CN108599196A - 改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，根据功率波动轨迹特征，通过比较功率大规模转移的暂态过程中，特高压联络线断面最大暂态功率、理论准稳态功率和理论功率首摆峰值之间的关系，识别暂态功角失稳的风险大小，并提出相应的紧急控制策略，从而减小故障后电网失稳的可能性，提高电网的安全稳定性，为电力系统紧急控制策略提供决策支持。

Description

改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法

技术领域

本发明涉及一种改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，属于电力自动化技术领域。

背景技术

区域电网互联已成为现代电力系统发展的一种主要方式。随着长治-南阳-荆门特高压示范工程投入运行，我国华北-华中两大区域电网通过特高压交流联络线形成互联电力系统。对于采用交流互联方式的交流同步电网，发生在某区域中的大扰动，不仅会对本区域电网稳定性造成冲击，而且将通过区域间联络线对其他区域电网的稳定性产生冲击，严重时甚至可能会导致区域电网失步振荡解列。

对于采用远距离跨区交流互联的同步电网，大功率冲击扰动使得区域电网出现大量功率缺额或盈余，功率在全网内发生大规模转移，使得薄弱断面受到的功率冲击超过其能承受的最大暂态功率，可能会引起互联电网失去同步。基于实际电网的研究也表明，在长治南阳线大功率送电情况下，华中电网发生大功率扰动事件时(如特高压直流闭锁、省间断面联络线解列等)，即使主网机组同调性良好的前提下，华中与华北电网也存在着暂态功角失稳的风险。

针对该现象，许多学者进行了相关的研究，但是目前还没有给出受扰电气量与系统暂态功角稳定性之间的定量关系，也没有提出相应的紧急控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，解决现有技术中大功率扰动事件导致电网存在暂态功角失稳的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，包括如下步骤：

确定特高压互联电网中交流同步电网跨区域单输电通道断面；

计算在运行状态下发生同步振荡过程中，所述单输电通道断面可达到的最大暂态功率；

当单输电通道断面某一侧的区域电网发生有功功率的故障扰动时，确定该单输电通道断面联络线在故障后的理论准稳态功率、以及故障扰动后该单输电通道断面的理论功率首摆峰值；

根据最大暂态功率、理论准稳态功率和理论功率首摆峰值三者之间的关系，确定在故障扰动下电力系统的暂态稳定性，并为电力系统提供紧急控制策略。

所述最大暂态功率采用公式(1)计算获得：

式中：P_max为最大暂态功率；U₁、U₂为单输电通道断面两侧母线的电压幅值；X_L为单输电通道断面的线路电抗。

所述理论准稳态功率的计算方法如下：

P_∞＝J_i/(J₁+J₂)P_LΔ+P₀ (2)

式中：P_∞为理论准稳态功率；J_i为非故障扰动区域电网的惯性常数，i＝1或2；J₁为区域电网A的惯性常数；J₂为区域电网B的惯性常数；P₀为单输电通道断面实时有功功率；区域电网A和区域电网B分别为交流同步电网两侧区域电网；P_LΔ为实际故障扰动量。

所述理论功率首摆峰值的计算方法如下：

式中：P_mk为理论功率首摆峰值；P₀为单输电通道断面实时有功功率；P_LΔ为实际故障扰动量；J_i为非故障扰动区域电网的惯性常数，i＝1或2；J₁为区域电网A的惯性常数；J₂为区域电网B的惯性常数；ζ为区域电网A和区域电网B之间主导振荡模式的阻尼比；区域电网A和区域电网B分别为交流同步电网两侧区域电网。

当单输电通道断面的有功功率缺额发生在送端区域电网或者故障盈余发生在受端区域电网时，将实际故障扰动量P_LΔ取为负值；当单输电通道断面的有功功率盈余发生在送端区域电网或者故障缺额发生在受端区域电网时，将实际故障扰动量P_LΔ取为正值；

所述送端区域电网为单输电通道断面的有功功率送出一侧的区域电网，所述受端区域电网为单输电通道断面的有功功率受入一侧的区域电网。

确定在故障扰动下电力系统的暂态稳定性，并为电力系统提供紧急控制策略的具体方法如下：

若P_max>P_mk+ε，则单输电通道断面的有功功率扰动不会导致断面联络线的功率超过极限而暂态功角失稳，不需要启动紧急控制措施；

若P_max<P_∞-ε，则单输电通道断面的有功功率扰动将使得断面联络线的功率超过极限而导致互联电网暂态功角失稳，需要立即启动紧急控制措施；

若P_∞-ε≤P_max≤P_mk+ε，则单输电通道断面的有功功率扰动将使得断面联络线的功率接近极限值，电力系统的暂态稳定裕度较低，立即给在线调度管理平台发出预警信号；

其中，P_max为最大暂态功率、P_∞为理论准稳态功率、P_mk为理论功率首摆峰值、参数ε为留有的裕度。

所述紧急控制措施的控制量的计算方法如下：

其中：ΔP表示紧急控制措施的控制量；P_max为最大暂态功率；P_mk为理论功率首摆峰值；P_LΔ为实际故障扰动量；0≤τ≤P_max-P₀，τ越大，采取的控制措施量越大，控制效果越好。

根据电力系统中当前实际可用的紧急控制资源确定实际采取的紧急控制措施，并立即下发指令执行，具体方法如下：

实时获取当前故障扰动发生区域的所有可紧急采取的控制资源，并将所有可控资源的控制总量记为ΔP_总；

当时，立即下发指令所有紧急控制措施执行，并将控制量不足的信息发送至在线调度管理平台；

当时，立即下发指令所有紧急控制措施执行；

当ΔP_总>P_LΔ时，按照各控制措施的成本代价排序，以最小的代价选择控制总量恰好为P_LΔ的控制资源，并下发指令立即执行；

其中：P_max为最大暂态功率；P_mk为理论功率首摆峰值；P₀为单输电通道断面实时有功功率；P_LΔ为实际故障扰动量。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：利用PMU(同步相量测量单元)获取电力系统的关键运行状态信息，判断系统在大功率扰动故障后的暂态失稳风险，并给出相应的紧急控制策略的决策方法，能够有效降低跨区互联电网暂态失稳的风险，有利于提高电网抵御严重故障的能力。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图所示，为本发明方法流程图，具体包括如下步骤：

步骤一：根据电力系统的运行方式安排，获得关键参数信息

确定特高压互联电网中远距离交流跨区域输电通道断面，并获取断面两端区域电网的惯性常数，区域电网A的惯性常数记为J₁，区域电网B的惯性常数记为J₂；两侧区域电网之间主导振荡模式的阻尼比，记为ζ；该断面的线路电抗为X_L。

步骤二：利用PMU(同步相量测量单元)获取电力系统的关键运行状态信息，具体如下：

实时监测该断面的有功功率，记为P₀，功率送出一侧的区域电网记为送端，功率受入一侧的区域电网记为受端；断面两侧母线的电压幅值，分别记为U₁、U₂。

步骤三：轨迹特征相关电气量的计算方法，具体如下：

1)计算在该运行状态下发生同步振荡过程中，该断面可达到的最大暂态功率。计算式为

2)当断面某一侧的区域电网发生有功功率的故障扰动时，确定该断面联络线在故障后的理论上的准稳态功率。

当功率缺额发生在送端区域电网或者故障盈余发生在受端区域电网时，将实际故障扰动量P_LΔ取为负值；当功率盈余发生在送端区域电网或者故障缺额发生在受端区域电网时，将实际故障扰动量P_LΔ取为正值。

则，该断面联络线在故障后的理论上的准稳态功率为

P_∞＝J_i/(J₁+J₂)P_LΔ+P₀

式中：J_i为非故障扰动区域电网的惯性常数，即故障发生在区域A时，J_i取值为J₂；故障发生在区域B时，J_i取值为J₁。

3)计算故障扰动后，理论上该断面功率的首摆波动峰值，计算式为

步骤四：根据最大暂态功率P_max、理论准稳态功率P_∞和理论功率首摆峰值P_mk三者之间的关系，确定在该扰动下系统的暂态稳定性，具体如下：

若P_max>P_mk+ε，则功率扰动不会导致断面联络线的功率超过极限而暂态功角失稳，不需要启动紧急控制措施。

若P_max<P_∞-ε，则该功率扰动将使得断面联络线的功率超过极限而导致互联电网暂态功角失稳，需要立即启动紧急控制措施。

若P_∞-ε≤P_max≤P_mk+ε，则该功率扰动将使得断面联络线的功率接近极限值，系统的暂态稳定裕度较低，立即给在线调度管理平台发出预警信号。

其中，参数ε为留有的裕度，例如可以取为5％×P_max。

步骤五：计算在故障扰动区域内需要采取的紧急控制措施的控制量，计算式为

其中：0≤τ≤P_max-P₀，τ越大，采取的控制措施量越大，控制效果越好。根据系统中当前实际可用的紧急控制资源确定实际采取的紧急控制措施，并立即下发指令执行，具体方法如下：

实时获取当前故障扰动发生区域的所有可紧急采取的控制资源，并将所有可控资源的控制总量记为ΔP_总：

当时，立即下发指令所有紧急控制措施执行，并将控制量不足的信息发送至在线调度管理平台；

当时，立即下发指令所有紧急控制措施执行；

当ΔP_总>P_LΔ时，按照各控制措施的成本代价排序，以最小的代价选择控制总量恰好为P_LΔ的控制资源，并下发指令立即执行。

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 (8)

1.改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定特高压互联电网中交流同步电网跨区域单输电通道断面；

计算在运行状态下发生同步振荡过程中，所述单输电通道断面可达到的最大暂态功率；

当单输电通道断面某一侧的区域电网发生有功功率的故障扰动时，确定该单输电通道断面联络线在故障后的理论准稳态功率、以及故障扰动后该单输电通道断面的理论功率首摆峰值；

根据最大暂态功率、理论准稳态功率和理论功率首摆峰值三者之间的关系，确定在故障扰动下电力系统的暂态稳定性，并为电力系统提供紧急控制策略。

2.根据权利要求1所述的改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，其特征在于，所述最大暂态功率采用公式(1)计算获得：

式中：P_max为最大暂态功率；U₁、U₂为单输电通道断面两侧母线的电压幅值；X_L为单输电通道断面的线路电抗。

3.根据权利要求1所述的改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，其特征在于，所述理论准稳态功率的计算方法如下：

P_∞＝J_i/(J₁+J₂)P_LΔ+P₀ (2)

式中：P_∞为理论准稳态功率；J_i为非故障扰动区域电网的惯性常数，i＝1或2；J₁为区域电网A的惯性常数；J₂为区域电网B的惯性常数；P₀为单输电通道断面实时有功功率；区域电网A和区域电网B分别为交流同步电网两侧区域电网；P_LΔ为实际故障扰动量。

4.根据权利要求1所述的改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，其特征在于，所述理论功率首摆峰值的计算方法如下：

式中：P_mk为理论功率首摆峰值；P₀为单输电通道断面实时有功功率；P_LΔ为实际故障扰动量；J_i为非故障扰动区域电网的惯性常数，i＝1或2；J₁为区域电网A的惯性常数；J₂为区域电网B的惯性常数；ζ为区域电网A和区域电网B之间主导振荡模式的阻尼比；区域电网A和区域电网B分别为交流同步电网两侧区域电网。

5.根据权利要求3或4所述的改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，其特征在于，当单输电通道断面的有功功率缺额发生在送端区域电网或者故障盈余发生在受端区域电网时，将实际故障扰动量P_LΔ取为负值；当单输电通道断面的有功功率盈余发生在送端区域电网或者故障缺额发生在受端区域电网时，将实际故障扰动量P_LΔ取为正值；

所述送端区域电网为单输电通道断面的有功功率送出一侧的区域电网，所述受端区域电网为单输电通道断面的有功功率受入一侧的区域电网。

6.根据权利要求1所述的改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，其特征在于，确定在故障扰动下电力系统的暂态稳定性，并为电力系统提供紧急控制策略的具体方法如下：

若P_max>P_mk+ε，则单输电通道断面的有功功率扰动不会导致断面联络线的功率超过极限而暂态功角失稳，不需要启动紧急控制措施；

若P_max<P_∞-ε，则单输电通道断面的有功功率扰动将使得断面联络线的功率超过极限而导致互联电网暂态功角失稳，需要立即启动紧急控制措施；

若P_∞-ε≤P_max≤P_mk+ε，则单输电通道断面的有功功率扰动将使得断面联络线的功率接近极限值，电力系统的暂态稳定裕度较低，立即给在线调度管理平台发出预警信号；

其中，P_max为最大暂态功率、P_∞为理论准稳态功率、P_mk为理论功率首摆峰值、参数ε为留有的裕度。

7.根据权利要求6所述的改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，其特征在于，所述紧急控制措施的控制量的计算方法如下：

其中：ΔP表示紧急控制措施的控制量；P_max为最大暂态功率；P_mk为理论功率首摆峰值；P_LΔ为实际故障扰动量；0≤τ≤P_max-P₀，τ越大，采取的控制措施量越大，控制效果越好。

8.根据权利要求6所述的改善单通道互联电网暂态功角稳定性的紧急控制方法，其特征在于，根据电力系统中当前实际可用的紧急控制资源确定实际采取的紧急控制措施，并立即下发指令执行，具体方法如下：

实时获取当前故障扰动发生区域的所有可紧急采取的控制资源，并将所有可控资源的控制总量记为ΔP_总；

当时，立即下发指令所有紧急控制措施执行，并将控制量不足的信息发送至在线调度管理平台；

当时，立即下发指令所有紧急控制措施执行；

当ΔP_总>P_LΔ时，按照各控制措施的成本代价排序，以最小的代价选择控制总量恰好为P_LΔ的控制资源，并下发指令立即执行；

其中：P_max为最大暂态功率；P_mk为理论功率首摆峰值；P₀为单输电通道断面实时有功功率；P_LΔ为实际故障扰动量。