CN105098763B - 一种基于wams和ems的暂态电压稳定在线评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，该方法为：获取WAMS实时电网测量信息判断电网是否扰动；当电网扰动后从EMS获取当前电网的拓扑结构、参数及潮流运行信息，求得计及负荷等效导纳的全导纳矩阵；根据WAMS量测信息，统计电压跌落超过预设槛值的节点，结合全导纳矩阵求逆得出统计节点的戴维南等效参数，以此作为初值跟踪WAMS量测信息进行戴维南等效参数辨识和静态电压稳定裕度指标计算，并计暂态电压跌落可接受性面积型指标；统计电网节点电压跌落超过预设槛值并跌落持续时间大于预设槛值的节点，确定电网扰动暂态电压失稳节点的占有率。该方法快速有效的实现暂态电压稳定快速评估。
Description
技术领域：
本发明涉及一种电网运行状态评估方法，更具体涉及一种基于WAMS和EMS的受端电网暂态电压稳定在线评估方法。
背景技术：
随着社会、经济及电力工业的快速发展，电网逐渐发展成大规模、远距离、特高压交直流互联及新能源接入比例加大等形式，增加了电网运行的不确定性。而受端电网主要以负荷集中地区为中心，通过周边联络线与远距离广义发端电源相连，进而实现电能的供需平衡。由于能源和负荷中心区域分布的不匹配，以及考虑环境等因素制约，受端系统内部电源支撑不足，大量电能需要从远方进行远距离传输，受端系统规模迅猛增大且其复杂度越趋复杂。
20世纪80年代以来，国际上多个大型电力系统相继发生多起电压持续偏低、电压崩溃事件，造成巨大的经济损失和社会影响，使电压稳定逐渐成为国际电工学界关注的焦点，对运行环境下的受端电网电压稳定在线监控提出了更高的要求。目前，用于电力系统静态电压稳定和动态电压稳定仿真的数值算法比较成熟，引起仿真结果与真实系统不吻合的原因主要是系统中元件模型与参数的不准确。另外，基于数学建模和仿真的分析方法，受电网模型、参数以及数值计算等因素的制约，在应用规模、速度及可靠性等方面很难适应电压稳定在线实时评估的要求。
广域测量系统(Wide Area Measurement System，WAMS)能够实现广域电网真实运行状态的同步实时测量，为基于WAMS量测轨迹信息的受端电网电压稳定在线评估提供了新的机遇。从物理动态恢复特性和对外表象而言，电压稳定问题主要聚焦于受端电网，具有一定的局部特征。电压失稳(或崩溃)可能发生在正常运行状态的某一小扰动，或者发生在大扰动过渡过程中，如何有效地利用WAMS量测轨迹信息，实现受端电网正常状态和大扰动状态的电压稳定评估是当前电力工程界研究的热点。
目前，基于WAMS量测轨迹信息的电网稳定态势评估主要聚焦与两种领域：一是基于戴维南等效方法的静态电压稳定评估方法研究；二是基于动态轨迹的发电机同步性评估方法研究。而在基于WAMS测量信息的暂态电压稳定评估研究甚少，往往主要采用经验型的电压跌落可接收时间二元表法，二元表法无法给出比较明确的暂态电压稳定裕度评估信息。另外，现有的WAMS系统往往只实现了安装PMU站点的独立电网部件量测状态信息，缺少全网的拓扑结构等信息，而且由于PMU安装数量有限等问题，现提出一种基于WAMS和EMS的受端电网暂态电压稳定在线评估方法以克服上述缺点。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，该方法简单、直接、有效地实现大扰动后受端电网暂态电压支撑能力的在线评估。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述方法使用广域测量系统WAMS和能量管理系统EMS各自信息源优势，包括以下步骤：
(1)从WAMS系统实时获取电网动态测量信息；
(2)根据WAMS测量信息的突变幅度判断电网是否发生扰动；
(3)当所述电网发生扰动，则从EMS系统获取当前时间断面的电网拓扑结构、参数及潮流运行信息，并求得电网计及负荷等效导纳的全导纳矩阵；
(4)统计节点电压跌落超过电压预设槛值并跌落持续时间没有超过时间预设槛值的节点，并结合EMS中的网络模型求得统计节点对应的戴维南等效参数；
(5)针对低电压跌落越限节点，跟踪WAMS测量信息计算静态电压稳定裕度指标，并计算电压幅值和静态稳定裕度指标的暂态电压跌落可接受性面积指标；
(6)统计节点电压跌落超过所述电压预设槛值并跌落持续时间大于所述时间预设槛值的节点，确定所述电网本次扰动发生暂态电压失稳节点的占有率。
本发明提供的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述步骤(1)电网动态测量信息为通过WAMS系统实时获得的电网各同步相量测量单元(PMU)安装站点的动态测量信息。
本发明提供的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述步骤(2)根据WAMS系统测量的母线电压幅值突变幅度判断电网发生的扰动。
本发明提供的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述步骤(3)中电网潮流运行信息为从EMS系统获得的所述电网当前时刻的QS数据文件，并将其转为BPA数据格式再进行潮流计算，并求得计及负荷等效导纳的全导纳矩阵。
本发明提供的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述步骤(4)采用传统暂态电压跌落可接受性识别法，用预先设定的电压跌落及可持续时间槛值，针对WAMS测量信息筛选出电压跌落超过阀值的节点，并结合EMS信息求得其戴维南等效参数。
本发明提供的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述步骤(5)以故障发生时刻的EMS信息求得戴维南等效参数作为初值，结合电压跌落越限节点的PMU测量信息进行戴维南等效参数跟踪辨识和静态电压稳定指标计算，以便计算电压幅值和静态稳定裕度暂态电压跌落可接受性面积指标值。
本发明提供的又一优选的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述电网发生扰动的节点电压前后差值阀值为Uc，如果检测到某一电源管理单元测量的节点电压幅值前后差值大于Uc，再取下一刻所述电源管理单元测量电压幅值并判别差值是否大于Uc，从而确定扰动事件发生。
本发明提供的又一优选的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述从EMS系统取得同时包含电网拓扑结构、参数及运行潮流断面的QS数据文件，转化为BPA数据格式以后进行潮流计算，以便获得完整的电网结构及潮流运行信息；从BPA潮流计算时获得原始网络导纳矩阵，根据各负荷节点的节点电压相量和负荷功率，求得各负荷节点的等效导纳，并将所有负荷节点的等效导纳并入到所述原始网路导纳矩阵，获得电网及负荷等效导纳的全导纳矩阵。
本发明提供的又一优选的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述针对WAMS信息筛选出电压跌落越限节点，对求得的全导纳矩阵，采用大型稀疏复数线性方程组求解法求得节点包含负荷阻抗在内的综合阻抗，然后采用反并联分解扣除负荷阻抗法获得节点戴维南等效参数。
本发明提供的又一优选的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，所述针对WAMS信息筛选出电压跌落越限节点，以EMS系统获得戴维南等效参数作为初值，采用轨迹灵敏度方法实现对WAMS量测时序数据的戴维南等效参数跟踪辨识，并直接跟踪计算各电压跌落越限节点的静态电压阻抗模裕度指标；采用跌落限值和真实变化轨迹分别乘以PMU量测数据频率累加的形式，计算各低压越限节点的电压幅值和静态稳定裕度的暂态电压跌落可接受性面积指标，实现电网扰动后的暂态电压支撑水平的量化评估。
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、本发明充分利用EMS系统的基础电网模型、参数及运行断面信息，结合WAMS系统的高精度高密度采集数据，实现了大扰动后的暂态电压支撑能力评估；
2、本发明利用EMS的网络参数、拓扑及运行断面信息，求得了并联负荷导纳的全网导纳矩阵，进而可以得到比较真实的各负荷节点戴维南等效参数，以该参数为初值，应用于对WAMS时序信息的等效参数跟踪辨识，提高了在线辨识的速度和精度；
3、本发明中采用节点电压幅值和静态稳定裕度指标构造的暂态电压跌落可接受性面积指标，能够实现扰动过程中电网暂态电压支撑能力的量化评估；；
4、本发明采用的暂态电压失稳二元表判据统计的暂态电压失稳点占全网节点的比例，也能有效的衡量扰动后暂态电压支撑水平；
5、本发明中完全借助了WAMS和EMS系统的现有信息，评估方法简单，满足在线评估的要求。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明的节点等效输电模型示意图；
图3为本发明的电压幅值或静稳指标合格面积示意图。
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1-3所示，本例的发明受端电网暂态电压稳定在线评估方法，所述方法通过广域测量系统WAMS和能量管理系统EMS实现；所述方法包括以下步骤：
(1)从WAMS系统实时获取电网动态测量信息；
(2)根据WAMS测量信息的突变幅度判断电网是否发生扰动；
(3)当所述电网发生扰动，则从EMS系统获取当前时间断面的电网拓扑结构、参数及潮流运行信息，并求得电网计及负荷等效导纳的全导纳矩阵；
(4)统计节点电压跌落超过预设槛值并跌落持续时间没有超过预设槛值的节点，并结合EMS中的网络模型求得统计节点对应的戴维南等效参数；
(5)针对低电压跌落越限节点，跟踪WAMS测量信息计算静态电压稳定裕度指标，并计算电压幅值和静态稳定裕度指标的暂态电压跌落可接受性面积指标；
(6)统计节点电压跌落超过预设槛值并跌落持续时间大于预设槛值的节点，确定所述电网本次扰动发生暂态电压失稳节点的占有率。
所述步骤(1)电网动态测量信息为通过广域测量系统实时获得的电网各电源管理单元安装站点的动态测量信息，广域测量系统WAMS信息可以直接从D5000系统实时获得，也可以利用WAMS采集的历史数据进行反演分析。
所述步骤(2)根据广域测量系统测量的母线电压幅值突变幅度判断电网是否发生扰动，为了避免因数据传输不稳定造成的误判，需要观测多个母线电压幅值跌落情况。
所述步骤(3)通过能量管理系统获得所述电网当前时刻的QS数据文件，并将所述QS数据文件转为BPA数据格式进行潮流计算，获得所述电网潮流运行信息，在此基础上求得各负荷节点的等效导纳，并将其并联到BPA潮流计算时生成的原始网络导纳阵，以便获得计及负荷等效导纳的全导纳矩阵。
所述步骤(4)通过预先设定的电压槛值、静态稳定裕度指标及可持续时间槛值，结合WAMS信息识别电压跌落越限节点，针对这些越限节点和从EMS系统求得全网络导纳矩阵，采用大型稀疏复数线性方程组求解的方法求得节点包含负荷阻抗在内的综合阻抗，然后采用反并联分解扣除负荷阻抗的方法获得节点戴维南等效参数。基于网络方程和真实运行潮流方式，具有较大的可信性。
所述步骤(5)针对低电压跌落越限节点，以通过EMS系统求得戴维南等效参数作为初值，采用轨迹灵敏度方法实现对WAMS测量时序数据的戴维南等效参数跟踪辨识和静态电压稳定裕度指标计算。在分别计算电压幅值和静态稳定裕度指标的暂态电压跌落可接受性面积指标时，可采用跌落限值、真实数据与PMU量测频率相乘累加的形式近似求得。这样可以较好的将电网扰动后的暂态电压支撑水平进行合理量化。这样处理既保证了辨识结果的精度，也保证了在线辨识和静态电压稳定裕度指标跟踪计算的速度。
所述步骤(6)结合WAMS测量的节点电压信息以及简单直观的工程化暂态电压失稳判别标准，可以方便的统计出电网大扰动后暂态电压失稳节点数占全网节点的比值，该比值可以一定程度上反应大扰动后电网暂态电压稳定水平。
最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，其特征在于：所述方法使用广域测量系统WAMS和能量管理系统EMS各自信息源优势，包括以下步骤：
(1)从WAMS系统实时获取电网动态测量信息；
(2)根据WAMS测量信息的突变幅度判断电网是否发生扰动；
(3)当所述电网发生扰动，则从EMS系统获取当前时间断面的电网拓扑结构、参数及潮流运行信息，并求得电网计及负荷等效导纳的全导纳矩阵；
(4)统计节点电压跌落超过电压预设槛值并跌落持续时间没有超过时间预设槛值的节点，并结合EMS中的网络模型求得统计节点对应的戴维南等效参数；
所述步骤(4)通过预先设定的电压槛值、静态稳定裕度指标及可持续时间槛值，结合WAMS信息识别电压跌落越限节点，针对所述越限节点和从EMS系统求得全导纳矩阵，采用大型稀疏复数线性方程组求解的方法求得节点包含负荷阻抗在内的综合阻抗，然后采用反并联分解扣除负荷阻抗的方法获得节点戴维南等效参数；
(5)针对低电压跌落越限节点，跟踪WAMS测量信息计算静态电压稳定裕度指标，并计算电压幅值和静态稳定裕度指标的暂态电压跌落可接受性面积指标；
所述步骤(5)针对低电压跌落越限节点，以通过EMS系统求得戴维南等效参数作为初值，采用轨迹灵敏度方法实现对WAMS测量时序数据的戴维南等效参数跟踪辨识和静态电压稳定裕度指标计算；
(6)统计节点电压跌落超过所述电压预设槛值并跌落持续时间大于所述时间预设槛值的节点，确定所述电网本次扰动发生暂态电压失稳节点的占有率；
所述步骤(3)中电网潮流运行信息为从EMS系统获得的所述电网当前时刻的QS数据文件，并将其转为BPA数据格式再进行潮流计算，并求得计及负荷等效导纳的全导纳矩阵。
2.如权利要求1所述的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，其特征在于：所述步骤(1)电网动态测量信息为通过WAMS系统实时获得的电网各同步相量测量单元(PMU)安装站点的动态测量信息。
3.如权利要求1所述的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，其特征在于：所述步骤(2)根据WAMS系统测量的母线电压幅值突变幅度判断电网发生的扰动。
4.如权利要求3所述的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，其特征在于：所述电网发生扰动的节点电压前后差值阀值为Uc，如果检测到某一电源管理单元测量的节点电压幅值前后差值大于Uc，再取下一刻所述电源管理单元测量电压幅值并判别差值是否大于Uc，从而确定扰动事件发生。
5.如权利要求1所述的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，其特征在于：从EMS系统取得同时包含电网拓扑结构、参数及运行潮流断面的QS数据文件，转化为BPA数据格式以后进行潮流计算，以便获得完整的电网结构及潮流运行信息；从BPA潮流计算时获得原始网络导纳矩阵，根据各负荷节点的节点电压相量和负荷功率，求得各负荷节点的等效导纳，并将所有负荷节点的等效导纳并入到所述原始网络导纳矩阵，获得电网及负荷等效导纳的全导纳矩阵。
6.如权利要求1所述的一种基于WAMS和EMS的暂态电压稳定在线评估方法，其特征在于：所述针对低电压跌落越限节点，以通过EMS系统求得戴维南等效参数作为初值，采用轨迹灵敏度方法实现对WAMS测量时序数据的戴维南等效参数跟踪辨识和静态电压稳定裕度指标计算；包括：采用跌落限值和真实变化轨迹分别乘以PMU量测数据频率累加的形式，计算各低压越限节点的电压幅值和静态稳定裕度的暂态电压跌落可接受性面积指标，实现电网扰动后的暂态电压支撑水平的量化评估。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |