CN104821587B - 一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法 - Google Patents

Abstract

一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法，具体步骤如下：一、对高压电力系统进行建模，简化为最简单的线路模型；二、在两个节点之间加入移相变压器(PST)。通过调节两个节点之间的相位角就可以控制用电端的电压，从而调节节点之间的潮流；三、采用轨迹灵敏度法对相位角进行预测和调节，根据当前电压对最佳电压的偏移程度来判断当前的电压状态，当根据本算法预测到下一个时间点的偏移的距离过大且超出安全范围之内时，及时调整相位角使得下一个时间点的电压值在安全范围之内，保证电压的稳定；四、重复步骤三进行实时检测和控制。本发明设计了一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法，当电力系统中出现故障或者干扰时，采用这种方法调节电路相位角，使得电力系统的电压值在安全范围之内，能够保证电力系统的稳定性。

Description

一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法

技术领域

本发明涉及智能电网中的控制技术领域，特别是一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法。

背景技术

现代电力系统常处于暂态安全稳定约束的边缘，国内外电力系统稳定破坏事故统计表明，暂态稳定破坏的事故率居于首位。而目前的暂态稳定紧急控制策略多基于预想事故集而制定的。因此，加强研究大电网安全稳定性分析具有十分重要的意义。

目前分析电力系统暂态稳定性的方法主要有三种：时域仿真法、直接李雅普诺夫法、人工智能法，在电力系统中取得实际应用的暂态稳定分析方法主要是前两类。时域仿真法的优势是准确、可靠，缺点是数据分析时间过长，不能够进行实时决策；直接法是目前惟一基于稳定理论分析电力系统暂态稳定性的方法，也是最具有在线应用前景的暂态稳定分析方法，计算速度快，能对暂态稳定程度进行定量分析。由于该方法尚存在一些问题，到目前为止，还没有一种直接法在模型的详细程度、准确度和可靠性方面能与常规的时域仿真法相比，只能作为电力系统暂态稳定性分析的辅助手段。

随着电力系统的发展，其运行灵活性、可控性以及稳定性成为急需解决的问题。因此，如何通过一种方法或手段，实现一种电力系统暂态稳定性的预防控制方案，既能在系统受到故障或者干扰的情况下能够保证系统暂态稳定性，又能对系统进行预防控制，防止系统出现停机等事故，将损失减小到最低，是当前电力系统稳定性分析中非常关注的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法，选用合适的FACTS——移相变压器(phase-shifting transformer，PST)对电路进行控制，采用相应的算法对移相变压器的相位角进行调节，从而保证电力系统的电压维持在安全范围之内，帮助提高电力系统的暂态稳定性。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1)对高压电力系统进行建模，简化为最简单的线路模型；

2)在两个节点之间加入移相变压器(phase-shifting transformer，PST)，通过调节相位角就来控制用电端的电压和潮流分布；

3)采用轨迹灵敏度法对相位角进行预测和调节。

4)重复步骤3)进行实时检测和控制。

进一步，步骤1)中所述对高压电力系统进行建模的具体步骤如下：

1-1)当线路长度在100km以内，且电压在35kv以下，线路电纳可以忽略不计；

1-2)传输线路简化为由节点i和节点j及阻抗Z组成的电路，如图1所示；

1-3)在本线路模型中，发电机节点模型可以进行忽略，但是负载节点模型不可缺少，节点j的有功功率和无功功率分别是P_sj＝-Y_ijV_iV_jsin(δ_ij+α)，Q_sj＝Y_ijV_jsin(V_j-V_icos(δ_ij+α))；

1-4)采用经典模型方法，用微分方程描述电路，因此负载端的微分方程为：δ_j是节点j的相位角，和是从节点j向电网中的有功功率和无功功率注入的初始值，D_L和ε是两个控制相位角和电压值的调节速度的参数。

1-5)按照实际情况，设置节点j相关变量的初值：电压V_j、相位角δ_j、注入的有功功率注入的无功功率并为D_L和ε选取合适的参数值。

进一步，步骤2)中所述在两个节点之间加入移相变压器(PST)，通过调节相位角就来控制用电端的电压和潮流分布的具体步骤如下：

2-1)在节点i和节点j之间加入移相变压器(PST)，如图2所示；

2-2)高压传输时电阻可以忽略不计，因此导线的相位角为π/2；

2-3)移相变压器的调相原理如图3所示，调节相位角α可以改变电压的大小和相位，按照步骤1-3)中的公式可知，调节相位角α可以改变潮流分布。

进一步，步骤3)中所述采用轨迹灵敏度法对相位角进行预测和调节的具体步骤如下：

3-1)加入PST后电力系统的状态表达式为X代表状态变量，也就是节点j的电压V_j和相位角δ_j，α是移相变压器的可调相位角；

3-2)X₀是状态平衡点，利用状态X与X₀的距离来描述故障对系统的影响程度；

3-3)如果距离超过限定的安全距离，采用轨迹灵敏度来减小距离，使系统达到新的平衡；

3-4)设故障的发生时间为t＝t_c，则

3-5)在时间区间[t_c,t_e]中，状态X与X₀的距离

L＝|te-tc|，tc代表故障发生的时间，t_e代表达到新的稳定平衡状态的时间；

3-6)距离d(X,X₀)对α的偏导数为：是动态灵敏度，是达到稳定平衡状态的静态灵敏度；

3-7)不同的系统对电压的要求不同，设定好电压偏移的范围，最大偏移量为d_max，则Δd＝d(X,X₀)-d_max；

3-8)如果该时间间隔内d<d_max，则系统是暂态稳定的，不需要进行调节。如果d>d_max，则系统就是不稳定的，利用公式计算得到△α的值；

3-9)对PST的相位角进行调节，此时将相位角α加上△α，得到满足要求的相位角，实现对电压的控制。

进一步，还包括有步骤4)重复步骤3)进行实时检测和控制，具体步骤如下：

4-1)时刻检测节点j的电压是否在安全范围之内；

4-2)当检测到电压失稳时，重复步骤3)进行相位角的调节，直到电压稳定。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明提出了一种基于移相变压器(phase-shifting transformer，PST)的电力系统预防控制方法，采用轨迹灵敏度法对移相变压器的移相角进行实时调节，使得调节后的移相角能够抑制电压波动，保证电压在安全范围内，从而提高电力系统的暂态稳定性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的等效线路模型图；

图2为本发明的移相变压器示意图；

图3为本发明的移相变压器变压原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明针对电力系统中日渐突出的暂态稳定性问题，选取一种合适的FACTS——移相变压器(PST)，并结合轨迹灵敏度算法，提供了一种移相变压器角度的实时调节方法，当系统出现故障或者干扰时可以准确计算合适的相位角，实时进行调节，使得调节后的移相角能够抑制电压波动，保证电压在安全范围内，从而提高电力系统的暂态稳定性。

下面结合具体的流程说明该方法的相位角调节过程：

一)高压电力系统建模的具体步骤如下：

1、当线路长度在100km以内，且电压在35kv以下，线路电纳可以忽略不计；

2、传输线路简化为由节点i和节点j及阻抗Z组成的电路，如图1所示；

3、在本线路模型中，发电机节点模型可以进行忽略，但是负载节点模型不可缺少，节点j的有功功率和无功功率分别是P_sj＝-Y_ijV_iV_jsin(δ_ij+α)，Q_sj＝Y_ijV_jsin(V_j-V_icos(δ_ij+α))；

4、采用经典模型方法，用微分方程描述电路，因此负载端的微分方程为：δ_j是节点j的相位角，和是从节点j向电网中的有功功率和无功功率注入的初始值，D_L和ε是两个控制相位角和电压值的调节速度的参数。

5、按照实际情况，设置节点j相关变量的初值：电压V_j、相位角δ_j、注入的有功功率注入的无功功率并为D_L和ε选取合适的参数值。

二)在两个节点之间加入移相变压器(PST)，通过调节相位角就来控制用电端的电压和潮流分布的具体步骤如下：

1、在节点i和节点j之间加入移相变压器(PST)，如图2所示；

2、高压传输时电阻可以忽略不计，因此导线的相位角为π/2；

3、移相变压器的调相原理如图3所示，调节相位角α可以改变电压的大小和相位，按照步骤1.3中的公式可知，调节相位角α可以改变潮流分布。

三)采用轨迹灵敏度法对相位角进行预测和调节的具体步骤如下：

1、加入PST后电力系统的状态表达式为X代表状态变量，也就是节点j的电压V_j和相位角δ_j，α是移相变压器的可调相位角；

2、X₀是状态平衡点，利用状态X与X₀的距离来描述故障对系统的影响程度；

3、如果距离超过限定的安全距离，采用轨迹灵敏度来减小距离，使系统达到新的平衡；

4、设故障的发生时间为t＝t_c，则

5、在时间区间[t_c,t_e]中，状态X与X₀的距离

L＝|te-tc|，tc代表故障发生的时间，t_e代表达到新的稳定平衡状态的时间；

6、距离d(X,X₀)对α的偏导数为：是动态灵敏度，是达到稳定平衡状态的静态灵敏度；

7、不同的系统对电压的要求不同，设定好电压偏移的范围，最大偏移量为d_max，则Δd＝d(X,X₀)-d_max；

8、如果该时间间隔内d<d_max，则系统是暂态稳定的，不需要进行调节。如果d>d_max，则系统就是不稳定的，利用公式计算得到△α的值；

9、对PST的相位角进行调节，此时将相位角α加上△α，得到满足要求的相位角，实现对电压的控制。

四)重复上一步进行实时检测和控制，具体步骤如下：

1、时刻检测节点j的电压是否在安全范围之内；

2、当检测到电压失稳时，重复步骤3)进行相位角的调节，直到电压稳定。

综上所述，本发明是对电力系统进行等效简化，采用经典负载模型并选取合适的参数值来描述实际的电力系统，选取移相变压器(PST)对相位角进行调节，从而控制电路的潮流和电压。以当前电压对稳定状态电压的偏移程度d作为评判系统电压状态的标准，以作为动态灵敏度，采用轨迹灵敏度法对移相变压器的移相角进行实时调节，时刻检测负载端电压的值。若超出安全范围便重复上述步骤进行调节，使得调节后的移相角能够抑制电压波动，保证电压在安全范围内，从而提高电力系统的暂态稳定性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：对高压电力系统进行建模，简化为最简单的线路模型；

步骤二：在两个节点之间加入移相变压器，通过调节相位角来控制用电端的电压和潮流分布；

步骤三：采用轨迹灵敏度法对相位角进行预测和调节；

步骤四：重复步骤三进行实时检测和控制；

步骤一中所述对电力系统进行建模的具体步骤如下：

1-1)当线路长度在100km以内，且电压在35kv以下，线路电纳忽略不计；

1-2)传输线路简化为由节点i和节点j及阻抗Z组成的电路；

1-3)在本线路模型中，发电机节点模型进行忽略，但是负载节点模型不可缺少，节点j的有功功率和无功功率分别是P_sj＝-Y_ijV_iV_jsin(δ_ij+α)，Q_sj＝Y_ijV_jsin(V_j-V_icos(δ_ij+α))；

1-4)采用经典模型方法，用微分方程描述电路，因此负载端的微分方程为：δ_j是节点j的相位角，和是从节点j向电网中的有功功率和无功功率注入的初始值，D_L和ε是两个控制相位角和电压值的调节速度的参数；

1-5)按照实际情况，设置节点j相关变量的初值：电压V_j、相位角δ_j、注入的有功功率注入的无功功率并为D_L和ε选取合适的参数值；

步骤二中所述在两个节点之间加入移相变压器，通过调节相位角来控制用电端的电压和潮流分布的具体步骤如下：

2-1)在节点i和节点j之间加入移相变压器；

2-2)高压传输时电阻忽略不计，因此等效传输线路中导纳相位角为π/2；

2-3)移相变压器的调相原理，调节相位角α改变电压的大小和相位，按照步骤1-3)中的公式知，调节相位角α改变潮流分布。

2.如权利要求1所述的一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法，其特征在于，步骤三中所述采用轨迹灵敏度法对相位角进行预测和调节的具体步骤如下：

3-1)加入移相变压器后电力系统的状态表达式为X＝f(X,α)，X代表状态变量，也就是节点j的电压V_j和相位角δ_j，α是移相变压器的可调相位角；

3-2)X₀是状态平衡点，利用状态X与X₀的距离来描述故障对系统的影响程度；

3-3)如果距离超过限定的安全距离，采用轨迹灵敏度来减小距离，使系统达到新的平衡；

3-4)设故障的发生时间为t＝t_c，则

3-5)在时间区间[t_c,t_e]中，状态X与X₀的距离

L＝|t_e-t_c|，t_c代表故障发生的时间，t_e代表达到新的稳定平衡状态的时间；

3-6)距离d(X,X₀)对α的偏导数为： 是动态灵敏度，是达到稳定平衡状态的静态灵敏度；

3-7)不同的系统对电压的要求不同，设定好电压偏移的范围，最大偏移量为d_max，则Δd＝d(X,X₀)-d_max；

3-8)如果该时间间隔内d＜d_max，则系统是暂态稳定的，不需要进行调节；如果d＞d_max，则系统就是不稳定的，利用公式计算得到Δα的值；

3-9)对移相变压器的相位角进行调节，此时将相位角α加上Δα，得到满足要求的相位角，实现对电压的控制。

3.如权利要求1所述的一种基于轨迹灵敏度法的移相变压器相位角调节方法，其特征在于，还包括有步骤四，重复步骤三进行实时检测和控制，具体步骤如下：

4-1)时刻检测节点j的电压是否在安全范围之内；

4-2)当检测到电压失稳时，重复步骤三进行相位角的调节，直到电压稳定。