CN109217283A - 一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于电力系统解列控制领域的一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法。根据母线电压的变化启动对失步状态的检测，以母线电压降低量作为启动判据；以失步振荡时振荡中心电压在振荡周期内连续变化且过零判定系统失步；将振荡中心漂移经过的线路纳入初始解列搜索空间，校核初始搜索空间内各初始解确定满足稳定约束的初始解，然后计算各可行解的孤岛不平衡度，确定孤岛不平衡度最小的断面为最终解列断面；最后在合适的时刻解列系统。能在满足同调约束的条件下更大可能的减小孤岛不平衡度，从而减小了负荷损失率，降低后续孤岛控制的难度，为电网运行人员应对和防止事故扩大提供可靠方案。

Description

一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法

技术领域

本发明属于电力系统失步解列控制领域，特别涉及一种计及振荡中心漂移的电力系统失步解列控制方法。

背景技术

随着互联电网规模的扩大，系统的动态稳定问题愈发重要，解列控制作为电力系统安全稳定的最后一道防线，对防止事故的扩大有着重要作用。系统发生失步振荡时，振荡中心落在失步机群间的电气联系上，因此准确判断失步的发生、捕捉振荡中心位置、确定解列断面是解列控制的关键。

受系统运行方式和故障形式的影响，现有的失步解列判据的适应性受到了严重挑战，尤其是已有判据多未考虑振荡中心漂移的影响。相关分析研究指出在系统对称的情况，振荡中心位于系统的中心，且位置不变。现代复杂电力系统发生失步振荡时，振荡中心可能会在失步中心所在联络线及其相邻线路上快速来回漂移，这增加了实时自动捕捉振荡中心位置的困难。失步振荡过程中，无功功率由失步联络线两侧流向振荡中心，利用有功功率过零计算振荡周期，并利用周期内无功功率积分来判断失步断面的方法在振荡中心在相邻线路上快速来回漂移时会因为失步周期较短而计算困难。利用视在阻抗角反映功角变化，从而区分失步振荡与短路故障、同步振荡，确定振荡中心，但是这种方法在振荡中心在多条线路上来回漂移时无法对振荡中心实时搜索和定位。基于的判据和基于相位角的判据均是根据电气量的变化轨迹进行动作区域整定，在系统不对称，振荡中心漂移的情况下，存在轨迹变化复杂、整定困难且容易误判等问题。同时，国内现有的通过判定失步中心落在线路内时进行解列的方法一般可以保证解列后系统的稳定性，但存在解列后系统不平衡功率可能较大的问题。

针对现有解列方案存在的不足之处，本发明目的是提供一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，该方法基于广域信息，通过捕捉振荡中心位置确定解列断面初始搜索空间，综合考虑孤岛不平衡度确定最终解列断面并实施解列。该方法能够可靠区分同步振荡、短路故障和失步振荡，不受振荡中心漂移和系统失稳模式变化的影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据母线电压的变化启动对失步状态的监测。系统正常运行时，各母线电压维持在U_N附近并基本保持不变；当系统发生故障时，各母线电压会迅速变化至故障电压，且随线路均匀分布，故障切除后电压迅速恢复至正常电压并在很小的范围内波动；系统发生失步振荡时，母线电压幅值做大幅度振荡，且越靠近振荡中心，电压幅值越小。

2)根据振荡中心电压变化规律判定失步状态。系统失步振荡时振荡中心电压周期性连续变化且过零，短路故障发生和清除时振荡中心电压不连续变化且有突变，同步振荡时振荡中心电压连续变化但不过零。

3)根据失步状态确定后线路上存在振荡中心的判据将振荡中心漂移经过的线路纳入解列断面初始搜索空间，校验初始搜索空间内满足同调约束的各初始解，进而筛选出可行解。

4)计算各可行解的孤岛不平衡度，确定孤岛不平衡度最小的可行解断面为最终解列断面并实施解列。

所述根据母线电压的变化启动对失步状态的监测的判据为：

ΔU_m≥ΔU_set (1)

式(1)中，ΔU_m为母线的电压降低量；ΔU_set可以根据实际电网的特性和运行经验等整定，本处取0.2(标幺值，基准值为U_N)。

所述根据振荡中心电压变化规律判定失步状态的判据为：

式(2)中，表示线路上存在振荡中心；为振荡中心电压最小值，ε_e为一个接近于零的数，表示振荡中心电压过零或接近于零；为系统采集步长间振荡中心电压变化量，ε_n为根据采集步长和系统特性整定值，表示振荡中心连续变化无突变。

所述失步状态确定后线路上存在振荡中心的判据为：

式(3)中，分别为线路两端电压，为振荡中心电压。

所述计算孤岛不平衡度的公式为：

式(4)中，k为解列后的孤岛数；为由节点集V_i组成的孤岛不平衡功率；为孤岛中发电机出力与负荷大小绝对值之和，反映了孤岛容量大小。为系统的孤岛不平衡度，越小，解列后的停电损失率越小，孤岛控制代价也越小。

本发明的有益效果是针对现有失步解列控制方法存在的不足，提出了一种计及振荡中心漂移的失步解列控制方法，综合考虑振荡中心漂移规律、失步中心位置和解列后孤岛不平衡度来确定解列断面，能够实时捕捉振荡中心位置，可靠区分同步振荡、短路故障和失步振荡，不受振荡中心漂移和系统失稳模式变化的影响，同时从降低负荷损失率以及解列后孤岛控制难度角度来说，本发明提出的失步解列控制方法更为有效。

附图说明

图1为一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法流程图。

图2为IEEE3机9节点系统接线图。

图3为故障后发电机功角曲线。

图4为线路L_7-8、L_8-9振荡中心位置和电压变化曲线。

图5为线路L_4-5、L_5-7振荡中心位置和电压变化曲线。

具体实施方式

本发明提出一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，下面结合附图1和具体实施例对本发明作详细说明。

图1所示为一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法流程图，包括如下步骤：

1)根据母线电压的变化启动对失步状态的监测。系统正常运行时，各母线电压维持在U_N附近并基本保持不变；当系统发生故障时，各母线电压会迅速变化至故障电压，且随线路均匀分布，故障切除后电压迅速恢复至正常电压并在很小的范围内波动；系统发生失步振荡时，母线电压幅值做大幅度振荡，且越靠近振荡中心，电压幅值越小。

2)根据振荡中心电压变化规律判定失步状态。系统失步振荡时振荡中心电压周期性连续变化且过零，短路故障发生和清除时振荡中心电压不连续变化且有突变，同步振荡时振荡中心电压连续变化但不过零。

3)根据失步状态确定后线路上存在振荡中心的判据将振荡中心漂移经过的线路纳入解列断面初始搜索空间，校验初始搜索空间内满足同调约束的各初始解，进而筛选出可行解。

4)计算各可行解的孤岛不平衡度，确定孤岛不平衡度最小的可行解断面为最终解列断面并实施解列。

所述根据母线电压的变化启动对失步状态的监测的判据为：

ΔU_m≥ΔU_set (1)

式(1)中，ΔU_m为母线的电压降低量；ΔU_set可以根据实际电网的特性和运行经验等整定，本处取0.2(标幺值，基准值为U_N)。

所述根据振荡中心电压变化规律判定失步状态的判据为：

式(2)中，表示线路上存在振荡中心；为振荡中心电压最小值，ε_e为一个接近于零的数，表示振荡中心电压过零或接近于零；为系统采集步长间振荡中心电压变化量，ε_n为根据采集步长和系统特性整定值，表示振荡中心连续变化无突变。

所述失步状态确定后线路上存在振荡中心的判据为：

式(3)中，分别为线路两端电压，为振荡中心电压。

所述计算孤岛不平衡度的公式为：

式(4)中，k为解列后的孤岛数；为由节点集V_i组成的孤岛不平衡功率；为孤岛中发电机出力与负荷大小绝对值之和，反映了孤岛容量大小。为系统的孤岛不平衡度，越小，解列后的停电损失率越小，孤岛控制代价也越小。

本发明以IEEE3机9节点系统为实施例，IEEE3机9节点系统接线如图2所示，设置0s时线路L_5-7发生三相瞬时性故障，0.39s后故障清除，系统出现失步振荡。图3所示是机组G1、G3相对于机组G2的功角差曲线；可知机组G1、G3与机组G2间发生失步振荡。

图4为线路L_7-8、L_8-9振荡中心位置和电压，由仿真结果可知振荡中心在系线路L_7-8、L_8-9上快速来回漂移，振荡中心电压连续且在线路L_8-9上周期性过零，即失步中心落在L_8-9上。

图5为线路L_4-5、L_5-7振荡中心位置和电压，由仿真结果可知振荡中心在线路L_4-5、L_5-7上快速来回漂移，振荡中心电压连续且在线路L_5-7上周期性过零，即失步中心落在L_5-7上，线路L_5-7、L_8-9构成失步中心断面。

系统故障清除瞬间，监测到多处母线电压变化量ΔU_m≥ΔU_set，启动系统失步监测判据，监测到振荡中心电压连续变化，线路L_8-9在0.5s、0.8s等时刻周期性过零，L_5-7在0.8s等时刻周期性过零，判定系统失步。

将振荡中心漂移经过的线路L_4-5、L_5-7、L_7-8、L_8-9纳入解列断面搜索初始空间，得到空间内满足同调约束的4个初始解：L_5-7、L_8-9，L_4-5、L_7-8，L_5-7、L_7-8，L_4-5、L_8-9；其中失步中心断面为L_5-7、L_8-9。PSD-BPA仿真验证于此4个断面解列系统均能通过后续孤岛控制满足系统的稳定运行，计算各可行解的孤岛不平衡度如表1所示。

表1解列断面不平衡功率比较

Table 1 Comparison of column section power imbalance

由表1结果可知，根据本发明方法确定的孤岛不平衡度最小的可行解为可行解2断面L_4-5、L_7-8，此断面能在满足同调约束的条件下使解列后孤岛内发电机出力与负荷尽可能平衡；失步解列断面为可行解1断面L_5-7、L_8-9，该可行解仍存在解列后不平衡功率较大的问题。该结果验证了在失步中心断面解列系统不一定能保证不平衡功率最小，解列效果不一定最优的观点。所以，将振荡中心漂移经过的线路均纳入初始解列断面搜索空间应是更为合理的解列控制方法。因此，从降低负荷损失率以及解列后孤岛控制难度角度来说，本发明提出的失步解列控制方法更为有效。

本发明提出了一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，综合考虑了振荡中心漂移规律、失步中心位置和解列后孤岛不平衡度来确定解列断面。采用振荡中心电压变化规律判定失步状态可以有效区分同步振荡、短路故障和失步振荡；采用将振荡中心漂移经过的线路纳入解列空间的方法，可以更大限度的减小解列后的孤岛不平衡功率，有利于降低后续孤岛控制的难度；本发明的失步解列控制方法能够不受振荡中心漂移的影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，其特征在于，该方法的基本步骤如下：

1)根据母线电压的变化启动对失步状态的监测。系统正常运行时，各母线电压维持在U_N附近并基本保持不变；当系统发生故障时，各母线电压会迅速变化至故障电压，且随线路均匀分布，故障切除后电压迅速恢复至正常电压并在很小的范围内波动；系统发生失步振荡时，母线电压幅值做大幅度振荡，且越靠近振荡中心，电压幅值越小。

2)根据振荡中心电压变化规律判定失步状态。系统失步振荡时振荡中心电压周期性连续变化且过零，短路故障发生和清除时振荡中心电压不连续变化且有突变，同步振荡时振荡中心电压连续变化但不过零。

3)根据失步状态确定后线路上存在振荡中心的判据将振荡中心漂移经过的线路纳入解列断面初始搜索空间，校验初始搜索空间内满足同调约束的各初始解，进而筛选出可行解。

4)计算各可行解的孤岛不平衡度，确定孤岛不平衡度最小的可行解断面为最终解列断面并实施解列。

2.根据权利要求1所述一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，其特征在于，所述根据母线电压的变化启动对失步状态的监测的判据为：

ΔU_m≥ΔU_set (1)

式(1)中，ΔU_m为母线的电压降低量；ΔU_set可以根据实际电网的特性和运行经验等整定，本处取0.2(标幺值，基准值为U_N)。

3.根据权利要求1所述一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，其特征在于，所述根据振荡中心电压变化规律判定失步状态的判据为：

式(2)中，表示线路上存在振荡中心；为振荡中心电压最小值，ε_e为一个接近于零的数，表示振荡中心电压过零或接近于零；为系统采集步长间振荡中心电压变化量，ε_n为根据采集步长和系统特性整定值，表示振荡中心连续变化无突变。

4.根据权利要求1所述一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，其特征在于，所述失步状态确定后线路上存在振荡中心的判据为：

式(3)中，分别为线路两端电压，为振荡中心电压。

5.根据权利要求1所述一种计及振荡中心漂移的电网失步解列控制方法，其特征在于，所述计算孤岛不平衡度的公式为：

式(4)中，k为解列后的孤岛数；为由节点集V_i组成的孤岛不平衡功率；为孤岛中发电机出力与负荷大小绝对值之和，反映了孤岛容量大小。为系统的孤岛不平衡度，越小，解列后的停电损失率越小，孤岛控制代价也越小。