新的系统状态，从而实现对全网发电机组涉网保护和限制对当前故障时间的时域仿真动态校核。当完成一种故障事件的动态校核后，程序自动检索故障集中下一故障事件，继续仿真校核，直至遍历所有故障事件，统一输出校核报告，校核结束。通过时域仿真动态校核可以遍历系统中出现的涉网保护和限制的异常动作行为，以便排除异常事件、及时整改和优化相应保护和限制定值，确保系统的安全稳定运行。

8.附图9为本发明大规模电力系统稳定仿真中发电机组励磁限制与涉网保护自动校核方法的流程示意图，其中包括如下步骤：

步骤102：输入潮流基础数据、动态元件参数、全网发电机组的涉网保护和限制定值；

步骤103：统计待校核对象个数，创建相应的发电机涉网保护和限制模型，并初始化这些模型；

步骤104：根据校核对象创建涉网保护和限制定值模型，并建立保护与限制与相应定值之间的动态关联；

步骤105：搜索首台机组地址及其编号；

步骤106：判断该机组低励限制与失磁保护之间的协调配合关系是否合理，计算并保存低励限制和失磁保护动作特性曲线，输出低励限制与失磁保护之间配合关系的评价信息；

步骤107：判断该机组伏/赫兹限制与过激磁保护之间的协调配合关系是否合理，计算并保存伏/赫兹限制和过激磁保护动作特性曲线，输出伏/赫兹限制与过激磁保护之间配合关系的评价信息；

步骤108：判断该机组过励限制与过励保护之间的协调配合关系是否合理，计算并保存过励限制和过励保护动作特性曲线，输出过励限制与过励保护之间配合关系的评价信息；

步骤109：判断是否还有待判别机组，如果有，则跳转至步骤106；进行下一台机组的配合关系校核；否则，执行步骤110；

步骤110：根据潮流数据，开机方式，网络拓扑确定系统的运行方式；

步骤111：自动生成N-1、N-2故障集；

步骤112：从故障集中选取第一种故障情形；

步骤113：判断当前要时域仿真的故障编号是否小于故障集中总故障个数，如果当前故障编号小于总故障个数，执行步骤114；否则，执行步骤118；

步骤114：修改并形成当前故障下新的稳定数据；

步骤115：发电机组涉网保护和限制的时域仿真动态校核；

步骤116：计算并保存当前仿真曲线和结果，并统计时域仿真校核结论；

步骤117：将故障编号加1，执行步骤113；

步骤118：汇总时域仿真校核结果；

综上所述，依照本发明的大规模电力系统稳定仿真中发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其中，利用自动生成涉网保护和限制模型对发电机组涉网保护和限制在不同的运行方式、故障集和控制策略下进行模拟。本发明能够实现对电网中所有发电机组涉网保护和限制动作行为的时域仿真动态校核以及发电机组涉网保护与限制之间配合关系的静态校核，满足了大电网对发电机组励磁限制和涉网保护自动校核的要求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，该方法适用于大规模电力系统稳定仿真中；其特征在于：所述方法包括以下步骤:

(1)输入潮流基础数据、动态元件参数、全网发电机组的涉网保护和限制定值；

(2)创建发电机涉网保护和限制模型并初始化模型；

(3)创建涉网保护和限制定值模型并建立保护、限制与相应定值之间的动态关联；

(4)搜索首台机组地址及其编号；

(5)静态校核该机组低励限制与失磁保护之间的协调配合关系、静态校核该机组伏赫兹限制与过激磁保护之间的协调配合关系和静态校核该机组过励限制与过励保护之间的协调配合关系；

(6)搜索下一台机组地址及编号；

(7)重复执行步骤(5)-(6)，直至所有机组限制和保护校核完毕。

(8)确定系统的运行方式；

(9)自动生成故障集；

(10)从故障集中选取第一种故障情形；

(11)修改并形成当前故障下新的稳定数据；

(12)动态校核发电机组涉网保护和限制的时域仿真；

(13)计算并保存当前仿真曲线和结果，并统计时域仿真校核结论；

(14)从故障集中选取下一种故障情形,

(15)反复执行步骤(11)-(14),直至最后一种故障情形。

(16)汇总时域仿真校核结果。

2.如权利要求1所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：所述步骤(2)的待校核对象通过分类别统计出需要校核的对象及其个数，并通过待校核对象及其个数创建相应的机组涉网保护和限制模型。

3.如权利要求2所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：所述步骤(3)统计全网机组的涉网保护和限制定值整定信息，创建相应定值表模型，并建立与相应保护和限制模型的动态关联。

4.如权利要求1所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的静态校核该机组低励限制与失磁保护之间的协调配合关系、静态校核该机组伏赫兹限制与过激磁保护之间的协调配合关系和静态校核该机组过励限制与过励保护之间的协调配合关系均基于待校核的涉网保护和限制定值信息拟合生成相应保护和限制动作特性曲线，根据涉网保护与限制之间的配合原则实现；计算并保存低励限制和失磁保护动作特性曲线、伏赫兹限制和过激磁保护动作特性曲线以及过励限制和过励保护动作特性曲线；输出低励限制与失磁保护之间配合关系、伏赫兹限制与过激磁保护之间配合关系以及过励限制与过励保护之间配合关系的评价信息。

5.如权利要求1所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：所述步骤(8)的运行方式根据潮流数据、开机方式和网络拓扑确定。

6.如权利要求5所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：所述步骤(9)中的故障集包括N-1故障集和N-2故障集。

7.如权利要求6所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：对所述N-1故障集建模：在电力系统正常运行方式下，将N个元件按顺序逐一断开某个元件，而其他N-1个元件保持正常运行，自动生成N-1故障集；对所述N-2故障集建模：将N个元件中某两个元件同时断开，而其他N-2个元件保持正常运行，自动生成N-2故障集。

8.如权利要求1所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：所述步骤(12)中的动态校核发电机组涉网保护和限制的时域仿真通过将故障集中每个故障分别与潮流数据、动态元件参数、涉网保护和限制模型信息组合，得到不同故障条件下的初始故障状态进行。

9.如权利要求3所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：所述定值表模型包括保护对象索引信息和定值信息，所述索引信息用于确定校核对象位置；所述索引信息和定值信息共同构成了涉网保护和限制模型与相应定值之间的关联映射。

10.如权利要求9所述的一种发电机组涉网保护和限制自动校核的方法，其特征在于：所述索引信息包括发电厂名称、发电厂ID、发电机组名称、发电机组基准电压、发电机组ID和涉网保护编号。