CN109524956A - 一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统 - Google Patents

一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109524956A
CN109524956A CN201811268812.9A CN201811268812A CN109524956A CN 109524956 A CN109524956 A CN 109524956A CN 201811268812 A CN201811268812 A CN 201811268812A CN 109524956 A CN109524956 A CN 109524956A
Authority
CN
China
Prior art keywords
leading
stability
quality
characteristic
index
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811268812.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109524956B (zh
Inventor
胡臻
左剑
向萌
李晨坤
崔挺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
State Grid Hunan Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Electric Power Research Institute of State Grid Hunan Electric Power Co Ltd, State Grid Hunan Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201811268812.9A priority Critical patent/CN109524956B/zh
Publication of CN109524956A publication Critical patent/CN109524956A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109524956B publication Critical patent/CN109524956B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统，本发明通过获取电力系统广域数据中的等值功率因数角、负荷侧等值注入电流并计算主导稳定指标，根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性。本发明能够实现将电压稳定特性和功角稳定特性两种特性合二为一的主导稳定特性识别，只需根据负荷侧等值功率因数以及负荷侧等值注入电流的变化即可快速准确的判定系统的稳定主导性，不仅能实时反映各系统的运行状态，还能快速准确的判断各区域的电压稳定水平和功角稳定水平，并正确的判断主导稳定特性及其主导因素，支撑电力系统的安全稳定运行提供借鉴。

Description

一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统工程技术，具体涉及一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统。
背景技术
电力系统稳定特性研究的目的，是量化跟踪不同运行方式下系统各区域当前稳定水平以及维持当前稳定水平的能力，从而对电力系统规划、调度以及运行提供准确有效的指导意见和决策依据。随着我国电力工业的不断发展，规模日益扩大，尤其是世界上最高电压等级的交直流混合输电线路投产，如何快速准确的评估电网的稳定特性，并提出对应的决策方案，避免大停电事故的发生，已成为越来越严峻的现实。
传统上对于稳定特性的研究主要包括电压稳定特性和功角稳定特性，这两种特性分别对应了电力系统运行的两种极端状态。客观而言，电力系统的电压稳定性与功角稳定性是电力系统稳定分析中的两种极端情形，在复杂电力系统分析中，往往电压稳定问题与功角稳定问题会同时产生。对于单机无穷大模型，即1个PV节点(注入有功功率和节点电压幅值给定不变的节点)与1个平衡节点，该系统不存在电压稳定问题，而对于无穷大母线带负荷系统，即1个PQ节点(注入有功、无功功率给定不变的节点)与1个平衡节点，其不存在功角稳定问题。虽然研究学者早已经发现了稳定特性具有内在本质的相互联系，但是至今为止还没有一种公认的综合评价方法和综合评估指标，也没有一套成熟的综合评估体系。对于电压稳定特性和功角稳定特性的相互联系和转化机理，甚至是主导因素的研究开展较晚，发展也较慢，相关的文献非常少。因此，如何实现将电压稳定特性和功角稳定特性两种特性合二为一实现电力系统的主导稳定特性识别，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统，本发明能够实现将电压稳定特性和功角稳定特性两种特性合二为一实现电力系统的主导稳定特性识别，只需根据负荷侧等值功率因数以及负荷侧等值注入电流的变化即可快速准确的判定系统稳定主导性，能实时反映各系统的运行状态，能快速准确的判断各区域的电压稳定水平和功角稳定水平，并正确的判断主导稳定特性及主导因素，可以给电力系统安全稳定运行提供借鉴。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电力系统主导稳定特性识别方法，实施步骤包括：
1)输入等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG；
2)根据等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG计算主导稳定指标；
3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性。
优选地，步骤2)中计算主导稳定指标的函数表达式如式(1)所示；
DI1＝sgn(tanθGdθG/dIG) (1)
式(1)中，DI1表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
优选地，步骤3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性的详细步骤包括：如果主导稳定指标等于1，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标等于-1，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
优选地，步骤2)中计算主导稳定指标的函数表达式如式(14)所示；
DI2＝tanθGdθG/dIG (14)
式(14)中，DI2表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
优选地，步骤3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性的详细步骤包括：如果主导稳定指标大于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标小于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
优选地，所述主导稳定指标的确定步骤包括：
S1)将目标电网根据拓扑结构和典型运行方式划分为主要提供发电或明显发电大于负荷的区域1和主要提供负荷或明显负荷大于发电的区域2，将区域2本身的供电区域选取出来作为本地供电区域，并将区域2中除本地供电区域以外的其他区域作为区域3；
S2)根据区域1、区域2和区域3的电气关系，推导出目标电网构成的系统处于静态电压稳定临界状态需满足的条件如式(4)所示；
式(4)中，UV表示负荷电压，IV表示负荷电流；
S3)根据区域1、区域2和区域3的电气关系，推导出目标电网构成的系统处于静态功角稳定临界状态需满足的条件如式(10)所示；
式(10)中，UG为负荷节点的节点电压，IG为负荷侧等值注入电流，θG为负荷侧等值功率因数角；
S4)对比式(4)所示静态电压稳定临界状态需满足的条件、式(9)所示处于静态功角稳定临界状态需满足的条件，确定影响目标电网构成的系统的主导稳定特性决定因子DI0如式(11)所示；
式(11)中，UG为负荷节点的节点电压，IG为负荷侧等值注入电流，θG为负荷侧等值功率因数角；
S5)根据主导稳定特性决定因子DI0确定主导稳定指标，所述主导稳定指标为主导稳定特性决定因子DI0本身或者主导稳定特性决定因子DI0的sgn函数。
本发明还提供一种电力系统主导稳定特性识别系统，包括：
数据输入程序单元，用于输入等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG；
主导稳定指标计算程序单元，用于根据等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG计算主导稳定指标；
主导稳定特性识别程序单元，用于根据主导稳定指标识别确定目标电网的主导稳定特性。
优选地，所述主导稳定指标计算程序单元计算主导稳定指标的函数表达式如式(1)所示；
DI1＝sgn(tanθGdθG/dIG) (1)
式(1)中，DI1表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
优选地，所述主导稳定特性识别程序单元包括用于执行下述步骤的子程序单元：如果主导稳定指标大于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标小于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
优选地，所述主导稳定指标计算程序单元计算主导稳定指标的函数表达式如式(14)所示；
DI2＝tanθGdθG/dIG (14)
式(14)中，DI2表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
优选地，所述主导稳定特性识别程序单元包括用于执行下述步骤的子程序单元：如果主导稳定指标大于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标小于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
和现有技术相比，本发明电力系统主导稳定特性识别方法及系统具有下述优点：本发明从动态等值电路出发，给出了线路参数不同时的静态功角稳定判据，结合电压稳定临界条件和功角稳定临界条件，实现了考虑电力系统特性的稳定特性统一评估；本发明从电压失稳极限与功角失稳极限所具有的特性出发，研究电力系统不同稳定特性及极限状态所具有的电气特性，根据电气特性所包含的信息进一步定义了主导稳定特性指标，在判断过程中仅需系统实测信息，运用统一分析方法能快速准确的判断各区域的电压稳定水平和功角稳定水平，并正确的判断主导稳定特性及主导因素，可以给电力系统安全稳定运行提供借鉴。
附图说明
图1为本发明实施例一方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例一的区域划分的原理示意图。
图3为本发明实施例一中用于主导稳定特性分析的等值电路示意图。
图4为本发明实施例一中处于静态功角稳定临界状态的等值电路示意图。
图5为本发明实施例二方法的基本流程示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例电力系统主导稳定特性识别方法的实施步骤包括：
1)输入等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG；
2)根据等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG计算主导稳定指标；
3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性。
本实施例中，步骤2)中计算主导稳定指标的函数表达式如式(1)所示；
DI1＝sgn(tanθGdθG/dIG) (1)
式(1)中，DI1表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。本实施例中，等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG均从现有的电网广域监测系统(WAMS)获得。如果分析对象为一片区域时，负荷侧等值注入电流IG的负荷侧具体是指该区域主要提供负荷或明显负荷大于发电、呈现电能流入的区域，可参见图2中的第二区域；如果分析对象为一个单独站点时，则负荷侧为站点所带的负荷，根据戴维南等值方法做负荷侧等值处理即可。本实施例主导稳定特性识别方法能够实现将电压稳定特性和功角稳定特性两种特性合二为一实现主导稳定特性识别，只需根据负荷侧等值功率因数以及负荷侧等值注入电流的变化即可快速准确的判定系统稳定主导性，能实时反映各系统的运行状态，能快速准确的判断各区域的电压稳定水平和功角稳定水平，并正确的判断主导稳定特性及主导因素，可以给电力系统安全稳定运行提供借鉴。
本实施例中，步骤3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性的详细步骤包括：如果主导稳定指标等于1，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标等于-1，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
本实施例中，主导稳定指标的推导确定过程如下：
S1)将目标电网根据拓扑结构和典型运行方式划分为主要提供发电或明显发电大于负荷的区域1和主要提供负荷或明显负荷大于发电的区域2，将区域2本身的供电区域选取出来作为本地供电区域，并将区域2中除本地供电区域以外的其他区域作为区域3；
如图2所示，本实施例中根据所要分析的电力系统网络拓扑结构和典型运行方式，将电网分为两个区域：区域1：主要提供发电或明显发电大于负荷，呈现电能输出的系统，称之为送端系统。区域2：主要提供负荷或明显负荷大于发电，呈现电能流入的系统，称之为受端系统。同时，在区域2中，将受端系统本身的供电区域选取出来，作为本地供电区域，此时分析目标分为本地供电区域和除本地供电区域以外的其他区域。区域2中除本地供电区域以外的其他区域简称为区域3。由于送端系统(区域1)的发电机节点一般是PV节点，不存在电压稳定问题，为了探究主导稳定特性，对于电力系统复杂网络来说，根据系统任意时刻潮流流向，可以将系统等效为一个简单的送受端系统如图2所示。对于区域1的联络线端面而言，其存在向第二区域的供电输出负荷为S1＝P1+jQ1，其中P1为区域1的有功输出，Q1为区域1的无功输出。对于第二区域而言，区域2的供电输出负荷为S2＝P2+jQ2，其中P2为区域2的有功输出，Q2为区域2的无功输出。区域3的负荷需求为SL＝PL+jQL，其中PL为区域3的有功负荷需求，QL为区域3的无功负荷需求。区域1为送端系统表现出发电机特性，区域3为受端系统表现出负荷特性，假定此时区域3范围内存在一个较近的区域2系统表现为区域3本地发电特性，参数如图2所示，并有区域3的实际负荷为S3＝S1+S3＝P3+jQ3，其中P3为区域3的有功负荷，Q3为区域3的无功负荷。
为了描述方便，本实施例中以E1和z12分别当前运行状态下区域1(系统侧)等值电势和等值阻抗；E2和z21分别为当前运行状态下区域2(本地侧)等值电势和等值阻抗；U2为负荷母线电压；P1和Q1表示系统侧传输的有功和无功功率；P2和Q2表示本地侧传输的有功和无功功率；PD和QD分别表示负荷消耗的有功和无功功率；ZD为负荷侧等值阻抗；ZS是从系统侧视入的等值阻抗；M为远端有功与本地有功的比值；δ1、δ2、δ12、β和分别表示 ZD和ZS的相角；Z11和Z22是系统侧和本地侧的输入阻抗；Z12＝Z21＝z12+z21为转移阻抗；α11、α12、α21和α22分别是Z11、Z12、Z21和Z22相应阻抗角的余角。
S2)根据区域1、区域2和区域3的电气关系，推导出目标电网构成的系统处于静态电压稳定临界状态需满足的条件如式(4)所示；
式(4)中，UV表示负荷电压，IV表示负荷电流。
根据电压失稳主导模式的分析，易知忽略损耗且电压失稳为主导失稳时，即有P1+P2＝P3<PL，此时区域1和区域2所提供的电磁功率小于负荷需求。对于功角失稳主导模式来说，有PL<P3，此时区域1的等值发电机输入的机械功率要大于送端系统送出的功率。
对于图2所示等效系统，在考虑极端情况下，当区域3完全不注入功率时，原系统等效为只有一个PV节点和一个PQ节点的简单双端网络，其只有电压稳定问题，而当区域3能完全提供区域2所需所有负荷时，区域联络线断面没有功率流动，这时由于区域2的负荷需求能完全被满足，易知其只存在功角稳定问题，本质上稳定问题是由于功率的不匹配。利用动态等值的方法分析电力系统，由负荷侧考察电力系统，可以等值为图3。图3中，和ZVTHEV分别是系统等值后的系统等值电势和系统等值阻抗，PVLD与QVLD分别是负荷的有功功率和无功功率，为负荷电压的微分，为负荷电流的微分。如图3所示，当电力系统沿功率变化方向运行时，负荷电压的实虚部部分、负荷电流的实虚部部分都与运行状态有着一一对应关系，则根据电气关系可知式(2)所示函数表达式；
式(2)中，SVLD表示负荷复功率，PVLD表示负荷的有功功率，QVLD表示负荷的无功功率，UV表示负荷电压，IV表示负荷电流。
假定负荷功率变化因子λV，将式(2)对负荷功率变化因子λV求导则得式(3)；
式(3)中，PVLD表示负荷的有功功率，QVLD表示负荷的无功功率，UV表示负荷电压，IV表示负荷电流，λV表示负荷功率变化因子。
根据式(3)容易看出，电力系统达到静态电压稳定极限需满足式(4)。
一般情况下，负荷等值阻抗UV/IV为正，dUV和dIV异号，负荷电流越小，负荷电压越高。若增加负荷电流不会使得节点电压降低，此时负荷功率的提高是由于系统等值电势的增加，所以负荷功率此时没有极大值，不存在电压稳定问题。
S3)根据区域1、区域2和区域3的电气关系，推导出目标电网构成的系统处于静态功角稳定临界状态需满足的条件如式(10)所示；
式(10)中，UG为负荷节点的节点电压，IG为负荷侧等值注入电流，θG为负荷侧等值功率因数角。
对于功角稳定而言，本地供电为纯无功功率，维持节点电压恒定，此时可等效为图4所示系统，其中和ZGTHEV分别是此时系统侧的等值电势的微分和等值阻抗，其相角差为δG；PGLD、QGLD和QN为此时的负荷有功、负荷无功、本地无功；和为负荷节点的节点电压的微分和负荷侧等值注入电流的微分，其负荷侧等值功率因数角θG，功率变化因子为λG。
由区域1、区域2和区域3的电气关系可得式(5)所示函数表达式；
式(5)中，PGLD为此时的负荷有功，UG为负荷节点的节点电压，IG为负荷侧等值注入电流，θG为负荷侧等值功率因数角，EG此时系统侧的等值电势，UG为负荷节点的节点电压，ZGTHEV为此时系统侧的等值阻抗，δ12为的相角，E1为当前运行状态下区域1(系统侧)等值电势，E2为当前运行状态下区域2(本地侧)等值电势，为等值电势E1的微分，为等值电势E2的微分；QGLD为此时的负荷无功，QN为表示本地提供无功功率。
将式(5)对功率变化因子为λG求导则得式(6)；
式(6)中各个参量的含义与式(5)相同，在此不再赘述。假定本地发电恒定，可以分别推得有功传输功率极限和无功传输极限如式(7)和式(8)所示；
式(7)和式(8)中，or表示“或”逻辑，or后侧第二行的函数表达式和第一行的函数表达式之间为“或”逻辑关系，其余参量的含义与式(5)相同。
根据式(7)和式(8)，当传输的有功功率达到极大值时，易知此时存在有式(9)：
式(9)中，or表示“或”逻辑，or后侧第二行的函数表达式和第一行的函数表达式之间为“或”逻辑关系，其余参量的含义与式(5)相同。式(9)上侧表达式即为式(10)。
由于功角稳定区间有δG∈[0,90°]，可知在功角稳定范围内，存在有dUG和dδG异号，此时随着功角差增大，会使得节点电压逐渐降低。
S4)对比式(4)所示静态电压稳定临界状态需满足的条件、式(9)所示处于静态功角稳定临界状态需满足的条件，确定影响目标电网构成的系统的主导稳定特性决定因子DI0如式(11)所示；
式(11)中，UG为负荷节点的节点电压，IG为负荷侧等值注入电流，θG为负荷侧等值功率因数角。
对比电压稳定临界条件和功角稳定临界条件的异同，进一步定义主导稳定指标，据此识别电力系统的主导稳定特性。以电压稳定为例，图2中的极端情形下对应的远端有功与本地有功的比值M无穷大(所谓极端情形是指负荷功率全由远方系统侧提供，本地供电不提供任何有功功率或提供的有功功率极小，可以忽略不计)，所以系统一直处于电压失稳区及功角稳定区，所以只存在电压稳定问题。从理论上而言，如果存在有一个节点的传输功率达到极限功率，即该节点处于静态稳定极限，那么全系统都处于静态稳定极限。但从推导过程可以看出临界条件的求取非常困难，尤其是对于复杂电网而言，难以快速准确的得到各项等值参数，为了克服此问题，以动态等值作进一步分析。当区域3完全不注入功率时，原系统等效为只有一个PV节点和一个PQ节点的简单双端网络，只有电压稳定问题，而当区域3能完全提供区域2所需所有负荷时，区域联络线断面没有功率流动，这时由于区域2的负荷需求能完全被满足，易知其只存在功角稳定问题。本质上稳定问题是由于功率的不匹配。
利用动态等值的方法分析电力系统，由负荷侧考察电力系统，在系统运行的一般情形下，有U/I>0且dU/dI<0。负荷注入电流增大时，会使得节点电压下降，若注入电流增大不会导致节点电压下降，则理论上没有电压稳定问题，不存在电压稳定临界状态。为了便于分析，给出用于主导稳定特性分析的等值电路如图4所示，其中：和表示系统侧等值电势和系统侧等值阻抗，δG表示相角差，和分别是负荷节点的节点电压和注入电流，PGLD、QGLD和QN分别表示负荷节点有功功率、无功功率和本地提供无功功率，负荷侧等值功率因数角θG，功率变化因子为λG，M表示远端有功与本地有功的比值。
等值功率因数角θG的功角稳定区间θG∈[0,90°]，可知在功角稳定区间内，存在dUG和dδG异号，此时随着功角差增大，会使得节点电压逐渐降低。理论上而言，存在有一个节点的传输功率达到极限功率，即该节点处于稳定极限，那么全系统都处于稳定极限。综合上述分析，通过分析电压稳定临界节点和功角稳定临界节点可以看出，越接近电压稳定临界的节点更容易发生电压失稳，越接近功角临界的节点更容易发生功角失稳。
将式(4)所示电力系统处于静态电压稳定临界状态需满足的条件、式(10)所示电力系统处于静态功角稳定临界状态需满足的条件的基础上，在采样间隔较短的时，认为系统的动态等值阻抗不变，此时存在有式(12)：
且，
式(12)中参量的含义与式(4)以及式(10)相同。因此，式(10)所示电力系统处于静态功角稳定临界状态需满足的条件的右侧表达式实质上是比式(4)所示电力系统处于静态电压稳定临界状态需满足的条件多一个表达式(11)，即：影响目标电网构成的主导稳定特性的决定因子DI0。因此考虑负荷消耗有功功率的情况，此时只需要确定式(11)的正负号，就可以快速判断静态电压稳定极限与静态功角稳定极限的大小。
S5)根据主导稳定特性决定因子DI0确定主导稳定指标，所述主导稳定指标为主导稳定特性决定因子DI0本身或者主导稳定特性决定因子DI0的sgn函数。
本实施例中，主导稳定指标为决定因子DI0的sgn函数。式(11)中负荷节点的节点电压UG恒为正数，因此只需要根据阶跃函数sgn的值sgn(tanθGdθG/dIG)即可快速判断当前运行状态更容易达到哪一种稳定极限。因此，对比式(4)所示静态电压稳定临界状态需满足的条件、式(10)所示处于静态功角稳定临界状态需满足的条件，本实施例中定义主导稳定指标(Dominant instability，简称DI)如式(1)所示；
DI1＝sgn(tanθGdθG/dIG) (1)
式(1)中，DI1表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
通过对比上述分析可知，所定义的主导稳定特性指标可以根据节点当前运行状态与极限状态的距离确定当前的主导稳定特性，稳定主导性主要取决于主导稳定指标DI1，可知存在三种情况(等值功率因数角θG∈[0,90°]为例)：
1)当主导稳定指标DI1＝1时，会先达到静态功角稳定极限，此时有dθG/dIG>0，负荷侧等值电流与负荷侧等值功率因数角变化方向相同，也说明负荷功率的增加伴随着等值功率因数下降，功角稳定主导的情况下，负荷无功增长速度较快而有功增长速度较慢。
当主导稳定指标DI1＝1时，此时存在有tanθGdθG/dIG>0，此时这有式(13)；
式(13)中，A表示静态功角稳定极限值，B表示静态电压稳定极限值，其余参量的含义与式(4)以及式(10)相同。因此，此时系统当前运行状态在达到电压稳定极限之前，会先达到功角稳定临界状态，所以是由功角稳定所主导。
2)当主导稳定指标DI1＝0时，系统达到静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同，处于主导性转化的临界状态，此时有两种情况：本地无功刚好满足负荷无功需求或者等值功率因数恒定。
3)当主导稳定指标DI1＝-1时，会先达到静态电压稳定极限，此时有dθG/dIG<0，负荷侧等值电流与负荷侧等值功率因数角变化方向相反，此时随着负荷功率的增加，等值功率因数也增加，电压稳定主导的情况下，负荷有功增长速度较快而无功增长速度较慢。理论上而言，只需根据电力系统广域数据中的等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG的变化，即可快速准确的判定系统稳定主导性，并能实时反映各系统的运行状态。通过分析电压稳定临界节点和功角稳定临界节点可以看出，越接近电压稳定临界的节点更容易发生电压失稳，越接近功角临界的节点更容易发生功角失稳。对比两个临界的条件可以看出，当主导稳定指标DI1＝1时，节点在电压稳定临界和功角稳定临界中，更加接近静态功角稳定极限，所以是功角稳定主导。
此外，本实施例还提供一种电力系统主导稳定特性识别系统，包括：
数据输入程序单元，用于获取等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG；
主导稳定指标计算程序单元，用于根据等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG计算主导稳定指标；
主导稳定特性识别程序单元，用于根据主导稳定指标识别确定目标电网的主导稳定特性。
本实施例中，主导稳定指标计算程序单元计算主导稳定指标的函数表达式如式(1)所示。主导稳定特性识别程序单元包括用于执行下述步骤的子程序单元：如果主导稳定指标等于1，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标等于-1，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
实施例二：
正如前文所述，因此考虑负荷消耗有功功率的情况，此时只需要确定式(11)的正负号，就可以快速判断静态电压稳定极限与静态功角稳定极限的大小。
因此，本实施例中S5)根据决定因子DI0确定主导稳定指标，主导稳定指标为决定因子DI0本身，参见式(11)。因此，步骤2)中计算主导稳定指标的函数表达式如式(14)所示；
DI2＝tanθGdθG/dIG (14)
式(14)中，DI2表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
对应地，如图5所示，本实施例中步骤3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性的详细步骤包括：如果主导稳定指标大于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标小于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
对应地，本实施例中主导稳定指标计算程序单元计算主导稳定指标的函数表达式如式(14)所示。主导稳定特性识别程序单元包括用于执行下述步骤的子程序单元：如果主导稳定指标大于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标小于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (11)

1.一种电力系统主导稳定特性识别方法，其特征在于，实施步骤包括：
1)输入等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG；
2)根据等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG计算主导稳定指标；
3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性。
2.根据权利要求1所述的主导稳定特性识别方法，其特征在于，步骤2)中计算主导稳定指标的函数表达式如式(1)所示；
DI1＝sgn(tanθGdθG/dIG) (1)
式(1)中，DI1表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
3.根据权利要求2所述的电力系统主导稳定特性识别方法，其特征在于，步骤3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性的详细步骤包括：如果主导稳定指标等于1，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标等于-1，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
4.根据权利要求1所述的电力系统主导稳定特性识别方法，其特征在于，步骤2)中计算主导稳定指标的函数表达式如式(14)所示；
DI2＝tanθGdθG/dIG (14)
式(14)中，DI2表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
5.根据权利要求4所述的电力系统主导稳定特性识别方法，其特征在于，步骤3)根据主导稳定指标识别目标电网的主导稳定特性的详细步骤包括：如果主导稳定指标大于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标小于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的电力系统主导稳定特性识别方法，其特征在于，所述主导稳定指标的确定步骤包括：
S1)将目标电网根据拓扑结构和典型运行方式划分为主要提供发电或明显发电大于负荷的区域1和主要提供负荷或明显负荷大于发电的区域2，将区域2本身的供电区域选取出来作为本地供电区域，并将区域2中除本地供电区域以外的其他区域作为区域3；
S2)根据区域1、区域2和区域3的电气关系，推导出目标电网构成的系统处于静态电压稳定临界状态需满足的条件如式(4)所示；
式(4)中，UV表示负荷电压，IV表示负荷电流；
S3)根据区域1、区域2和区域3的电气关系，推导出目标电网构成的系统处于静态功角稳定临界状态需满足的条件如式(10)所示；
式(10)中，UG为负荷节点的节点电压，IG为负荷侧等值注入电流，θG为负荷侧等值功率因数角；
S4)对比式(4)所示静态电压稳定临界状态需满足的条件、式(9)所示处于静态功角稳定临界状态需满足的条件，确定影响目标电网构成的系统的主导稳定特性决定因子DI0如式(11)所示；
式(11)中，UG为负荷节点的节点电压，IG为负荷侧等值注入电流，θG为负荷侧等值功率因数角；
S5)根据主导稳定特性决定因子DI0确定主导稳定指标，所述主导稳定指标为主导稳定特性决定因子DI0本身或者主导稳定特性决定因子DI0的sgn函数。
7.一种电力系统主导稳定特性识别系统，其特征在于包括：
数据输入程序单元，用于输入等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG；
主导稳定指标计算程序单元，用于根据等值功率因数角θG、负荷侧等值注入电流IG计算主导稳定指标；
主导稳定特性识别程序单元，用于根据主导稳定指标识别确定目标电网的主导稳定特性。
8.根据权利要求7所述的电力系统主导稳定特性识别系统，其特征在于，所述主导稳定指标计算程序单元计算主导稳定指标的函数表达式如式(1)所示；
DI1＝sgn(tanθGdθG/dIG) (1)
式(1)中，DI1表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
9.根据权利要求8所述的电力系统主导稳定特性识别系统，其特征在于，所述主导稳定特性识别程序单元包括用于执行下述步骤的子程序单元：如果主导稳定指标大于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标小于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
10.根据权利要求9所述的电力系统主导稳定特性识别系统，其特征在于，所述主导稳定指标计算程序单元计算主导稳定指标的函数表达式如式(14)所示；
DI2＝tanθGdθG/dIG (14)
式(14)中，DI2表示主导稳定指标，θG表示等值功率因数角，IG表示负荷侧等值注入电流。
11.根据权利要求10所述的电力系统主导稳定特性识别系统，其特征在于，所述主导稳定特性识别程序单元包括用于执行下述步骤的子程序单元：如果主导稳定指标大于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态功角稳定主导；如果主导稳定指标等于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定临界与静态功角稳定临界的条件相同且处于主导性转化的临界状态；如果主导稳定指标小于0，判定目标电网的主导稳定特性为静态电压稳定主导。
CN201811268812.9A 2018-10-29 2018-10-29 一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统 Active CN109524956B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811268812.9A CN109524956B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811268812.9A CN109524956B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109524956A true CN109524956A (zh) 2019-03-26
CN109524956B CN109524956B (zh) 2020-09-04

Family

ID=65773041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811268812.9A Active CN109524956B (zh) 2018-10-29 2018-10-29 一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109524956B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101363885A (zh) * 2008-09-10 2009-02-11 中国电力科学研究院 一种基于动态戴维南等值判别电压失稳与功角失稳的方法
CN104135008A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 刘光晔 一种用电阻裕度综合评价静态电压稳定与功角稳定的方法
CN104993482A (zh) * 2015-07-28 2015-10-21 天津大学 电力系统暂态稳定性在线分析的分区合成方法及其装置
CN105610161A (zh) * 2016-03-09 2016-05-25 湖南大学 一种基于动态阻抗的电力系统稳定特性评估方法
JP6223833B2 (ja) * 2014-01-09 2017-11-01 株式会社東芝 電力系統安定化装置
US9866029B2 (en) * 2014-11-04 2018-01-09 Nec Corporation Enhancing power system voltage stability using grid energy storage for voltage support

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101363885A (zh) * 2008-09-10 2009-02-11 中国电力科学研究院 一种基于动态戴维南等值判别电压失稳与功角失稳的方法
CN104135008A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 刘光晔 一种用电阻裕度综合评价静态电压稳定与功角稳定的方法
JP6223833B2 (ja) * 2014-01-09 2017-11-01 株式会社東芝 電力系統安定化装置
US9866029B2 (en) * 2014-11-04 2018-01-09 Nec Corporation Enhancing power system voltage stability using grid energy storage for voltage support
CN104993482A (zh) * 2015-07-28 2015-10-21 天津大学 电力系统暂态稳定性在线分析的分区合成方法及其装置
CN105610161A (zh) * 2016-03-09 2016-05-25 湖南大学 一种基于动态阻抗的电力系统稳定特性评估方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHEN HU 等: "Method considering the dynamic coupling characteristic in power system for stability assessment", 《IET GENERATION, TRANSMISSION & DISTRIBUTION》 *
刘光晔 等: "非解析复变电力系统电压稳定的动态分析方法", 《中国电机工程学报》 *
吴为 等: "电力系统暂态功角失稳与暂态电压失稳的主导性识别", 《中国电机工程学报》 *
胡臻 等: "基于动态阻抗的源_网_荷耦合特性分析方法", 《中国电机工程学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109524956B (zh) 2020-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. A hierarchical event detection method based on spectral theory of multidimensional matrix for power system
CN109033702A (zh) 一种基于卷积神经网络cnn的电力系统暂态电压稳定评估方法
CN106130039A (zh) 电力系统的主导失稳模式识别方法和系统
CN110570108B (zh) 一种基于拉格朗日乘子的最优负荷削减算法及其应用
CN107093895B (zh) 基于预想故障集自动筛选的在线暂态安全稳定评估方法
CN110797874B (zh) 含电力电子变压器的交直流混合配电网状态估计方法
CN111428355A (zh) 一种电力负荷数字统计智能综合的建模方法
CN104716646B (zh) 一种基于注入电流的节点耦合度分析方法
CN112398678A (zh) 适用于多源异构电网的运行方式拓扑结构特征提取方法
CN109428327A (zh) 基于响应的电网关键支路与主导稳定模式识别方法及系统
CN114123344A (zh) 基于自适应递推最小二乘的电力系统惯量评估方法及装置
CN112564090B (zh) 基于mblda的交直流系统暂态电压稳定监测方法
Mohammadi-Ivatloo et al. Optimal PMU placement for power system observability considering secondary voltage control
CN109524956A (zh) 一种电力系统主导稳定特性识别方法及系统
Hogan et al. Towards effective clustering techniques for the analysis of electric power grids
Ye et al. A novel Thévenin equivalent model considering the correlation of source-grid-load in power systems
CN112510685B (zh) 一种城市电网风险规避预测控制方法及装置
Chompoobutrgool et al. On the persistence of dominant inter-area oscillation paths in large-scale power networks
CN116205026A (zh) 一种直流输电系统模型校验方法
CN104750994A (zh) 基于外区电力比例的暂态失稳主导性判别方法
Ma et al. Data-driven power system collapse predicting using critical slowing down indicators
CN111368933A (zh) 一种基于Softmax回归的配电网暂态过程故障分类方法及系统
Huang et al. Predictive dynamic security assessment through advanced computing
Saunders et al. Feature extraction-based real-time transient stability analysis
Kumar et al. Optimized robust control for improving frequency response of delay dependent AC microgrid with uncertainties

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant