CN104901304B - 一种基于轨迹的电力系统暂态稳定负相关断面识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于轨迹的电力系统暂态稳定负相关断面识别方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明基于电力系统暂态稳定量化理论，将系统机组划分为领前群和余下群，进而等值成两机系统，直至等值为单机无穷大系统，利用系统等值单机无穷大系统功‑角响应曲线在第一摆次内的波峰数量初步判断系统是否可能存在暂态稳定负相关断面，若波峰数量大于1，则进一步分别对领前群和余下群进行基于惯量中心的两机等值，比较不同群内等值两机任一时刻的功角相位差最终判断系统是否存在暂态稳定负相关断面。本发明有利于电力系统调度运行人员把握电网内在运行规律，制定电网调度运行控制决策，从而提升了系统安全稳定和自动化水平。
Description
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说，本发明涉及一种基于轨迹的电力系统暂态稳定负相关断面识别方法。
背景技术
远距离、大容量，跨区交直流输电和全国电网互联格局的逐渐形成，在取得巨大经济效益的同时，也使得电力系统的稳定问题更加复杂，系统内不同断面之间的耦合特性有所加强，给传统的稳定分析与控制带来极大挑战。防止电力系统崩溃瓦解，进而防止大面积停电事故的发生，是电力系统运行部门最重要的职责之一。
EEAC建立了非线性稳定性的故障失稳模式概念，实际电力系统仿真中已经发现，系统发生故障后可能出现多个失稳模式共存的情况。对一个失稳模式有效的控制措施可能恶化另外一个失稳模式，我们将这样两个失稳模式对应的关键断面定义为电力系统暂态稳定负相关断面。暂态稳定负相关断面有这样的性质：当一个断面的功率增加时，会导致另外一个断面的暂态稳定极限下降。
随着系统规模的扩大，动态过程中不同区域电网间的相互影响可能会增强，原本互不相关输电断面间的稳定问题也可能会相互耦合。特别是特高压互联电网过渡期间，网内输电输电断面稳定问题的相互关联性有加强之势，输电能力的交互影响也日益凸显，每一个输电断面的稳定输送水平不但与本输电断面的输送功率密切相关，而且还受其他输电断面输送功率大小和网架结构变化的影响，同一故障下不同输电输电断面功率水平或网架结构下可能导致不同的失稳模式，同一关键输电断面故障后也可能激发不同的失稳模式；针对某一失稳模式的控制措施对其它失稳模式可能失效甚至带来危险的控制负效应问题，极端状况甚至会激发其它模式的相继失稳，这些因素均给电网安全运行控制带来了极大的挑战。如果没有整体的协调考虑，仅通过采取简单的控制手段有时可能难以满足系统全局稳定问题的整体解决，即便能解决，方案也存在优化问题。
研究表明，已发生的诸多大停电事故与系统的暂态失稳相关或因其而引发其他问题，且事后分析表明，很多连锁故障和随后大停电事故的发生，都是因对电网动态过程发展机理的了解不足，并缺乏相应的应对措施所致。而该过程中最重要的问题之一便是，缺乏对大电网内稳定问题相关联的关键输电断面的识别技术。为此，亟待加强电网运行中强相关输电输电断面的识别，以提高大电网安全稳定运行水平。
中国专利ZL200910034259.7公开了一种电力系统故障的暂态稳定关键输电断面识别方法，根据这一方法可以利用机组参与因子和灵敏度确定关键输电断面。另一份中国专利ZL200910026801.4公开了一种电力系统暂态安全稳定模式中元件参与因子识别方法，根据这一方法可以计算出相应分群方式下的机组的参与因子。结合上述两份中国文件，则可以确定电力系统故障的关键输电断面。但是，如何识别电力系统暂态稳定负相关断面，目前仍无行之有效的方法。
发明内容
本发明的目的是：为了提高对大电网内暂态稳定相关联的输电断面识别能力，掌握不同输电断面间暂态稳定的关联程度，给出一种基于轨迹的电网暂态稳定负相关断面识别方法。该方法基于电力系统暂态稳定量化分析工具，利用系统等值单机无穷大系统功-角响应曲线在第一摆次内的波峰数量初步判断系统是否可能存在暂态稳定负相关断面，若波峰数量大于1，则进一步分别对领前群和余下群进行基于惯量中心的两机等值，比较不同群内等值两机任一时刻的功角相位差最终判断系统是否存在暂态稳定负相关断面。
具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：
1-1）根据电网运行状态、模型和参数，进行预想故障下的暂态稳定时域仿真；
1-2）基于仿真轨迹和EEAC扩展等面积法则，识别发电机领前群和余下群，记领前群为S群、余下群为A群；
根据S群中各台机组EEAC主导模式的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T1断面，并将S群和A群的机组分别等值为一台发电机，得到等值两机系统，然后将等值两机系统进一步等值成单机无穷大系统，根据仿真过程中每一时间步长下等值发电机电磁功率、机械功率、功角，得到预想故障下系统的等值单机无穷大系统功-角响应曲线；
1-3）基于EEAC得到预想故障下摆次数以及各摆次时段；
1-4）若预想故障后等值单机无穷大系统功-角响应曲线第一摆次内存在的波峰数目大于1个，则认为当前方式下发生预想故障后可能存在暂态稳定负相关断面，进入步骤1-5）进行下一步计算；否则结束该预想故障下的仿真分析，认为当前方式下发生预想故障后不存在暂态稳定负相关断面，结束本方法；
1-5）分别对S群和A群的机组再进行分群等值，比较等值两机系统下两台等值发电机一个时间窗口内任一时刻的相位差判断是否存在暂态稳定负相关断面，若存在则进入步骤1-6），否则结束本方法；
1-6）根据步骤1-5）中的机组的再分群信息确定暂态稳定负相关断面。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1-5）中分别对S群和A群的机组再进行分群等值、比较两台等值发电机任一时刻的相位差判断是否存在暂态稳定负相关断面，具体包括以下步骤：
1-5-1）利用EEAC方法对S群中的机组进行领前群和余下群的识别，若识别不出领前群和余下群，则认为S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，若能识别出领前群和余下群，则记领前群为S S 群、余下群为S A 群，并基于惯量中心等值获得S S 群的等值发电机G SS 和S A 群的等值发电机G SA ，比较一个时间窗口内任一时刻两台等值发电机功角的相位差θ S ，若存在90度<θ S < 270度，则认为S群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则认为S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面；
1-5-2）利用EEAC方法对A群中的机组进行领前群和余下群的识别，若识别不出领前群和余下群，则认为A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，若能识别出领前群和余下群，则记领前群为A S 群、余下群为A A 群，并基于惯量中心等值获得A S 群的等值发电机G AS 和A A 群的等值发电机G AA ，比较一个时间窗口内任一时刻两台等值发电机功角的相位差θ A ，若存在90度<θ A < 270度，则认为A群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则认为A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面；
1-5-3）若S群和A群内均不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，则当前方式下发生预想故障后不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则当前方式下发生预想故障后存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1-6）中根据机组的再分群信息确定暂态稳定负相关断面，具体包括以下步骤：
1-6-1）当S群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面而A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用S S 群中各台机组在S S 群相对S A 群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T2断面，则T1断面和T2断面是暂态稳定负相关断面；
1-6-2）当S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面而A群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用A S 群中各台机组在A S 群相对A A 群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T3断面，则T1断面和T3断面是暂态稳定负相关断面；
1-6-3）当S群和A群内都存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用S S 群中各台机组在S S 群相对S A 群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面、记这一关键输电断面为T2断面，以及利用A S 群中各台机组在A S 群相对A A 群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面、记这一关键输电断面为T3断面，则T2断面、T3断面和T1断面是暂态稳定负相关断面。
本发明的有益效果如下：本发明根据系统等值单机无穷大系统功-角响应曲线及领前群和余下群内等值两机的功角相位差，可识别电网中多输电断面暂态稳定的关联关系。基于这种关联关系，在配置安全稳定控制措施时，暂态稳定强相关的输电断面应考虑协调控制，避免对一个输电断面有效的控制措施对另外一个输电断面造成负效应。若不存在暂态稳定关联关系的输电断面，则考虑解耦控制，即在配置相关控制措施时独立配置，简化控制方案。因此，本发明有利于电力系统调度运行人员把握电网内在运行规律，制定电网调度运行控制决策，从而提升了系统安全稳定和自动化水平。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。
参见图1。图1中步骤1描述的是根据电网运行状态、模型和参数，进行预想故障下的暂态稳定时域仿真；
图1中步骤2描述的是基于仿真轨迹和扩展等面积法则（EEAC），识别发电机领前群和余下群，记领前群为S群、余下群为A群，根据S群中各台机组EEAC主导模式的参与因子及各机组对断面组成元件（包括线路、变压器等）有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T1断面，并将S群和A群的机组分别等值为一台发电机，得到等值两机系统，然后将等值两机系统进一步等值成单机无穷大系统，根据仿真过程中每一时间步长下等值发电机电磁功率、机械功率、功角，得到预想故障下系统的等值单机无穷大系统功-角响应曲线。
确定关键输电断面的方法以及各机组参与因子的计算方法均为现有成熟技术，具体可参见ZL200910034259.7和ZL200910026801.4中的相关内容，ZL200910034259.7和ZL200910026801.4中的临界群即为本发明中的领前群，在此不再赘述。
图1中步骤3描述的是基于EEAC得到预想故障下摆次数以及各摆次时段。
图1中步骤4描述的是若预想故障后等值单机无穷大系统功-角响应曲线第一摆次内存在的波峰数目大于1个，则认为当前方式下发生预想故障后可能存在暂态稳定负相关断面，进行下一步计算；否则结束该预想故障下的仿真分析，认为当前方式下发生预想故障后不存在暂态稳定负相关断面，结束本方法。
图1中步骤5描述的是分别对S群和A群的机组再进行分群等值，比较等值两机系统下两台等值发电机一个时间窗口内任一时刻的相位差判断是否存在暂态稳定负相关断面，若存在则进入下一步骤6），否则结束本方法。其中，分别对S群和A群的机组再进行分群等值、比较两台等值发电机任一时刻的相位差判断是否存在暂态稳定负相关断面，具体包括以下步骤：
5-1）利用EEAC方法对S群中的机组进行领前群和余下群的识别，若识别不出领前群和余下群，则认为S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，若能识别出领前群和余下群，则记领前群为S S 群、余下群为S A 群，并基于惯量中心等值获得S S 群的等值发电机G SS 和S A 群的等值发电机G SA ，比较一个时间窗口内任一时刻两台等值发电机功角的相位差θ S ，时间窗口长度可根据机组振荡周期确定，一般取0.5s~5s即可。若存在90度<θ S < 270度，则认为S群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则认为S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面。
5-2）利用EEAC方法对A群中的机组进行领前群和余下群的识别，若识别不出领前群和余下群，则认为A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，若能识别出领前群和余下群，则记领前群为A S 群、余下群为A A 群，并基于惯量中心等值获得A S 群的等值发电机G AS 和A A 群的等值发电机G AA ，比较一个时间窗口内任一时刻两台等值发电机功角的相位差θ A ，时间窗口长度可根据机组振荡周期确定，一般取0.5s~5s即可。若存在90度<θ A < 270度，则认为A群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则认为A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面。
5-3）若S群和A群内均不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，则当前方式下发生预想故障后不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则当前方式下发生预想故障后存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面。
图1中步骤6描述的是根据步骤5中的机组再分群信息确定暂态稳定负相关断面，具体包括以下步骤：
6-1）当S群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面而A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用S S 群中各台机组在S S 群相对S A 群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T2断面，则T1断面和T2断面是暂态稳定负相关断面。
6-2）当S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面而A群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用A S 群中各台机组在A S 群相对A A 群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T3断面，则T1断面和T3断面是暂态稳定负相关断面。
6-3）当S群和A群内都存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用S S 群中各台机组在S S 群相对S A 群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面、记这一关键输电断面为T2断面，以及利用A S 群中各台机组在A S 群相对A A 群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面、记这一关键输电断面为T3断面，则T2断面、T3断面和T1断面是暂态稳定负相关断面。
上述步骤中确定关键输电断面的方法以及各机组参与因子的计算方法和步骤2中的一致，具体可参见ZL200910034259.7和ZL200910026801.4中的相关内容，在此不再赘述。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (3)
1.一种基于轨迹的电力系统暂态稳定负相关断面识别方法，所述电力系统暂态稳定负相关断面是指当对一个失稳模式有效的控制措施可能恶化另外一个失稳模式时这样两个失稳模式对应的关键断面，对于电力系统暂态稳定负相关断面，当一个断面的功率增加时，会导致另外一个断面的暂态稳定极限下降，其特征在于，本方法包括如下步骤：
1-1)根据电网运行状态、模型和参数，进行预想故障下的暂态稳定时域仿真；
1-2)基于仿真轨迹和EEAC扩展等面积法则，识别发电机领前群和余下群，记领前群为S群、余下群为A群；
根据S群中各台机组EEAC主导模式的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T1断面，并将S群和A群的机组分别等值为一台发电机，得到等值两机系统，然后将等值两机系统进一步等值成单机无穷大系统，根据仿真过程中每一时间步长下等值发电机电磁功率、机械功率、功角，得到预想故障下系统的等值单机无穷大系统功-角响应曲线；
1-3)基于EEAC得到预想故障下摆次数以及各摆次时段；
1-4)若预想故障后等值单机无穷大系统功-角响应曲线第一摆次内存在的波峰数目大于1个，则认为当前方式下发生预想故障后可能存在暂态稳定负相关断面，进入步骤1-5)进行下一步计算；否则结束该预想故障下的仿真分析，认为当前方式下发生预想故障后不存在暂态稳定负相关断面，结束本方法；
1-5)分别对S群和A群的机组再进行分群等值，比较等值两机系统下两台等值发电机一个时间窗口内任一时刻的相位差判断是否存在暂态稳定负相关断面，若存在则进入步骤1-6)，否则结束本方法；
1-6)根据步骤1-5)中的机组的再分群信息确定暂态稳定负相关断面。
2.根据权利要求1所述的基于轨迹的电力系统暂态稳定负相关断面识别方法，其特征在于，所述步骤1-5)中分别对S群和A群的机组再进行分群等值、比较两台等值发电机任一时刻的相位差判断是否存在暂态稳定负相关断面，具体包括以下步骤：
1-5-1)利用EEAC方法对S群中的机组进行领前群和余下群的识别，若识别不出领前群和余下群，则认为S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，若能识别出领前群和余下群，则记领前群为SS群、余下群为SA群，并基于惯量中心等值获得SS群的等值发电机GSS和SA群的等值发电机GSA，比较一个时间窗口内任一时刻两台等值发电机功角的相位差θS，若存在90°<θS<270°，则认为S群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则认为S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面；
1-5-2)利用EEAC方法对A群中的机组进行领前群和余下群的识别，若识别不出领前群和余下群，则认为A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，若能识别出领前群和余下群，则记领前群为AS群、余下群为AA群，并基于惯量中心等值获得AS群的等值发电机GAS和AA群的等值发电机GAA，比较一个时间窗口内任一时刻两台等值发电机功角的相位差θA，若存在90°<θA<270°，则认为A群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则认为A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面；
1-5-3)若S群和A群内均不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，则当前方式下发生预想故障后不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面，否则当前方式下发生预想故障后存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面。
3.根据权利要求2所述的基于轨迹的电力系统暂态稳定负相关断面识别方法，其特征在于，所述步骤1-6)中根据机组的再分群信息确定暂态稳定负相关断面，具体包括以下步骤：
1-6-1)当S群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面而A群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用SS群中各台机组在SS群相对SA群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T2断面，则T1断面和T2断面是暂态稳定负相关断面；
1-6-2)当S群内不存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面而A群内存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用AS群中各台机组在AS群相对AA群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面，记这一关键输电断面为T3断面，则T1断面和T3断面是暂态稳定负相关断面；
1-6-3)当S群和A群内都存在与T1断面相关联的暂态稳定负相关断面时，利用SS群中各台机组在SS群相对SA群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面、记这一关键输电断面为T2断面，以及利用AS群中各台机组在AS群相对AA群分群方式下的参与因子及各机组对断面组成元件有功功率的灵敏度确定关键输电断面、记这一关键输电断面为T3断面，则T2断面、T3断面和T1断面是暂态稳定负相关断面。
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-
2015
- 2015-02-15 CN CN201510079616.7A patent/CN104901304B/zh active Active
Patent Citations (5)
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