CN110907756A - 基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统与方法 - Google Patents

基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统与方法 Download PDF

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CN110907756A CN201911229967.6A CN201911229967A CN110907756A CN 110907756 A CN110907756 A CN 110907756A CN 201911229967 A CN201911229967 A CN 201911229967A CN 110907756 A CN110907756 A CN 110907756A
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Abstract

本发明公开了一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统与方法，该系统与方法在控制主站中综合利用部署在区域互联电网中输电断面通道两侧的多个失步解列子站在失步振荡过程中发送过来的实时振荡方向信息，实时准确判别出振荡中心所在位置。该方法由主站和多个子站组成，子站通过2M复用光纤通道与主站进行通信。子站采集断面通道线路的电压和电流数据，通过电压和电流数据实时计算测量阻抗相角，并根据在固定时间内的相角大小分布，实时判断出振荡中心方向，并把振荡中心方向实时发送给主站。主站根据每个子站发送过来的振荡方向信息，按照预先设置的逻辑策略即可实时判断振荡中心位置。本发明能实时准确判别出振荡中心所在位置。

Description

基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统与方法
技术领域
本发明涉及配电电网技术领域，具体涉及一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位方法。
背景技术
失步解列是防止电力系统由于发生严重故障导致系统崩溃、瓦解造成事故扩大的重要措施，是保障大电网系统稳定性的第三道防线。一般解列振荡中心所在的线路或者断面为最有效措施，因此准确的振荡中心定位是失步解列技术中的一个重要方面，直接关系到电网失步情况下失步解列动作的正确性和解列措施的效果。
由于我国能源与用电需求分布极不平衡，远距离、大容量送电规模不断扩大，形成了多断面多通道区域互联电网。由于不同断面、不同送电通道地理跨度大、各通道电气阻抗量不同、送受端电压支撑能力差异等因素影响，在部分严重故障情况下，区域互联电网发生送受端电网功角失步时，多断面受电通道的现有就地解列装置存在选择协调性、不同通道解列动作不同时性以及部分通道由于振荡特性不明显而无法动作的问题。
现有失步解列装置均是基于就地信息、分散控制，各厂站间没有信息交换。失步解列装置根据检测到的电气量不同变化规律来判别失步以及分辨振荡中心位于装置的方向，并结合装置安装点电压值的大小来估算振荡中心是否在所保护的线路上，无法精确定位振荡中心位置，可能带来误动的风险。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统与方法，能综合利用部署在区域互联电网中断面输电通道两侧的多个失步解列子站在失步振荡过程中发送过来的实时振荡方向信息，实时准确判别出振荡中心所在位置。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，其包括主站和多个子站，所述子站部署在断面的每条线路的两侧，所述子站与所述主站之间通信连接，所述子站包括采集模块、第一处理器和第二处理器，所述主站包括有第三处理器和第四处理器；所述采集模块用于采集各线路的电压和电流数据，所述第一处理器用于根据采集到电压和电流数据计算对应线路的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000021
所述第二处理器用于根据在设定持续时间内的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000027
的大小，判断各线路的振荡中心方向，并把每条线路的振荡中心方向发送到所述第三处理器，所述第三处理器用于根据每条线路的振荡中心方向判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置，所述第四处理器用于根据振荡中心相对于每条线路的所处的位置判别振荡中心的具体位置。
如上所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，进一步地，所述第一处理器利用采集线路的电压相角减去电流相角计算对应线路的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000022
如上所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，进一步地，所述第二处理器根据以下规则判定各线路的振荡中心方向：在设定持续时间内，当测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000023
满足大于0度且小于180度时，则振荡中心方向判为正方向；当测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000024
满足大于180度且小于360度，则振荡中心方向判为反方向。
如上所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，进一步地，所述第三处理器根据以下规则判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置：当某一线路两侧的子站判别的振荡中心方向均为正方向时，则振荡中心位于该条线路内部；当某一线路左侧子站判别的振荡中心方向为反方向，则振荡中心位于该线路外部左侧；当某一线路右侧子站判别的振荡中心方向为反方向时，则振荡中心位于该线路外部右侧。
如上所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，进一步地，所述第四处理器根据以下规则判别振荡中心的具体位置：当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路内部时，则振荡中心的具体位置位于该断面上；当断面上所有线路的振荡中心位于该线路外部左侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面左侧；当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路外部右侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面右侧。
一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位方法，所述方法是根据上述的基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统实现的，包括以下步骤：
步骤1：采集各线路的电压和电流数据，通过电压和电流数据实时计算对应线路的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000028
步骤2：根据在设定持续时间内的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000025
的大小，判断各线路的振荡中心方向；
步骤3：根据每条线路的振荡中心方向判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置；
步骤4：根据振荡中心相对于每条线路的所处的位置判别振荡中心的具体位置。
如上所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，进一步地，利用采集线路的电压相角减去电流相角计算对应线路的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000026
如上所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，进一步地，在设定持续时间内，当测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000031
满足大于0度且小于180度时，则振荡中心方向判为正方向；当测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000032
满足大于180度且小于360度，则振荡中心方向判为反方向。
如上所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，进一步地，当某一线路两侧的子站判别的振荡中心方向均为正方向时，则振荡中心位于该条线路内部；当某一线路左侧子站判别的振荡中心方向为反方向，则振荡中心位于该线路外部左侧；当某一线路右侧子站判别的振荡中心方向为反方向时，则振荡中心位于该线路外部右侧。
如上所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，进一步地，当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路内部时，则振荡中心的具体位置位于该断面上；当断面上所有线路的振荡中心位于该线路外部左侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面左侧；当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路外部右侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面右侧。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明能够解决就地解列装置只能判断振荡中心大致方向，或者只有振荡中心在本线路上时才能判出的局限，同时又比利用最小测量阻抗方法更加快速；由于是实时判别，因此对于振荡中心的迁移也能够实现准确跟踪；解决了多断面多通道区域互联电网的失步振荡中心定位及跟踪问题，当电网失步振荡时，能够有效准确解列振荡中心所在断面，有效防范事故扩大导致电网发生大面积停电；方法简单，易于实现，工程可实施性强，可灵活适用于各种运行网架及运行方式，避免随着运行网架及运行方式的不断变化，需要修改基于断面的失步解列控制策略及判据的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的包括有送端电网及受端电网的电力系统的区域电网图；
图2为本发明实施例的基于广域测量阻抗角信息的系统整体架构图；
图3为本发明实施例的失步振荡中心定位方法的流程图；
图4为线路测量阻抗角与振荡中心方向关系图；
图5为振荡中心位置与线路两侧振荡中心方向关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参见图1和图2，一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，其包括主站和多个子站，所述子站部署在断面的每条线路的两侧，所述子站通过2M复用光纤通道与所述主站通信连接，各子站与主站通道通信延时小于20ms，本实施例中以包括有送端电网及受端电网的电力系统为应用场景进行说明，该类电力系统在送端电网发生严重故障情况下，如多回直流双极闭锁、主保护拒动，送端系统相对受端系统功角失稳，振荡中心一般会位于图1中由线路3、4、9、10、15、16、21、22组成的联络断面(以下简称断面)或者左侧或右侧附近。为此，在区域交流断面通道两侧的变电站部署失步解列子站，即图1中的站1至站8，主站可部署在站1至站8中的任何一个厂站或者其他厂站。
所述子站包括采集模块、第一处理器和第二处理器，所述主站包括有第三处理器和第四处理器；所述采集模块用于采集各线路的电压和电流数据，所述第一处理器用于根据采集到电压和电流数据计算对应线路的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000041
所述第二处理器用于根据在设定持续时间内的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000047
的大小，判断各线路的振荡中心方向，并把每条线路的振荡中心方向发送到所述第三处理器，所述第三处理器用于根据每条线路的振荡中心方向判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置，所述第四处理器用于根据振荡中心相对于每条线路的所处的位置判别振荡中心的具体位置。
进一步地，所述第一处理器利用采集线路的电压相角减去电流相角计算对应线路的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000042
进一步地，所述第二处理器根据以下规则判定各线路的振荡中心方向：在设定持续时间内，当测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000043
满足大于0度且小于180度时，则振荡中心方向判为正方向；当测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000044
满足大于180度且小于360度，则振荡中心方向判为反方向。
进一步地，所述第三处理器根据以下规则判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置：当某一线路两侧的子站判别的振荡中心方向均为正方向时，则振荡中心位于该条线路内部；当某一线路左侧子站判别的振荡中心方向为反方向，则振荡中心位于该线路外部左侧；当某一线路右侧子站判别的振荡中心方向为反方向时，则振荡中心位于该线路外部右侧。
进一步地，所述第四处理器根据以下规则判别振荡中心的具体位置：当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路内部时，则振荡中心的具体位置位于该断面上；当断面上所有线路的振荡中心位于该线路外部左侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面左侧；当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路外部右侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面右侧。
参见图3、图4，一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位方法，所述方法是根据上述的基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统实现的，包括以下步骤：
步骤1：采集各线路的电压和电流数据，通过电压和电流数据实时计算对应线路的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000045
具体地，利用采集线路的电压相角减去电流相角计算对应线路的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000046
本实施例中，子站1～8采集本站所有接入线路的电压和电流信息，并实时计算每条线路的测量阻抗角。如子站1采集线路1、2、3、4的电压电流信息并计算测量阻抗角，子站2采集线路3、4、5、6的电压电流信息并计算测量阻抗角，以此类推，子站8采集线路21、22、23、24的电压电流信息并计算测量阻抗角。
步骤2：根据在设定持续时间内的测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000051
的大小，判断各线路的振荡中心方向。具体地，在设定持续时间内，当测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000052
满足大于0度且小于180度时，则振荡中心方向判为正方向；当测量阻抗相角
Figure BDA0002303263810000053
满足大于180度且小于360度，则振荡中心方向判为反方向。
本实施例中，假设子站1的线路3的测量阻抗角大于0度小于180度，并持续10ms后，即判子站1的线路3振荡中心方向为正方向；子站2的线路3测量阻抗角大于0度小于180度，并持续10ms后，即判子站2的线路3振荡中心方向为正方向，以此类推，可判别出所有1～8个子站的所有线路的振荡中心方向，并实时发送给主站。
步骤3：根据每条线路的振荡中心方向判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置；具体地，当某一线路两侧的子站判别的振荡中心方向均为正方向时，则振荡中心位于该条线路内部；当某一线路左侧子站判别的振荡中心方向为反方向，则振荡中心位于该线路外部左侧；当某一线路右侧子站判别的振荡中心方向为反方向时，则振荡中心位于该线路外部右侧。
本实施例中，假设子站1的线路3的振荡中心方向为正方向；子站2的线路3的振荡中心方向为正方向，则振荡中心位于线路3的内部；若子站1的线路3的振荡中心方向为反方向(或者线路1的振荡中心为正方向)，则振荡中心位于线路3的左侧(即线路1方向)；类似，若子站2的线路3的振荡中心方向为反方向(或者线路5的振荡中心为正方向)，则振荡中心位于线路3的右侧(即线路5方向)。以此类推，可判断出振荡中心相对于每条线路的方向位置。
步骤4：根据振荡中心相对于每条线路的所处的位置判别振荡中心的具体位置。当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路内部时，则振荡中心的具体位置位于该断面上；具体地，当断面上所有线路的振荡中心位于该线路外部左侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面左侧；当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路外部右侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面右侧。
本实施例中，当满足下表任一条件时，判别振荡中心位于联络断面上。
(1)：当满足下表任一条件时，判别振荡中心的具体位置位于联络断面上。
序号 条件
1. 子站1线路3振荡中心正方向，且子站2线路3振荡中心正方向
2. 子站1线路4振荡中心正方向，且子站2线路4振荡中心正方向
3. 子站3线路9振荡中心正方向，且子站4线路9振荡中心正方向
4. 子站3线路10振荡中心正方向，且子站4线路10振荡中心正方向
5. 子站5线路15振荡中心正方向，且子站6线路15振荡中心正方向
6. 子站5线路16振荡中心正方向，且子站6线路16振荡中心正方向
7. 子站7线路21振荡中心正方向，且子站8线路21振荡中心正方向
8. 子站7线路22振荡中心正方向，且子站8线路22振荡中心正方向
(2)：当满足下表所有条件时，判别振荡中心的具体位置位于联络断面右侧，即受端电网内部。
序号 条件
1. 子站2线路3、4振荡中心均为反方向或线路5、6的振荡中心方向均为正方向
2. 子站4线路9、10振荡中心均为反方向或线路11、12的振荡中心方向均为正方向
3. 子站6线路15、16振荡中心均为反方向或线路17、18的振荡中心方向均为正方向
4. 子站8线路21、22振荡中心均为反方向或线路23、24的振荡中心方向均为正方向
(3)：当满足下表所有条件时，判别振荡中心的具体位置位于联络断面左侧，即送端电网内部。
序号 条件
5. 子站1线路3、4振荡中心均为反方向或线路1、2的振荡中心方向均为正方向
6. 子站3线路9、10振荡中心均为反方向或线路7、8的振荡中心方向均为正方向
7. 子站5线路15、16振荡中心均为反方向或线路13、14的振荡中心方向均为正方向
8. 子站7线路21、22振荡中心均为反方向或线路19、20的振荡中心方向均为正方向
本发明相对于基于就地信息的失步振荡中心定位方法，可以解决就地解列装置只能判断振荡中心大致方向，或者只有振荡中心在本线路上时才能判出的局限。相对于基于最小测量阻抗的失步振荡中心定位方法，由于基于最小测量阻抗的方案是利用每个失步周期中的最小测量阻抗即为装置测量点到振荡中心的准确位置的特点，实现振荡中心的准确定位，但是由于只有振荡中心电压过零点时才有最小测量阻抗，而每个周期只有一次过零点的时刻，因此该方法至少需要一周期时间才能判出振荡中心位置，时间较慢，且只能每周期判别一次振荡中心位置，不能实现振荡中心实时跟踪，而本发明则是实时判别，因此对于振荡中心的迁移也能够实现准确跟踪，比最小测量阻抗方法更加快速，当电网失步振荡时，能够有效准确解列振荡中心所在断面，有效防范事故扩大导致电网发生大面积停电。本发明提出的方法工程可实施性强，可灵活适用于各种运行网架及运行方式，避免随着运行网架及运行方式的不断变化，需要修改基于断面的失步解列控制策略及判据的问题，而且相对于基于就地信息的失步振荡中心定位方法无法适应多断面多通道区域互联电网需求，本发明解决了多断面多通道区域互联电网的失步振荡中心定位及跟踪问题。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，其特征在于，包括主站和多个子站，所述子站部署在断面的每条线路的两侧，所述子站与所述主站之间通信连接，所述子站包括采集模块、第一处理器和第二处理器，所述主站包括有第三处理器和第四处理器；所述采集模块用于采集各线路的电压和电流数据，所述第一处理器用于根据采集到电压和电流数据计算对应线路的测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000012
所述第二处理器用于根据在设定持续时间内的测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000013
的大小，判断各线路的振荡中心方向，并把每条线路的振荡中心方向发送到所述第三处理器，所述第三处理器用于根据每条线路的振荡中心方向判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置，所述第四处理器用于根据振荡中心相对于每条线路的所处的位置判别振荡中心的具体位置。
2.根据权利要求1所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，其特征在于，所述第一处理器利用采集线路的电压相角减去电流相角计算对应线路的测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000014
3.根据权利要求1所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，其特征在于，所述第二处理器根据以下规则判定各线路的振荡中心方向：在设定持续时间内，当测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000015
满足大于0度且小于180度时，则振荡中心方向判为正方向；当测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000016
满足大于180度且小于360度，则振荡中心方向判为反方向。
4.根据权利要求1所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，其特征在于，所述第三处理器根据以下规则判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置：当某一线路两侧的子站判别的振荡中心方向均为正方向时，则振荡中心位于该条线路内部；当某一线路左侧子站判别的振荡中心方向为反方向，则振荡中心位于该线路外部左侧；当某一线路右侧子站判别的振荡中心方向为反方向时，则振荡中心位于该线路外部右侧。
5.根据权利要求1所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统，其特征在于，所述第四处理器根据以下规则判别振荡中心的具体位置：当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路内部时，则振荡中心的具体位置位于该断面上；当断面上所有线路的振荡中心位于该线路外部左侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面左侧；当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路外部右侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面右侧。
6.一种基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位方法，其特征在于，所述方法是根据权利要求1至5任一所述的基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位系统实现的，包括以下步骤：
步骤1：采集各线路的电压和电流数据，通过电压和电流数据实时计算对应线路的测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000011
步骤2：根据在设定持续时间内的测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000024
的大小，判断各线路的振荡中心方向；
步骤3：根据每条线路的振荡中心方向判别振荡中心相对于每条线路的所处的位置；
步骤4：根据振荡中心相对于每条线路的所处的位置判别振荡中心的具体位置。
7.根据权利要求1所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位方法，其特征在于，利用采集线路的电压相角减去电流相角计算对应线路的测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000021
8.根据权利要求1所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位方法，其特征在于，在设定持续时间内，当测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000022
满足大于0度且小于180度时，则振荡中心方向判为正方向；当测量阻抗相角
Figure FDA0002303263800000023
满足大于180度且小于360度，则振荡中心方向判为反方向。
9.根据权利要求1所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位方法，其特征在于，当某一线路两侧的子站判别的振荡中心方向均为正方向时，则振荡中心位于该条线路内部；当某一线路左侧子站判别的振荡中心方向为反方向，则振荡中心位于该线路外部左侧；当某一线路右侧子站判别的振荡中心方向为反方向时，则振荡中心位于该线路外部右侧。
10.根据权利要求1所述基于广域测量阻抗角信息的失步振荡中心定位方法，其特征在于，当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路内部时，则振荡中心的具体位置位于该断面上；当断面上所有线路的振荡中心位于该线路外部左侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面左侧；当断面上所有线路的振荡中心位于该条线路外部右侧时，则振荡中心的具体位置位于该断面右侧。
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