CN104466947A - 基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法。包括以下步骤：步骤1：制定离线控制策略：记录重要区域间联络线，并通过故障设置制定针对互联电网各区域的紧急控制策略；步骤2：计算区域间的相对功角：在互联电网实际运行过程中，通过PMU采集各区域联络线的实时电压数值，计算两区域之间相对功角；步骤3：判定受扰最严重机组所在区域：根据实时的区域间相对功角信息，进行对比分析，确定互联电网中受扰最严重的机组所在位置；步骤4：实施紧急切机控制：根据受扰最严重机组所在区域，执行针对性的离线切机控制策略，防止系统发生暂态失稳。本发明所需量测量少，计算量小，适用于大型区域互联电网，具有针对性强的特点。

Description

基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法

技术领域

本发明涉及电力系统稳定性控制技术领域，具体涉及一种基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，适用于已建有广域量测系统(WAMS)的电网。

背景技术

随着广域量测系统(WAMS)在电力系统中的广泛应用，基于实际量测的电力系统暂态稳定性控制已具备实现可能。

文献一《电力系统安全稳定控制》(中国电力出版社，2000年，第8页)表明：传统的暂态稳定紧急控制大多建立在离线仿真的基础上，通过既定控制策略实现在线快速匹配，该方法严重依赖于离线仿真的准确性。为了达到更好的控制目的，文献二《在线生成策略表与实时预测切机》(中国电力，2005年，第38卷第2期第40页)提出：在离线既定策略的基础上辅以简单的在线运算，用以修正离线控制策略，继而完成紧急控制方案决策。文献三《在线预决策安全稳定控制系统在韶关发电厂的应用》(广东电力，2004年，第17卷第4期第43页)提出在线预算方式生成控制策略表的方法：根据对象电网或地区特征的不同，采取合理的策略表方式，进行实时有效的切机紧急控制操作。克服了离线计算方式的一些缺点,适用于构造大电网的暂态稳定控制装置。然而上述方法均建立在扰动初期对事件的准确辨识上，不能实现对实际工况的自适应。

文献四《大区电网互联对电力系统动态稳定性的影响》(中国电机工程学报，2007年，第27卷第1期第1页)指出：对于大型区域互联电网而言，由于地区内机组彼此联系较为紧密，大扰动后系统失稳模式一般表现为一个区域内发电机群与另一个区域的发电机群间振荡，振荡中心一般落在区域联络线上。当振荡中心暂态能量无法被网络消纳时，送电端机组将加速运行，造成系统暂态失稳。因此，可通过区域联络线监测区域间发电机振荡特征，进行领先失步机群定位，快速确定受扰最严重机组所在区域，指导暂稳紧急控制策略的开展。

基于上述原因，本发明提出了一种基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，旨在互联电网实际运行过程中，通过观测区间联络线电压及功率数值，确定受扰最严重机组所在区域，开展该区域内的紧急切机控制，避免停电事故的发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服常规基于离线仿真的暂态稳定性控制方法，所存在的基于事件辨识，适应性较差的缺点。提供一种基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，本发明具有算法简单，计算量小，适应性好，针对性强的特点。本发明基于电网中现有的PMU量测配置以及广域量测系统(WAMS)，当区域互联电网发生大的扰动后，根据区间联络线的量测信息，快速确定受扰最严重机组所在区域，执行针对性的切机控制策略。

为了实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

本发明提出的基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，包括以下步骤：

步骤1：制定离线控制策略：记录重要区域间联络线，并通过故障设置制定针对互联电网各区域的紧急控制策略；

步骤2：计算区域间的相对功角：在互联电网实际运行过程中，通过PMU采集各区域联络线的实时电压数值，计算两区域之间相对功角；

步骤3：判定受扰最严重机组所在区域：根据实时的区域间相对功角信息，进行对比分析，确定互联电网中受扰最严重的机组所在位置；

步骤4：实施紧急切机控制：根据受扰最严重机组所在区域，执行针对性的离线切机控制策略，防止系统发生暂态失稳。

所述步骤1制定离线控制策略，具体方法为：

对于大型互联电网而言，通过系统运行方式和潮流图，分析对象电网的重要互联区域，并记录各区域之间重要联络线的地理位置，设置广域量测装置；通过设置大量不同地点、不同类型的故障进行离线仿真，制定针对各区域的最佳离线切机控制策略。

所述步骤2计算区域间的相对功角，具体方法为：

在实际电网运行过程中，通过PMU采样当前时刻的区间联络线电压数值，若为区域1与区域2之间联络线电压则记为U_1-2，数值大小范围为0-1，则区域1与区域2之间的相对功角δ_1-2计算公式如下：

δ_1-2(t)＝2arccos[U_1-2(t)]

式中：U_1-2(t)与δ_1-2(t)分别为t时刻区域1至区域2的联络线电压及相对功角，根据上式计算得到互联电网所有直接相连的区域间相对功角数值。

所述步骤3判定受扰最严重机组所在区域，具体方法为：

假设某区域互联电网由1、2、3三个区域相互连接，由步骤1得到区域1-2、区域1-3、区域2-3间相对功角分别为δ_1-2、δ_1-3、δ_2-3；

步骤3.1：基于穿区时刻先后的受扰严重区域判别，

设定失稳功角区为当区域间相对功角大于失稳功角区时，认定为穿区，记录区域间相对功角δ_1-2、δ_1-3、δ_2-3的穿区时刻分别为t₁、t₂、t₃；

若穿区时刻最小值与次小值的差值大于预设门槛值，则判定受扰最严重机组在穿区时刻最小者所连接的区域内；即，当穿区时刻t₁、t₂、t₃满足下式：

t₁<t₂<t₃

t₂-t₁>△t

式中：△t为时间预设门槛值，则初步判定受扰最严重机组在穿区时刻最小值t₁所连接的区域1、2之中，优选地，失稳功角区取为120°，时间预设门槛值△t取为0.2s；

步骤3.2：基于相对功角差值的受扰严重区域判别，

对于区域间实时相对功角，若任意时刻最大值与次大值的差值大于预设门槛值，则判定受扰最严重机组在相对功角最大值所连接的区域内，

即，当区域间相对功角δ_1-2(t)、δ_1-3(t)、δ_2-3(t)满足下式：

δ_1-2(t)>δ_1-3(t)>δ_2-3(t)

δ_1-2(t)-δ_1-3(t)>△δ

式中：△δ为相对功角预设门槛值，则初步判定受扰最严重机组在相对功角最大值所连接的区域1、2之中，优选地，相对功角预设门槛值△δ取为80°；

步骤3.3：综合判定受扰最严重机组位置，具体方法为：若步骤3.1与步骤3.2均判定受扰最严重机组在同一连接区域内，则认为上述判定有效，假设判定结果为：受扰最严重机组在区域1、2之中，采样当前时刻区域1-2联络线功率，记为P_1-2；若联络线功率P_1-2>0，则功率由区域1流向区域2，判定区域1为受扰最严重区域，若联络线功率P_1-2<0，则功率由区域2流向区域1，判定区域2为受扰最严重区域，若步骤3.1与步骤3.2判定不一致，则返回步骤2。

本发明通过对区域联络线量测分析，快速判定受扰最严重机组所在位置。具有以下优点：

1.本发明采取指定联络线就地采集及分析方式，仅需少量数据交互与通信，所需量测量少，计算量小。

2.本发明采用针对各区电网的离线策略匹配方法，适用于大型区域互联电网，具有针对性强的特点。

3.本发明基于广域响应分析得到，不依赖于事件检测技术，可以有效指导切机控制的开展，在一定程度上提高紧急控制的可靠性。

附图说明

图1是本发明方法的总体流程框图；

图2暂态过程两群等值图；

图3暂态过程变量关系图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

多机系统受扰通常呈现为两机失稳模式，忽略机群内部对系统失步影响不大的布朗运动，可化简为两机等值模型，如图2所示，两机等值电势分别为和C为系统振荡中心。根据图3的变量关系推导可知，在系统非故障态时，两群相对功角δ(t)与振荡中心电压U_C(t)存在如下函数关系：

$U_C\left(t\right)E_N\cos \frac{\mathrm{\&delta;}\left(t\right)}{2}$

实际系统中，在故障后两发电机群相对功角δ增大的过程中，两等值系统间的电压相角差将增大，继而造成节点电压幅值发生变化，其中原点到直线上的垂线是系统的振荡中心电压，为网络中电压最低点，一般落在区域间联络线上。因此，系统振荡过程中，通过区间联络线量测轨迹能反映发电机群间的相对运动信息。

文献五《Power system transient stability using individual machine energyfunctions》(IEEE Trans.on Circuits and Systems，1983，第30卷第5期第266页)指出：系统的分离并不依赖于全系统的能量，而是趋向于从系统其余部分分离出来的单机或成组机组的能量。而能量的直观体现是发电机的相对功角：相对功角数值较大者，其暂态动能较大，表明在系统受扰时受扰最严重，紧急控制时应优先切除该类机组，维持系统的安全稳定运行。

综上所述，可通过区域联络线监测区域间发电机振荡特征，快速确定受扰严重机组所在区域，继而执行针对性的切机控制，恢复互联电网的暂态稳定性。

下面，根据图1的总体运行结构图，对本发明的具体步骤进行详细的说明。

步骤1：制定离线控制策略：利用离线仿真软件，记录重要区域间联络线，并通过故障设置制定针对互联电网各区域的紧急控制策略。

对于大型互联电网而言，通过系统运行方式和潮流图，分析对象电网的重要互联区域，并记录各区域之间重要联络线的地理位置，设置广域量测装置。

通过设置大量不同地点、不同类型的故障进行离线仿真，制定针对各区域的最佳离线切机控制策略。

步骤2：计算区域间的相对功角：在互联电网实际运行过程中，通过PMU采集各区域联络线的实时电压数值，计算两区域之间相对功角。

在实际电网运行过程中，通过PMU采样当前时刻的区间联络线电压数值，若为区域1与区域2之间联络线电压则记为U_1-2，数值大小范围为0-1。

则区域1与区域2之间的相对功角δ_1-2计算公式如下：

δ_1-2(t)＝2arccos[U_1-2(t)]

式中：U_1-2(t)与δ_1-2(t)分别为t时刻区域1至区域2的联络线电压及相对功角。

根据上式计算得到互联电网所有直接相连的区域间相对功角数值。

步骤3：判定受扰最严重机组所在区域：根据实时的区域间相对功角信息，进行对比分析，确定互联电网中受扰最严重的机组所在位置。

假设某区域互联电网由1、2、3三个区域相互连接，由步骤1得到区域1-2、区域1-3、区域2-3间相对功角分别为δ_1-2、δ_1-3、δ_2-3。

步骤3.1：基于穿区时刻先后的受扰严重区域判别。

设定失稳功角区为当区域间相对功角大于失稳功角区时，认定为穿区。记录区域间相对功角δ_1-2、δ_1-3、δ_2-3的穿区时刻分别为t₁、t₂、t₃。

若穿区时刻最小值与次小值的差值大于预设门槛值，则判定受扰最严重机组在穿区时刻最小者所连接的区域内。

即，当穿区时刻t₁、t₂、t₃满足下式：

t₁<t₂<t₃

t₂-t₁>△t

式中：△t为时间预设门槛值。

则初步判定受扰最严重机组在穿区时刻最小值t₁所连接的区域1、2之中。

优选地，失稳功角区取为120°，时间预设门槛值△t取为0.2s。

步骤3.2：基于相对功角差值的受扰严重区域判别。

对于区域间实时相对功角，若任意时刻最大值与次大值的差值大于预设门槛值，则判定受扰最严重机组在相对功角最大值所连接的区域内。

即，当区域间相对功角δ_1-2(t)、δ_1-3(t)、δ_2-3(t)满足下式：

δ_1-2(t)>δ_1-3(t)>δ_2-3(t)

δ_1-2(t)-δ_1-3(t)>△δ

式中：△δ为相对功角预设门槛值。

则初步判定受扰最严重机组在相对功角最大值所连接的区域1、2之中。

优选地，相对功角预设门槛值△δ取为80°。

步骤3.3：综合判定受扰最严重机组位置。具体方法为：

若步骤3.1与步骤3.2均判定受扰最严重机组在同一连接区域内，则认为上述判定有效。

假设判定结果为：受扰最严重机组在区域1、2之中，采样当前时刻区域1-2联络线功率，记为P_1-2。

若联络线功率P_1-2>0，则功率由区域1流向区域2，判定区域1为受扰最严重区域。

若联络线功率P_1-2<0，则功率由区域2流向区域1，判定区域2为受扰最严重区域。

若步骤3.1与步骤3.2判定不一致，则返回步骤2。

步骤4：实施紧急切机控制：根据受扰最严重机组所在区域，执行针对性的离线切机控制策略，防止系统发生暂态失稳。

根据步骤3判定的受扰最严重区域位置，执行针对该片区的离线控制策略，防止大停电事故的发生。

结果验证：为了测试本发明所提方法的有效性，应用本发明方法对中国南方电网系统不同故障情况进行了仿真验证。

根据中国南方电网的区域互联运行情况，针对广东、广西、云南、贵州四个主要联络区域，设置重要区域联络线为广域量测点，如表1所示。

表1 中国南方电网广域量测方案

联络线名称	联络区域	电压等级
			桂林-贤令山	广东-广西	500kV
青岩-独山	贵州-广西	500kV
			砚山-崇左	云南-广西	500kV

在上述量测方案的基础上，设置针对送电区域广西、云南、贵州的三种切机控制方案：

方案1(广西)：切除广西省内岩滩、龙滩电厂机组，总计2000MW。

方案2(云南)：切除云南省内小湾、金安桥电厂机组，总计2200MW。

方案3(贵州)：切除贵州省内安顺、纳雍电厂机组，总计2100MW。

算例1：楚穗直流双极闭锁。0周波，楚雄-穗东直流发生双极闭锁，5周波，滤波器动作。

基于穿区时刻先后的受扰严重区域判别方法显示，砚山-崇左的相对功角首先穿越120°的失稳功角区，领先于比其他两条联络线时间超过了0.2s，初步判定云南为受扰最严重区域。

基于相对功角差值的受扰严重区域判别方法显示，在0.68s均判定砚山-崇左相对功角数值大于其他两条联络线的功角数值超过80°门槛，初步判定云南为受扰最严重区域。

通过上述判定结果，确定云南为受扰最严重区域，匹配针对云南电网的切机控制策略，系统恢复暂态稳定。

算例2：兴安直流单极闭锁+高肇直流单极闭锁。0周波，兴仁-宝安直流和高坡-肇庆直流同时发生单极闭锁，5周波，滤波器动作。

基于穿区时刻先后的受扰严重区域判别方法显示，青岩-独山的相对功角首先穿越120°的失稳功角区，领先于比其他两条联络线时间超过0.2s，初步判定贵州为受扰最严重区域。

基于相对功角差值的受扰严重区域判别方法显示，在0.82s均判定青岩-独山相对功角数值大于其他两条联络线的功角数值超过80°门槛，初步判定贵州为受扰最严重区域。

通过上述判定结果，确定贵州为受扰最严重区域，匹配针对贵州电网的切机控制策略，系统恢复暂态稳定。

从上述结果中可以发现，本发明方法针对性强、效果好，符合工程实际的需求。

本发明可用于大型区域互联电网的调度控制中心，基于广域量测系统，实现基于区域间联络线量测的紧急切机控制，保障电力系统的安全稳定运行。

以上对本发明所提供的基于多项式模型的振荡中心电压预测方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (6)

1.一种基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：制定离线控制策略：记录重要区域间联络线，并通过故障设置制定针对互联电网各区域的紧急控制策略；

步骤2：计算区域间的相对功角：在互联电网实际运行过程中，通过PMU采集各区域联络线的实时电压数值，计算两区域之间相对功角；

步骤3：判定受扰最严重机组所在区域：根据实时的区域间相对功角信息，进行对比分析，确定互联电网中受扰最严重的机组所在位置；

步骤4：实施紧急切机控制：根据受扰最严重机组所在区域，执行针对性的离线切机控制策略，防止系统发生暂态失稳。

2.根据权利要求1所述的基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，其特征在于所述步骤1制定离线控制策略，具体方法为：

对于大型互联电网而言，通过系统运行方式和潮流图，分析对象电网的重要互联区域，并记录各区域之间重要联络线的地理位置，设置广域量测装置；通过设置大量不同地点、不同类型的故障进行离线仿真，制定针对各区域的最佳离线切机控制策略。

3.根据权利要求1所述的基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，其特征在于所述步骤2计算区域间的相对功角，具体方法为：

在实际电网运行过程中，通过PMU采样当前时刻的区间联络线电压数值，若为区域1与区域2之间联络线电压则记为U_1-2，数值大小范围为0-1，则区域1与区域2之间的相对功角δ_1-2计算公式如下：

δ_1-2(t)＝2arccos[U_1-2(t)]

式中：U_1-2(t)与δ_1-2(t)分别为t时刻区域1至区域2的联络线电压及相对功角，根据上式计算得到互联电网所有直接相连的区域间相对功角数值。

4.根据权利要求1所述的基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，其特征在于所述步骤3判定受扰最严重机组所在区域，具体方法为：假设某区域互联电网由1、2、3三个区域相互连接，由步骤1得到区域1-2、区域1-3、区域2-3间相对功角分别为δ_1-2、δ_1-3、δ_2-3；

步骤3.1：基于穿区时刻先后的受扰严重区域判别，

设定失稳功角区为当区域间相对功角大于失稳功角区时，认定为穿区，记录区域间相对功角δ_1-2、δ_1-3、δ_2-3的穿区时刻分别为t₁、t₂、t₃；

若穿区时刻最小值与次小值的差值大于预设门槛值，则判定受扰最严重机组在穿区时刻最小者所连接的区域内；即，当穿区时刻t₁、t₂、t₃满足下式：

t₁<t₂<t₃

t₂-t₁>△t

式中：△t为时间预设门槛值，则初步判定受扰最严重机组在穿区时刻最小值t₁所连接的区域1、2之中，优选地，失稳功角区取为120°，时间预设门槛值△t取为0.2s；

步骤3.2：基于相对功角差值的受扰严重区域判别，

对于区域间实时相对功角，若任意时刻最大值与次大值的差值大于预设门槛值，则判定受扰最严重机组在相对功角最大值所连接的区域内，

即，当区域间相对功角δ_1-2(t)、δ_1-3(t)、δ_2-3(t)满足下式：

δ_1-2(t)>δ_1-3(t)>δ_2-3(t)

δ_1-2(t)-δ_1-3(t)>△δ

式中：△δ为相对功角预设门槛值，则初步判定受扰最严重机组在相对功角最大值所连接的区域1、2之中，优选地，相对功角预设门槛值△δ取为80°；

步骤3.3：综合判定受扰最严重机组位置，具体方法为：若步骤3.1与步骤3.2均判定受扰最严重机组在同一连接区域内，则认为上述判定有效，假设判定结果为：受扰最严重机组在区域1、2之中，采样当前时刻区域1-2联络线功率，记为P_1-2；若联络线功率P_1-2>0，则功率由区域1流向区域2，判定区域1为受扰最严重区域，若联络线功率P_1-2<0，则功率由区域2流向区域1，判定区域2为受扰最严重区域，若步骤3.1与步骤3.2判定不一致，则返回步骤2。

5.根据权利要求1所述的基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，其特征在于所述步骤4实施紧急切机控制，具体方法为：根据步骤3判定的受扰最严重区域位置，执行针对该片区的离线控制策略，防止大停电事故的发生。

6.根据权利要求1所述的基于区间联络线量测的互联电网暂稳紧急控制策略制定方法，其特征在于所述步骤1：制定离线控制策略：利用离线仿真软件，记录重要区域间联络线。