CN109494718A - 考虑阻尼的复杂电力系统紧急控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑阻尼作用的复杂电力系统紧急控制方法，包括如下步骤：预设会对系统造成重大冲击的扰动，对扰动进行时域仿真计算；对失稳系统进行分群等值；给定控制时刻T₁，通过时域仿真计算获取等值单机系统在控制时刻对应的等值阻尼、功角、角速度、机械功率和电磁功率，以及等值单机系统在不稳定平衡点处对应的功角；计算考虑阻尼的等值单机系统在当前故障下匹配的紧急控制量λ；将等值单机系统的控制量归算为复杂电力系统所需要的紧急控制量ΔP_m。根据时域仿真结果，离线计算简单电力系统在当前故障模式下对应的紧急控制量。

Description

考虑阻尼的复杂电力系统紧急控制方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种考虑系统阻尼信息的复杂电力系统紧急控制量方法。

背景技术

随着现代电力系统向超高压、大容量、交直流混合互联等方向的迅速发展，以及负荷的急遽增长，使得现代电力系统的同调性、失稳模式和关键输电断面等动态特性日益复杂。“三道防线”是我国电网能够长期安全稳定运行的成功经验，其中的第二道防线是通过采取必要的切机、切负荷等手段，以确保电网在发生严重故障时能够继续保持稳定运行的状态，而策略表是第二道防线的核心和基础。

然而，现有的离线或在线稳控计算策略表时，对于不稳定的事故，需要根据经验反复给定切机控制措施试凑出有效的切机控制方案，每个方案的整定都需要通过多次仿真计算，对于大量的故障样本和运行工况的组合，这种方法将会耗费大量的时间和人力。同时，目前的紧急控制算法并没有考虑系统阻尼的作用，会导致得到的紧急控制量偏大。

发明内容

本发明的目的是提出一种考虑发电机阻尼的复杂电力系统紧急控制方法，该算法根据发电机的时域仿真结果(功角、角速度、机械功率、电磁功率和惯性时间常数等)，当系统不稳定时，能够快速计算当前故障模式下复杂电力系统所需的控制量。

为达到上述目的，本发明采用以下技术手段实现：

一种考虑阻尼作用的复杂电力系统紧急控制方法，包括如下步骤：

1)预设会对系统造成重大冲击的扰动，对扰动进行时域仿真计算得到若不施加控制就会失去稳定的算例，获得故障期间和故障切除后各台发电机参数信息；

2)对于失稳系统，根据上一步的时域仿真计算结果，将系统分为超前机群与滞后机群，然后再将两群系统等值为单机系统；

3)给定控制时刻T₁，通过时域仿真计算获取等值单机系统在控制时刻对应的等值阻尼、功角、角速度、机械功率和电磁功率，以及等值单机系统在不稳定平衡点处对应的功角；

4)计算考虑阻尼的等值单机系统在当前故障下匹配的紧急控制量；

5)将等值单机系统的紧急控制量归算为复杂电力系统所需要的紧急控制量；

6)将ΔP_m作为复杂电力系统的紧急控制量进行输出控制。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，发电机参数信息包括阻尼、功角、角速度、机械功率、电磁功率和惯性时间常数。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，给定控制时刻为0.5s。

作为本发明的进一步改进，步骤4)中，紧急控制量λ：

式中：

P_m1是等值单机系统在控制时刻T₁对应的机械功率；

P_e1是等值单机系统在控制时刻T₁对应的电磁功率；

D是等值单机系统的阻尼；

M是等值单机系统的惯性时间常数；

Δω₁是等值单机系统在控制时刻T₁对应的角速度；

δ₁是等值单机系统在控制时刻T₁对应的功角；

δ₂是等值单机系统在不稳定平衡点处对应的功角；

作为本发明的进一步改进，步骤5)中，需要的紧急控制量ΔP_m：

式中：

P_ms1——超前机群的等值机械功率在控制时刻T₁的值；

P_ma1——滞后机群的等值机械功率在控制时刻T₁的值；

M_s——超前机群等值惯性时间常数；

M_a——滞后机群等值惯性时间常数。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

本发明在制定复杂电力系统紧急控制量时，只需一次仿真即可得到当前故障下匹配的紧急控制量，并且考虑到了发电机阻尼的影响，相对于没有考虑阻尼得到的控制量更小，控制措施更加经济。并且采用离线计算手段，节约成本，经济有效。

附图说明

图1是计算示例WEPRI36系统接线图；

图2是考虑阻尼的复杂电力系统紧急控制方法流程图；

图3是控制前各发电机相对于系统惯性中心的功角曲线图；

图4是控制策略实施之后的系统功角曲线图。

具体实施方式

如图2所示，本发明提供的一种考虑阻尼的复杂电力系统紧急控制方法，具体步骤如下：

1)预设会对系统造成严重冲击的故障，通过数值仿真计算得到若不施加控制就会失去稳定的算例，获得故障期间和故障切除后各台发电机的阻尼、功角、角速度、机械功率、电磁功率和惯性时间常数等信息。

2)分群等值：对于失稳系统，根据上一步的仿真结果，将系统分为超前机群与滞后机群，然后再将两群系统等值为单机系统。

3)给定控制时刻T₁，通过时域仿真计算获取等值单机系统在控制时刻对应的等值阻尼、功角、角速度、机械功率和电磁功率，以及等值单机系统在不稳定平衡点处对应的功角；

4)计算考虑阻尼的等值单机系统在当前故障下匹配的紧急控制量λ：

式中：

P_m1是等值单机系统在控制时刻T₁对应的机械功率；

P_e1是等值单机系统在控制时刻T₁对应的电磁功率；

D是等值单机系统的阻尼；

M是等值单机系统的惯性时间常数；

Δω₁是等值单机系统在控制时刻T₁对应的角速度；

δ₁是等值单机系统在控制时刻T₁对应的功角；

δ₂是等值单机系统在不稳定平衡点处对应的功角；

5)将等值单机系统的控制量归算为复杂电力系统所需要的紧急控制量ΔP_m：

式中：

P_ms1——超前机群的等值机械功率在控制时刻T₁的值；

P_ma1——滞后机群的等值机械功率在控制时刻T₁的值；

M_s——超前机群等值惯性时间常数；

M_a——滞后机群等值惯性时间常数。

用下面的实施例来说明具体实施方式：

如图1所示，WEPRI36系统，故障设置为母线31和母线33之间靠近母线33侧发生三相短路接地故障，0.19秒跳开线路，根据策略表在0.35s的时候切除了G8发电机30％出力，系统仍然失稳。

给定控制时刻为0.5s，根据此时的复合功角进行实时分群，临界机群S为G7，G8发电机，其余机群A为G1，G2，G3，G4，G5，G6发电机。

图3给出了此时发电机相对于系统惯性中心的功角曲线图。

各发电机G1-G8的阻尼系数如表1所示。

各发电机G1-G8的惯性时间常数如表2所示。

临界机群、其余机群和等值单机系统的惯性时间常数如表3所示。

表1(单位：p.u.)：

G1	G2	G3	G4	G5	G6	G7	G8
								0.1	0.07	0.08	0.05	0.1	0.08	0.06	0.08

表2(单位：s)：

G1	G2	G3	G4	G5	G6	G7	G8
								140.812	29.998	79.503	15.679	39.200	2.620	21.999	32.598

表3(单位：s)：

临界机群	其余机群	等值单机系统
			54.5975	307.8125	46.3723

0.5s时，临界机群、其余机群和等值单机系统的转子角、角速度、机械功率、电磁功率如表4所示：

表4

0.5s时，G7，G8发电机的机械功率、电磁功率如表5所示：

表5

	机械功率(p.u.)
		G7	2.30786
G8	2.19466

通过控制前的信息预测等值单机系统的不稳定平衡点为124.8947°，通过公式(1)计算等值单机系统的控制量λ＝0.149；通过公式(2)将计算得到的等值单机系统的控制量归算到多机侧ΔP_ms＝0.68。

如图4所示，控制之后系统均能恢复稳定。

本发明的复杂电力系统紧急控制方法，包括如下步骤：预设会对系统造成重大冲击的扰动，对扰动进行时域仿真计算；对失稳系统进行分群等值；给定控制时刻T₁，通过时域仿真计算获取等值单机系统在控制时刻对应的等值阻尼、功角、角速度、机械功率和电磁功率，以及等值单机系统在不稳定平衡点处对应的功角；计算考虑阻尼的等值单机系统在当前故障下匹配的紧急控制量λ；将等值单机系统的控制量归算为复杂电力系统所需要的紧急控制量ΔP_m。根据时域仿真结果，离线计算简单电力系统在当前故障模式下对应的紧急控制量。并且采用离线计算手段，节约成本，经济有效。

需说明的是，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明并不受上述实施例限制，凡在本发明的原理和精神实质下对以上实施例所作的任何简单修改、组合、等效替换、变更、简化，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种考虑阻尼作用的复杂电力系统紧急控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)预设会对系统造成重大冲击的扰动，对扰动进行时域仿真计算得到若不施加控制就会失去稳定的算例，获得故障期间和故障切除后各台发电机参数信息；

2)对于失稳系统，根据上一步的时域仿真计算结果，将系统分为超前机群与滞后机群，然后再将两群系统等值为单机系统；

3)给定控制时刻T₁，通过时域仿真计算获取等值单机系统在控制时刻对应的等值阻尼、功角、角速度、机械功率和电磁功率，以及等值单机系统在不稳定平衡点处对应的功角；

4)计算考虑阻尼的等值单机系统在当前故障下匹配的紧急控制量；

5)将等值单机系统的紧急控制量归算为复杂电力系统所需要的紧急控制量；

6)将ΔP_m作为复杂电力系统的紧急控制量进行输出控制。

2.根据权利要求1所述的一种考虑阻尼作用的复杂电力系统紧急控制方法，其特征在于，步骤1)中，发电机参数信息包括阻尼、功角、角速度、机械功率、电磁功率和惯性时间常数。

3.根据权利要求1所述的一种考虑阻尼作用的复杂电力系统紧急控制方法，其特征在于，步骤3)中，给定控制时刻为0.5s。

4.根据权利要求1所述的一种考虑阻尼作用的复杂电力系统紧急控制方法，其特征在于，步骤4)中，紧急控制量λ：

式中：

P_m1是等值单机系统在控制时刻T₁对应的机械功率；

P_e1是等值单机系统在控制时刻T₁对应的电磁功率；

D是等值单机系统的阻尼；

M是等值单机系统的惯性时间常数；

Δω₁是等值单机系统在控制时刻T₁对应的角速度；

δ₁是等值单机系统在控制时刻T₁对应的功角；

δ₂是等值单机系统在不稳定平衡点处对应的功角。

5.根据权利要求1所述的一种考虑阻尼作用的复杂电力系统紧急控制方法，其特征在于，步骤5)中，需要的紧急控制量ΔP_m：

式中：

P_ms1——超前机群的等值机械功率在控制时刻T₁的值；

P_ma1——滞后机群的等值机械功率在控制时刻T₁的值；

M_s——超前机群等值惯性时间常数；

M_a——滞后机群等值惯性时间常数。