CN110954775A - 发电机、输电线路稳定程度测量方法及电网控制系统 - Google Patents

发电机、输电线路稳定程度测量方法及电网控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种广域电网稳定程度的测量和优化控制的方法和系统，可精确计算发电厂、变电站电网的稳定程度和优化控制，精确计算广域电网的稳定程度和优化控制，对稳定程度过低、存在扰动风险的发电厂、变电站及广域电网进行风险预警，为电网安全稳定运行提供一种新的在线管理方法。

Description

发电机、输电线路稳定程度测量方法及电网控制系统
技术领域
本发明涉及发电厂、变电站和广域电网稳定程度测量和控制方法及系统。具体说，是涉及一种发电厂、变电站和广域电网稳定程度精确计算和控制方法，以及发电厂、变电站和广域电网稳定运行的优化控制系统，对稳定程度过低、存在扰动风险的发电厂、变电站及广域电网进行风险预警几方面。
背景技术
随着国际和国民经济的迅速发展，电力工业得到相应的快速增长，电网的结构和运行方式不断被优化调整，但新的电网结构也出现了如下问题：
1、新能源发电容量在电网所占比例不断的增加，新能源厂站及接入电网发生次同步、超同步振荡的概率也越来越高；
2、超高压可控串补以及超高压直流输电线路数量不断的增加，导致所接入发电厂发生次同步振荡(SSO)和次同步谐振(SSR)风险越来越大，发电机组轴系扭振问题也日益突出；
3、尽管现场安装了电力系统稳定调节装置(PSS)、自动励磁调节装置(AVR)、次同步振荡抑制装置等二次或一次设备，仍有不稳定状况发生：
(1)在电网电压骤变时，新能源发电机组由于出力受限以及SVG电压跟踪模式等影响容易引起次同步或超同步振荡，进而引起发电机组大规模脱网事故；
(2)在电网电压骤变时大型发电机组自动调节装置调节受限容易引起低频振荡；
(3)厂站某台发电机或输电线路振荡不能被及时发现和处理，可能引起事故扩大,破坏电网稳定或影响发电质量。
现场使用了广域测量系统(WAWS)、次同步振荡监测装置、轴系扭振监测保护装置等系统或设备对电网低频、次同步或超同步振荡进行监测或保护跳闸，尽管这些系统或设备可监测分析电网振荡状态，对振荡发电机或输电线路跳闸，可以防止振荡事故扩大，但恢复系统运行后还有再次发生振荡的风险，还没有做好加强电网稳定程度和预防振荡源发生的工作。
与现有的广域测量系统(WAWS)同类产品比较，本发明提出了对发电机、输电线路、发电厂电网、变电站电网以及广域电网稳定程度测量方法和稳定程度的优化控制系统，具有如下技术优势：
1、预防振荡：
通过优化控制提高发电厂和变电站电网稳定程度，可以为发电厂或变电站内自动稳定调节装置预留充足的调节空间，在电网电压或频率突变状态下，确保发电厂和变电站内自动稳定调节装置有效阻尼振荡，预防事故状态发电机超调而出现扰动源。
2、为现场提供一种高低电压穿越技术措施：
通过优化控制提高广域电网稳定程度的技术措施，能够提高厂站电网动态无功储备，减小电压骤变过程厂站内电压波动幅值；增强厂站之间动态无功储备的相互支撑，电压骤变后最大程度恢复电压稳定；减小厂站辅机高低电压跳闸以及风力、太阳能机组高低电压脱网发生概率。
发明内容
本发明提出了一种发电机、输电线路稳定程度测量方法及电网控制系统，具体方案如下：
一种同步发电机稳定程度测量方法，依次包括如下步骤：
S11：采集电气量，设置同步发电机报警PQ曲线；
S12：计算同步发电机的动态无功储备、感性动态无功储备和容性动态无功储备；
S13：计算同步发电机的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值；
S14：计算所述同步发电机的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
其特征在于，
计算所述步骤S13中的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值的方式分别为：
计算同步发电机的动态无功储备目标值的方法为：过同步发电机协调PQ点水平线与同步发电机报警PQ曲线左侧、右侧两交点之间的线段长度为同步发电机的动态无功储备目标值；
计算同步发电机的容性动态无功储备目标值的方法为：过同步发电机协调PQ点水平线与同步发电机报警PQ曲线左侧交点与同步发电机协调PQ点之间的线段长度为同步发电机的容性动态无功储备目标值；
计算同步发电机的感性动态无功储备目标值的方法为：过同步发电机协调PQ点水平线与同步发电机报警PQ曲线右侧交点与同步发电机协调PQ点之间的线段长度为同步发电机的感性动态无功储备目标值；
计算所述步骤S14中同步发电机的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度的方式分别为：
计算同步发电机的容性稳定程度的方法为：同步发电机容性动态无功储备与同步发电机的动态无功储备目标值的比值百分数；
计算同步发电机的感性稳定程度的方法为：同步发电机感性动态无功储备与同步发电机的动态无功储备目标值的比值百分数；
计算同步发电机的稳定程度的方法为：同步发电机的动态无功储备与同步发电机的动态无功储备目标值的比值百分数。
进一步的，所述步骤S1中采集的电气量包括同步发电机定子电流、定子电压信号，同步发电机励磁电流、励磁电压信号和发电厂母线电压信号。
一种输电线路稳定程度测量方法，依次包括如下步骤：
S31：采集电气量，设置输电线路报警PQ曲线；
S32：计算输电线路的动态无功储备、感性动态无功储备和容性动态无功储备；
S33：计算输电线路的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值；
S34：计算所述输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
其特征在于，
计算所述步骤S33中的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值的方式分别为：
计算输电线路的动态无功储备目标值的方法为：过输电线路协调PQ点水平线与输电线路报警PQ曲线左侧、右侧两交点之间的线段长度为输电线路的动态无功储备目标值；
计算输电线路的容性动态无功储备目标值的方法为：过输电线路协调PQ点水平线与输电线路报警PQ曲线左侧交点与输电线路协调PQ点之间的线段长度为输电线路的容性动态无功储备目标值；
计算输电线路的感性动态无功储备目标值：过输电线路协调PQ点水平线与输电线路报警PQ曲线右侧交点与输电线路协调PQ点之间的线段长度为输电线路的感性动态无功储备目标值；
计算所述步骤S34中输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度的方式分别为：
计算输电线路的容性稳定程度的方法为：输电线路的容性动态无功储备与输电线路的动态无功储备目标值的比值百分数；
计算输电线路的感性稳定程度的方法为：输电线路的感性动态无功储备与输电线路的动态无功储备目标值的比值百分数；
计算输电线路的稳定程度的方法为：输电线路的动态无功储备与输电线路的动态无功储备目标值的比值百分数。
进一步的，所述步骤S31中采集的电气量包括输电线路的电流、电压信号，变电站母线电压信号。
一种发电厂电网稳定程度测量方法，依次包括如下步骤：
S51：使用权利要求1和2中任一项记载的方法计算发电厂内全部同步发电机的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，以及发电厂内全部同步发电机的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值；
S52：确定发电厂的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值；
S53：确定发电厂的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
S54：向广域电网广域电网稳定程度测量和控制系统中的计算模块上报发电厂的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值，以及发电厂的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
其特征在于，
所述步骤S52中的发电厂动态无功储备目标值为全厂同步发电机的动态无功储备目标值之和；发电厂容性动态无功储备目标值为全厂同步发电机的容性动态无功储备目标值之和；发电厂感性动态无功储备目标值为全厂同步发电机的感性动态无功储备目标值之和；
所述步骤S53中的发电厂容性稳定程度为全厂同步发电机容性稳定程度的最小值；发电厂感性稳定程度为全厂同步发电机感性稳定程度的最小值；发电厂稳定程度为发电厂容性稳定程度和发电厂感性稳定程度之和。
进一步的，所述步骤S51中采集的电气量包括厂内全部同步发电机的定子电流、定子电压信号，同步发电机励磁电流、励磁电压信号，发电厂母线电压信号。
一种变电站电网稳定程度测量方法，依次包括如下步骤：
S71：使用权利要求3和4中任一项记载的方法计算变电站内所有输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，以及变电站内所有输电线路的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值；
S72：确定变电站的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值；
S73：确定变电站的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
S74：向广域电网广域电网稳定程度测量和控制系统中的计算模块上报变电站的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值，以及变电站的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
其特征在于，
所述步骤S72中的变电站动态无功储备目标值为变电站内电源侧所有输电线路的动态无功储备目标值之和；变电站容性动态无功储备目标值为变电站内电源侧所有输电线路的容性动态无功储备目标值之和；变电站感性动态无功储备目标值为变电站内电源侧所有输电线路的感性动态无功储备目标值之和；
所述步骤S53中的变电站容性稳定程度为变电站内电源侧所有输电线路容性稳定程度的最小值；变电站感性稳定程度为变电站内电源侧所有输电线路感性稳定程度的最小值；变电站稳定程度为变电站容性稳定程度和变电站感性稳定程度之和。
进一步的，所述步骤S71中采集的电气量包括变电站内全部输电线路的电流、电压信号和变电站母线电压信号。
进一步的，在接收权利要求5和6中任一项确定的发电厂容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，以及在接收权利要求7和8中任一项确定的变电站容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度的基础上得出广域电网的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，
其中，确定广域电网的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度方式为：
广域电网的容性稳定程度为广域电网内的发电厂和变电站容性稳定程度的最小值；
广域电网的感性稳定程度为广域电网内的发电厂和变电站感性稳定程度的最小值；
广域电网的稳定程度为广域电网容性稳定程度和广域电网感性稳定程度之和。
一种发电厂电网稳定程度控制系统，包括电气采集装置，监控装置，发电机负荷调节装置和高速通信网络，
所述高速通信网络用于本发电厂电网稳定程度测量和控制系统与广域电网稳定程度测量和控制系统中的计算模块进行通信；
所述发电机负荷调节装置用于调节发电机负荷；
其特征在于，
在所述电气采集装置和监控装置中，使用权利要求5和6中任意一项的方式确定发电厂的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值和发电厂的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度。
进一步的，所述监控装置，若判断所测控电网的稳定程度小于设定稳定程度最小值时，根据同步发电机运行状况，选择发电厂中的两对同步发电机进行调节，具体选择流程为：
S111：按照下述方式计算全厂所有同步发电机的有功偏差率和无功偏差率；
有功偏差率：发电机有功功率目标值减去发电机有功功率数值，除以发电机额定容量的百分数；
无功偏差率：发电机无功功率目标值减去发电机无功功率数值，除以发电机额定容量的百分数；
S112：选择有功偏差率最小和最大的一对发电机G有MIN和发电机G有MAX，以及无功偏差率最小和最大的一对发电机G无MIN和发电机G无MAX进行调节。
进一步的，调节所述有功偏差率最小和最大一对发电机，以及无功偏差率最小和最大的另一对发电机的方式为：
分别减小偏差率最小的同步发电机G有MIN有功输出和同步发电机G无MIN感性无功输出；
分别增加偏差率最大的同步发电机G有MAX有功输出和同步发电机G无MAX感性无功输出。
进一步的，在进行稳定程度的调节过程中，当发电厂的总有功功率和无功功率与总功率目标值相比较，当满足下列条件时进行全厂功率平衡调节：
当发电厂总无功功率或总有功功率大于各自总功率目标值时，减小无功偏差率最小的发电机G无MIN的感性无功输出或减小有功偏差率最小的发电机G有MIN的有功输出；
当发电厂总无功功率或总有功功率小于各自总功率目标值时，增加无功偏差率最大的发电机G无MAX的感性无功输出或增加有功偏差率最大的发电机G有MAX的有功输出；
当发电厂总无功功率或总有功功率与各自总功率目标值偏差在设定范围内时，停止全厂功率平衡调节。
进一步的，在调节过程中，维持发电厂总有功和总无功功率跟踪总功率目标值。
一种变电站电网稳定程度控制系统，包括电气采集装置，监控装置，输电线路负荷调节装置和高速通信网络，
所述高速通信网络用于本变电站电网稳定程度测量和控制系统与广域电网稳定程度测量和控制模块进行通信；
所述输电线路负荷调节装置用于调节输电线路负荷；
其特征在于，
在所述电气采集装置和监控装置中，使用权利要求3和4中任意一项的方式确定输电线路的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值和输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度。
进一步的，所述监控装置根据输电线路运行状况，选择电源侧有功偏差率最小和最大的一对输电线路以及无功偏差率最小和最大的另一对输电线路进行调节，具体选择流程为：
S161：按照下述方式计算变电站所有输电线路的有功偏差率和无功偏差率；
有功偏差率：输电线路有功功率目标值减去输电线路有功功率数值，除以输电线路额定容量的百分数；
无功偏差率：输电线路无功功率目标值减去输电线路无功功率数值，除以输电线路额定容量的百分数；
S162：选择电源侧有功偏差率最小和最大的一对输电线路L有MIN和输电线路L有MAX，以及无功偏差率最小和最大的一对输电线路L无MIN和输电线路L无MAX进行调节。
进一步的，调节所述电源侧有功偏差率最小和最大，以及无功偏差率最小和最大的输电线路的方式为：
分别减小偏差率最小的输电线路L有MIN有功输出和输电线路L无MIN感性无功输出；
分别增加偏差率最大的输电线路L有MAX有功输出和输电线路L无MAX感性无功输出。
进一步的，在进行稳定程度的调节过程中，当变电站的总有功功率和无功功率与目标值相比较，当满足下列条件时进行变电站功率平衡调节：
当变电站总无功功率或总有功功率大于各自总功率目标值时，减小电源侧无功偏差率最小的输电线路L无MIN的感性无功输出或减小有功偏差率最小的输电线路L有MIN的有功输出；
当变电站总无功功率或总有功功率小于各自总功率目标值时，增加电源侧无功偏差率最大的输电线路L无MAX的感性无功输出或增加有功偏差率最大的输电线路L有MAX的有功输出；
当变电站总无功功率或总有功功率与各自总功率目标值偏差在设定范围内时，停止变电站功率平衡调节。
进一步的，在调节过程中，维持变电站总有功和总无功功率跟踪总功率目标值。
一种广域电网稳定程度控制系统，包括权利要求10-13和权利要求15-18中任意一项所记载的发电厂和/或变电站的稳定程度控制系统，其特征在于，还包括广域电网的稳定程度计算装置和高速通信网络，
所述高速通信网络用于与所述发电厂和/或变电站电网的稳定程度控制系统进行通信；
所述广域电网稳定程度计算装置使用权利要求9中所记载的测量广域电网稳定程度的方法计算广域电网的稳定程度，并在确定广域电网的调整指令后，将发电厂或变电站电网总功率目标值、调整指令通过高速通信网络下发给发电厂或变电站电网的稳定程度控制系统。
进一步的，所述广域电网稳定程度计算装置确定广域电网稳定程度的调节指令方式为：
S211：给出广域电网稳定程度最小值；
当广域电网稳定程度小于广域电网稳定程度最小值时，进行广域电网稳定程度调节：
向广域电网内稳定程度最低发电厂或变电站下发调节指令，升高其电网稳定程度,当广域电网稳定程度大于等于设定最小值时，停止调节。
22、根据权利要求21所述的广域电网稳定程度控制系统，其特征在于，优化调控的最终目标是使所调控广域电网内各个发电厂和变电站电网动态无功储备比例相等。
附图说明
图1为电力系统组成模块图；
图2为同步发电机的PQ曲线图；
图3输电线路的PQ曲线图。
其中，1-枢纽变电站；2-厂站电网稳定程度测量和控制系统；3-风电场变电站；4-发电厂；5-变电站电源侧输电线路；6-风力发电机；7-同步发电机；8-厂站输电线路；9-广域电网稳定程度测量和控制模块。
具体实施方式
图1为电力系统组成模块图。在电力系统中，连接的有由若干风电场变电站电网3、若干发电厂电网4组成的广域电网。在风电场变电站、发电厂安装厂站电网稳定程度测量和控制系统装置柜，并通过高速通信网络与广域电网稳定程度测量和控制模块相互连接。在电力系统中，使用本发明提出的发电机、输电线路、变电站和发电厂稳定程度测量方法测量得出的稳定程度，利用本发明提出的变电站电网、发电厂电网和广域电网控制系统控制电网稳定程度。从而克服了现有系统中发电厂、变电站稳定程度过低、存在扰动风险不被发现的问题，并能够对广域电网稳定性异常进行风险预警。
下面结合附图对本发明涉及的技术方案进行具体说明。
如图2所示，abcdea为同步发电机报警PQ曲线。其中ab曲线为同步发电机低励限制曲线，bc曲线为同步发电机有功功率限制曲线，cd曲线为同步发电机定子最大电流，发电机定子最大磁通量限制过激磁限制曲线，de曲线为同步发电机工作励磁机或备用励磁机最大工作电压、电流，发电机转子最大励磁电压、电流，发电机最大励磁磁通量综合限制过励磁限制曲线，ea曲线为同步发电机零有功曲线，水平布置。
如图2所示点E0(Q,P)，其中Q,P分别为同步发电机无功功率和有功功率，E0为同步发电机运行PQ点。
计算同步发电机的动态无功储备的具体方式为：
过同步发电机运行PQ点E0水平线与同步发电机报警PQ曲线左侧、右侧两交点E01和E02之间的线段E01E02长度为同步发电机的动态无功储备。
计算同步发电机容性动态无功储备的具体方式为：
过同步发电机运行PQ点E0水平线与同步发电机报警PQ曲线左侧交点E01与同步发电机运行PQ点E0之间的线段E01E0长度为同步发电机容性动态无功储备。
计算同步发电机感性动态无功储备的具体方式为：
过同步发电机运行PQ点E0水平线与同步发电机报警PQ曲线右侧交点E02与同步发电机运行PQ点E0之间的线段E0E02长度为同步发电机感性动态无功储备。
根据发电厂总有功功率和总无功功率，发电厂内各个发电机额定参数，发电机报警PQ曲线，按均匀储备的原则计算各个发电机协调PQ点；当所有发电机均运行在各自的协调PQ点时，全厂感性动态无功储备与容性动态无功储备均最大化。
如图2所示点Em(Qm,Pm)，其中Qm,Pm分别为同步发电机无功功率目标值和同步发电机有功功率目标值，Em为同步发电机协调PQ点。
根据上述原则，可以确定同步发电机的动态无功储备目标值、同步发电机的容性动态无功储备目标值和同步发电机的感性动态无功储备目标值。
计算同步发电机的动态无功储备目标值的具体方式为：
过同步发电机协调PQ点Em水平线与同步发电机报警PQ曲线左侧、右侧两交点Em1和Em2之间的线段Em1Em2长度为同步发电机的动态无功储备目标值。
计算同步发电机的容性动态无功储备目标值的具体方式为：
过同步发电机协调PQ点Em水平线与同步发电机报警PQ曲线左侧交点Em1与同步发电机协调PQ点Em之间的线段Em1Em长度为同步发电机的容性动态无功储备目标值。
计算同步发电机的感性动态无功储备目标值的具体方式为：过同步发电机协调PQ点Em水平线与同步发电机报警PQ曲线右侧交点Em2与同步发电机协调PQ点Em之间的线段EmEm2长度为同步发电机的感性动态无功储备目标值。
由于同步发电机的动态无功储备目标值、同步发电机的容性动态无功储备目标值和同步发电机的感性动态无功储备目标值具有不同的定义和计算方法，因此本实施例中仅采用上述方法进行计算。采用其他计算方法也可实现本发明中测量发电机、输电线路、变电站和发电厂的稳定程度。
在上述运算的基础上，可以计算并上传同步发电机的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度。
计算同步发电机的容性稳定程度ηR的具体方式为：
同步发电机容性动态无功储备E01E0与同步发电机动态无功储备目标值Em1Em2的比值百分数
Figure BDA0002350166180000081
计算同步发电机的感性稳定程度ηG的具体方式为：
同步发电机感性动态无功储备E0E02与同步发电机动态无功储备目标值Em1Em2的比值百分数
Figure BDA0002350166180000082
计算同步发电机的稳定程度η的具体方式为：
同步发电机的动态无功储备E01E02与同步发电机动态无功储备目标值Em1Em2的比值百分数
Figure BDA0002350166180000083
如图3所示，ABCDEA为输电线路报警PQ曲线。ABCDEA曲线围成的封闭范围，为综合考虑输电线路输送容量、输电线路所连接的发电厂允许出力等因素，输电线路所连接的发电厂发电机自动励磁调节器AVR、电力系统自动稳定器PSS、次同步扰动励磁抑制装置、发电机一次调频装置等自动稳定调节装置的所允许的最大调节PQ范围，称为输电线路报警PQ曲线，其中AE曲线为输电线路零有功曲线，水平布置。
如图3所示，点E1(Qx,Px)，其中Qx、Px分别为输电线路无功功率和输电线路有功功率，E1为输电线路运行PQ点。
通过图3可计算输电线路的动态无功储备、容性动态无功储备和感性动态无功储备值。
计算输电线路的动态无功储备的具体方式为：
过输电线路运行PQ点E1水平线与输电线路报警PQ曲线左侧、右侧两交点E11和E12之间的线段E11E12长度为输电线路的动态无功储备。
计算输电线路的容性动态无功储备的具体方式为：
过输电线路运行PQ点E1水平线与输电线路报警PQ曲线左侧交点E11与输电线路运行PQ点E1之间的线段E11E1长度为输电线路的容性动态无功储备。
计算输电线路的感性动态无功储备的具体方式为：过输电线路运行PQ点E1水平线与输电线路报警PQ曲线右侧交点E12与输电线路运行PQ点E1之间的线段E1E12长度为输电线路的感性动态无功储备。
根据变电站内电源侧输电线路的总有功功率、总无功功率以及报警PQ曲线，按均匀储备的原则计算电源侧各个输电线路协调PQ点；当变电站内所有电源侧输电线路均运行在各自的协调PQ点时，变电站感性动态无功储备与容性动态无功储备均最大化。
如图3所示点Exm(Qxm,Pxm)，其中Qxm,Pxm分别为输电线路无功功率目标值和输电线路有功功率目标值，Exm为输电线路协调PQ点。
根据上述原则，可计算输电线路动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值。
计算输电线路的动态无功储备目标值的具体方式为：
过输电线路协调PQ点Exm水平线与输电线路报警PQ曲线左侧、右侧两交点Exm1和Exm2之间的线段Exm1Exm2长度为输电线路的动态无功储备目标值。
计算输电线路的容性动态无功储备目标值的具体方式为：
过输电线路协调PQ点Exm水平线与输电线路报警PQ曲线左侧交点Exm1与输电线路协调PQ点Exm之间的线段Exm1Exm长度为输电线路的容性动态无功储备目标值。
计算输电线路的感性动态无功储备目标值的具体方式为：
过输电线路协调PQ点Exm水平线与输电线路报警PQ曲线右侧交点Exm2与输电线路协调PQ点Exm之间的线段ExmExm2长度为输电线路的感性动态无功储备目标值。
在获得上述计算结果的基础上，能够计算输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，并将计算结果向广域电网稳定程度测量和控制模块上传。
计算输电线路的容性稳定程度ηxR的具体方式为：输电线路的容性动态无功储备E11E1与输电线路的动态无功储备目标值Exm1Exm2的比值百分数
Figure BDA0002350166180000101
计算输电线路的感性稳定程度ηxG的具体方式为：
输电线路的感性动态无功储备E1E12与输电线路的动态无功储备目标值Exm1Exm2的比值百分数
Figure BDA0002350166180000102
计算输电线路的稳定程度ηx的具体方式为：输电线路的动态无功储备E11E12与输电线路的动态无功储备目标值Exm1Exm2的比值百分数
Figure BDA0002350166180000111
在获得前述同步发电机和输电线路稳定程度及其相关数据的基础上，可以计算发电厂电网和变电站电网的稳定程度，并将所得的稳定程度上传至广域电网稳定程度测量和控制模块。
计算发电厂电网的容性稳定程度ηR.min的具体方式为：
对发电厂所有同步发电机的容性稳定程度ηR进行比较，其中最小的容性稳定程度是发电厂电网的容性稳定程度ηR.min。
计算发电厂电网的感性稳定程度ηG.min的具体方式为：
对发电厂所有同步发电机的感性稳定程度ηG进行比较，其中最小的感性稳定程度是发电厂电网的感性稳定程度ηG.min。
计算发电厂电网的稳定程度ηmin的具体方式为：发电厂电网的容性稳定程度ηR.min与感性稳定程度ηG.min之和是发电厂电网的稳定程度ηmin＝ηR.min+ηG.min。
计算变电站电网的容性稳定程度ηxR.min的具体方式为：
对比变电站电网电源侧所有输电线路的容性稳定程度ηxR，其中最小的容性稳定程度是变电站电网的容性稳定程度ηxR.min。
计算变电站电网的感性稳定程度ηxG.min的具体方式为：
对比变电站电网电源侧所有输电线路的感性稳定程度ηxG，其中最小的感性稳定程度是变电站电网的感性稳定程度ηxG.min。
计算变电站电网的稳定程度ηxmin的具体方式为：变电站电网的容性稳定程度与感性稳定程度之和是变电站电网的稳定程度ηxmin＝ηxR.min+ηxG.min。
除了获得发电厂和变电站的稳定程度之外，本发明的上述方法还能够获得发电厂电网和变电站电网的容性动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和动态无功储备目标值。其中，就发电厂电网而言，容性动态无功储备目标值为全厂同步发电机的容性动态无功储备目标值之和∑Em1Em；感性动态无功储备目标值为全厂同步发电机的感性动态无功储备目标值之和∑EmEm2；动态无功储备目标值为全厂同步发电机的动态无功储备目标值之和∑Em1Em2。就变电站电网而言，容性动态无功储备目标值为变电站电源侧所有输电线路的容性动态无功储备目标值之和∑Exm1Exm；感性动态无功储备目标值为变电站电源侧所有输电线路的感性动态无功储备目标值之和∑ExmExm2；动态无功储备目标值为变电站电源侧所有输电线路的动态无功储备目标值之和∑Exm1Exm2。
在广域电网中，确定广域电网容性稳定程度ηwR的方法为：
对广域电网中发电厂电网的容性稳定程度ηR.min和变电站电网的容性稳定程度ηxR.min进行比较，其中最小的容性稳定程度是广域电网容性稳定程度；
确定广域电网感性稳定程度ηwG的方法为：
对广域电网中发电厂电网的感性稳定程度ηG.min和变电站电网的感性稳定程度ηxG.min进行比较，其中最小的感性稳定程度是广域电网感性稳定程度；
确定广域电网稳定程度ηw的方法为：
广域电网容性稳定程度ηwR与感性稳定程度ηwG之和,即ηw＝ηwR+ηwG。
在确定发电机、输电线路、发电厂电网、变电站电网和广域电网的稳定程度后，本发明还提供了发电厂、变电站电网稳定程度控制系统和广域电网稳定程度控制系统。
变电站电网稳定程度控制系统，在发电厂和变电站电网稳定程度控制系统中，设定发电厂和变电站电网稳定程度最小值
Figure BDA0002350166180000121
若所测控电网的稳定程度小于最小值
Figure BDA0002350166180000122
则需要对所测控电网进行风险预警和稳定程度调节。反之，若所测控电网的稳定程度大于等于最小值时
Figure BDA0002350166180000123
则无需对所测控电网进行稳定程度调节。
对发电厂电网而言，首先要计算发电厂各同步发电机有功偏差率ΔP。如图2所示，同步发电机有功功率目标值Pm减去同步发电机有功功率P数值，除以同步发电机额定容量SN的百分数，即
Figure BDA0002350166180000131
计算发电厂各同步发电机无功偏差率ΔQ：如图2所示，同步发电机无功功率目标值Qm减去同步发电机无功功率Q数值，除以同步发电机额定容量的百分数，即
Figure BDA0002350166180000132
得出ΔP和ΔQ后，需要在维持发电厂总有功和总无功功率跟踪总功率目标值的条件下调节同步发电机或输电线路的有功输出、感性无功输出。具体调整方式为：
全厂同步发电机中，选择有功偏差率最小的和有功偏差率最大的一对同步发电机进行调节：减小有功偏差率最小的同步发电机有功输出，同时增加偏差率最大的同步发电机有功输出。
在全厂同步发电机中，选择无功偏差率最小的和无功偏差率最大的一对同步发电机进行调节：减小无功偏差率最小的同步发电机感性无功输出，同时增加无功偏差率最大的同步发电机感性无功输出。
发电厂总有功功率与总有功功率目标值比较，当|ΣP-ΣPC|>ΔΣP(其中ΣP、ΣPC、ΔΣP分别为发电厂总有功功率、发电厂总有功功率目标值和规定值，ΔΣP为正数，如20MW)，超出规定范围时，进行全厂有功功率平衡调节：
当发电厂总有功功率大于发电厂总有功功率目标值时，减小有功偏差率ΔP最小的同步发电机有功输出；
当发电厂总有功功率小于发电厂总有功功率目标值时，增加有功偏差率ΔP最大的同步发电机有功输出；
当发电厂总有功功率与总有功功率目标值偏差进入规定范围时，即
|ΣP-ΣPC|≤ΔΣP，停止进行全厂有功功率平衡调节。
在进行稳定程度调节过程中，发电厂总无功功率与总无功功率目标值比较，当|ΣQ-ΣQC|>ΔΣQ(其中ΣQ、ΣQC、ΔΣQ分别为发电厂总无功功率、发电厂总无功功率目标值和规定值，ΔΣQ为正数，如20MVAR)，超出规定范围时，进行全厂无功功率平衡调节：
当发电厂总无功功率大于发电厂总无功功率目标值时，减小无功偏差率ΔQ最小的同步发电机感性无功输出；
当发电厂总无功功率小于发电厂总无功功率目标值时，增加无功偏差率ΔQ最大的同步发电机感性无功输出；
当发电厂总无功功率与目标值偏差进入规定范围时，即
|ΣQ-ΣQC|≤ΔΣQ，停止进行全厂无功功率平衡调节；
优化调整结果，所有同步发电机PQ均运行在各自的协调PQ点附近，全厂感性动态无功储备与容性动态无功储备均最大化。
对变电站电网而言，可采用与发电厂电网类似的方式进行处理。不同点在于，变电站电网的基本处理单元为输电线路。
广域电网稳定程度控制系统，在广域电网中，可以按照前述方式确定广域电网的稳定程度，并进行稳定程度控制，主要步骤为：
根据广域电网总有功功率和总无功功率，广域电网内发电厂、变电站设备额定参数，报警PQ曲线，按均匀储备的原则计算各个发电厂和变电站总无功功率目标值或总有功功率目标值，向发电厂和变电站下发总功率目标值(ΣQc,ΣPc)；当所有发电厂和变电站均运行在各自的总功率目标值PQ点时，广域电网感性动态无功储备与容性动态无功储备均最大化，稳定程度最大。
计算广域电网内各个发电厂动态无功储备比例αm：发电厂感性动态无功储备目标值∑EmEm2与该发电厂容性动态无功储备目标值∑Em1Em比值的百分数
Figure BDA0002350166180000151
计算广域电网内各个变电站动态无功储备比例αxm：变电站感性动态无功储备目标值∑ExmExm2与该变电站容性动态无功储备目标值∑Exm1Exm比值的百分数
Figure BDA0002350166180000152
设定广域电网稳定程度最小值βmin；
当广域电网稳定程度ηw小于广域电网稳定程度最小值βmin时，进行广域电网稳定程度调节：
向广域电网内稳定程度最低发电厂或变电站下发调节指令，升高其电网稳定程度,当广域电网稳定程度大于等于设定最小值时，停止调节。
优化调控的最终目标是使所测控广域电网内各发电厂和变电站电网动态无功储备比例相等，广域电网感性动态无功储备与容性动态无功储备均最大化；所有发电厂同步发电机PQ均运行在各自的协调PQ点附近，全厂感性动态无功储备与容性动态无功储备均最大化，所有变电站输电线路PQ均运行在各自的协调PQ点附近，变电站感性动态无功储备与容性动态无功储备均最大化。
以上对本发明所提供的发电机、输电线路、变电站和发电厂稳定程度测量方法和变电站电网、发电厂电网和广域电网控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明技术方案的限制。

Claims (22)

1.一种同步发电机稳定程度测量方法，依次包括如下步骤：
S11：采集电气量，设置同步发电机报警PQ曲线；
S12：计算同步发电机的动态无功储备、感性动态无功储备和容性动态无功储备；
S13：计算同步发电机的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值；
S14：计算所述同步发电机的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
其特征在于，
计算所述步骤S13中的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值的方式分别为：
计算同步发电机的动态无功储备目标值的方法为：过同步发电机协调PQ点水平线与同步发电机报警PQ曲线左侧、右侧两交点之间的线段长度为同步发电机的动态无功储备目标值；
计算同步发电机的容性动态无功储备目标值的方法为：过同步发电机协调PQ点水平线与同步发电机报警PQ曲线左侧交点与同步发电机协调PQ点之间的线段长度为同步发电机的容性动态无功储备目标值；
计算同步发电机的感性动态无功储备目标值的方法为：过同步发电机协调PQ点水平线与同步发电机报警PQ曲线右侧交点与同步发电机协调PQ点之间的线段长度为同步发电机的感性动态无功储备目标值；
计算所述步骤S14中同步发电机的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度的方式分别为：
计算同步发电机的容性稳定程度的方法为：同步发电机容性动态无功储备与同步发电机的动态无功储备目标值的比值百分数；
计算同步发电机的感性稳定程度的方法为：同步发电机感性动态无功储备与同步发电机的动态无功储备目标值的比值百分数；
计算同步发电机的稳定程度的方法为：同步发电机的动态无功储备与同步发电机的动态无功储备目标值的比值百分数。
2.根据权利要求1所述的同步发电机稳定程度测量方法，其特征在于，所述步骤S1中采集的电气量包括同步发电机定子电流、定子电压信号，同步发电机励磁电流、励磁电压信号和发电厂母线电压信号。
3.一种输电线路稳定程度测量方法，依次包括如下步骤：
S31：采集电气量，设置输电线路报警PQ曲线；
S32：计算输电线路的动态无功储备、感性动态无功储备和容性动态无功储备；
S33：计算输电线路的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值；
S34：计算所述输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
其特征在于，
计算所述步骤S33中的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值的方式分别为：
计算输电线路的动态无功储备目标值的方法为：过输电线路协调PQ点水平线与输电线路报警PQ曲线左侧、右侧两交点之间的线段长度为输电线路的动态无功储备目标值；
计算输电线路的容性动态无功储备目标值的方法为：过输电线路协调PQ点水平线与输电线路报警PQ曲线左侧交点与输电线路协调PQ点之间的线段长度为输电线路的容性动态无功储备目标值；
计算输电线路的感性动态无功储备目标值：过输电线路协调PQ点水平线与输电线路报警PQ曲线右侧交点与输电线路协调PQ点之间的线段长度为输电线路的感性动态无功储备目标值；
计算所述步骤S34中输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度的方式分别为：
计算输电线路的容性稳定程度的方法为：输电线路的容性动态无功储备与输电线路的动态无功储备目标值的比值百分数；
计算输电线路的感性稳定程度的方法为：输电线路的感性动态无功储备与输电线路的动态无功储备目标值的比值百分数；
计算输电线路的稳定程度的方法为：输电线路的动态无功储备与输电线路的动态无功储备目标值的比值百分数。
4.根据权利要求3所述的输电线路稳定程度测量方法，其特征在于，所述步骤S31中采集的电气量包括输电线路的电流、电压信号，变电站母线电压信号。
5.一种发电厂电网稳定程度测量方法，依次包括如下步骤：
S51：使用权利要求1和2中任一项记载的方法计算发电厂内全部同步发电机的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，以及发电厂内全部同步发电机的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值；
S52：确定发电厂的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值；
S53：确定发电厂的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
S54：向广域电网稳定程度测量和控制系统中的计算模块上报发电厂的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值，以及发电厂的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
其特征在于，
所述步骤S52中的发电厂动态无功储备目标值为全厂同步发电机的动态无功储备目标值之和；发电厂容性动态无功储备目标值为全厂同步发电机的容性动态无功储备目标值之和；发电厂感性动态无功储备目标值为全厂同步发电机的感性动态无功储备目标值之和；
所述步骤S53中的发电厂容性稳定程度为全厂同步发电机容性稳定程度的最小值；发电厂感性稳定程度为全厂同步发电机感性稳定程度的最小值；发电厂稳定程度为发电厂容性稳定程度和发电厂感性稳定程度之和。
6.根据权利要求5所述的发电厂稳定程度测量方法，其特征在于，所述步骤S51中采集的电气量包括厂内全部同步发电机的定子电流、定子电压信号，同步发电机励磁电流、励磁电压信号，发电厂母线电压信号。
7.一种变电站电网稳定程度测量方法，依次包括如下步骤：
S71：使用权利要求3和4中任一项记载的方法计算变电站内所有输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，以及变电站内所有输电线路的动态无功储备目标值、感性动态无功储备目标值和容性动态无功储备目标值；
S72：确定变电站的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值；
S73：确定变电站的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
S74：向广域电网稳定程度测量和控制系统中的计算模块上报变电站的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值，以及变电站的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度；
其特征在于，
所述步骤S72中的变电站动态无功储备目标值为变电站内电源侧所有输电线路的动态无功储备目标值之和；变电站容性动态无功储备目标值为变电站内电源侧所有输电线路的容性动态无功储备目标值之和；变电站感性动态无功储备目标值为变电站内电源侧所有输电线路的感性动态无功储备目标值之和；
所述步骤S53中的变电站容性稳定程度为变电站内电源侧所有输电线路容性稳定程度的最小值；变电站感性稳定程度为变电站内电源侧所有输电线路感性稳定程度的最小值；变电站稳定程度为变电站容性稳定程度和变电站感性稳定程度之和。
8.根据权利要求7所述的变电站电网稳定程度测量方法，其特征在于，所述步骤S71中采集的电气量包括变电站内全部输电线路的电流、电压信号和变电站母线电压信号。
9.一种广域电网稳定程度测量方法，其特征在于，在接收权利要求5和6中任一项确定的发电厂容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，以及在接收权利要求7和8中任一项确定的变电站容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度的基础上得出广域电网的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度，
其中，确定广域电网的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度方式为：
广域电网的容性稳定程度为广域电网内的发电厂和变电站容性稳定程度的最小值；
广域电网的感性稳定程度为广域电网内的发电厂和变电站感性稳定程度的最小值；
广域电网的稳定程度为广域电网容性稳定程度和广域电网感性稳定程度之和。
10.一种发电厂电网稳定程度控制系统，包括电气采集装置，监控装置，发电机负荷调节装置和高速通信网络，
所述高速通信网络用于本发电厂电网稳定程度测量和控制系统与广域电网稳定程度测量和控制系统中的计算模块进行通信；
所述发电机负荷调节装置用于调节发电机负荷；
其特征在于，
在所述电气采集装置和监控装置中，使用权利要求5和6中任意一项的方式确定发电厂的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值和发电厂的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度。
11.根据权利要求10所述的发电厂电网稳定程度控制系统，其特征在于，所述监控装置，若判断所测控电网的稳定程度小于设定稳定程度最小值时，则根据全厂同步发电机运行状况，选择两对发电机进行调节，具体选择流程为：
S111：按照下述方式计算全厂同步发电机的有功偏差率和无功偏差率；
有功偏差率：发电机有功功率目标值减去发电机有功功率数值，除以发电机额定容量的百分数；
无功偏差率：发电机无功功率目标值减去发电机无功功率数值，除以发电机额定容量的百分数；
S112：选择有功偏差率最小和最大的一对发电机G有MIN和发电机G有MAX，以及无功偏差率最小和最大的一对发电机G无MIN和发电机G无MAX进行调节。
12.根据权利要求11所述的发电厂电网稳定程度控制系统，其特征在于，调节所述有功偏差率最小和最大一对发电机，以及无功偏差率最小和最大的另一对发电机的方式为：
分别减小偏差率最小的同步发电机G有MIN有功输出和同步发电机G无MIN感性无功输出；
分别增加偏差率最大的同步发电机G有MAX有功输出和同步发电机G无MAX感性无功输出。
13.根据权利要求12所述的发电厂电网稳定程度控制系统，其特征在于，在进行稳定程度的调节过程中，发电厂的总有功功率和无功功率与总功率目标值相比较，当满足下列条件时进行全厂功率平衡调节：
当发电厂总无功功率或总有功功率大于各自总功率目标值时，减小无功偏差率最小的发电机G无MIN的感性无功输出或减小有功偏差率最小的发电机G有MIN的有功输出；
当发电厂总无功功率或总有功功率小于各自总功率目标值时，增加无功偏差率最大的发电机G无MAX的感性无功输出或增加有功偏差率最大的发电机G有MAX的有功输出；
当发电厂总无功功率或总有功功率与各自总功率目标值偏差在规定范围内时，停止全厂功率平衡调节。
14.根据权利要求10-13中任意一项所述的发电厂电网稳定程度控制系统，其特征在于，在调节过程中，维持发电厂总有功和总无功功率跟踪总功率目标值。
15.一种变电站电网稳定程度控制系统，包括电气采集装置，监控装置，输电线路负荷调节装置和高速通信网络，
所述高速通信网络用于本变电站电网稳定程度测量和控制系统与广域电网稳定程度测量和控制系统中的计算模块进行通信；
所述输电线路负荷调节装置用于调节输电线路负荷；
其特征在于，
在所述电气采集装置和监控装置中，使用权利要求3和4中任意一项的方式确定输电线路的动态无功储备目标值、容性动态无功储备目标值和感性动态无功储备目标值和输电线路的容性稳定程度、感性稳定程度和稳定程度。
16.根据权利要求15所述的变电站电网稳定程度控制系统，其特征在于，所述监控装置，若判断所测控电网的稳定程度小于设定稳定程度最小值时，则根据输电线路运行状况，选择电源侧有功偏差率最小和最大的一对输电线路以及无功偏差率最小和最大的另一对输电线路进行调节，具体选择流程为：
S161：按照下述方式计算变电站所有输电线路的有功偏差率和无功偏差率；
有功偏差率：输电线路有功功率目标值减去输电线路有功功率数值，除以输电线路额定容量的百分数；
无功偏差率：输电线路无功功率目标值减去输电线路无功功率数值，除以输电线路额定容量的百分数；
S162：选择电源侧有功偏差率最小和最大的一对输电线路L有MIN和输电线路L有MAX，以及无功偏差率最小和最大的一对输电线路L无MIN和输电线路L无MAX进行调节。
17.根据权利要求16所述的变电站电网稳定程度控制系统，其特征在于，调节所述有功偏差率最小和最大，以及无功偏差率最小和最大的电源侧输电线路的方式为：
分别减小偏差率最小的输电线路L有MIN有功输出和L无MIN感性无功输出；
分别增加偏差率最大的输电线路L有MAX有功输出和L无MAX感性无功输出。
18.根据权利要求17所述的变电站电网稳定程度控制系统，其特征在于，在进行稳定程度的调节过程中，当变电站的总有功功率和无功功率与总功率目标值相比较，当满足下列条件时进行变电站功率平衡调节：
当变电站总无功功率或总有功功率大于各自总功率目标值时，减小电源侧无功偏差率最小的输电线路L无MIN的感性无功输出或减小有功偏差率最小的输电线路L有MIN的有功输出；
当变电站总无功功率或总有功功率小于各自总功率目标值时，增加电源侧无功偏差率最大的输电线路L无MAX的感性无功输出或增加有功偏差率最大的输电线路L有MAX的有功输出；
当变电站总无功功率或总有功功率与各自总功率目标值偏差在规定范围内时，停止变电站功率平衡调节。
19.根据权利要求15-18中任意一项所述的变电站电网稳定程度控制系统，其特征在于，在调节过程中，维持变电站总有功和总无功功率跟踪总功率目标值。
20.一种广域电网稳定程度控制系统，包括权利要求10-13和权利要求15-18中任意一项所记载的发电厂和/或变电站的稳定程度控制系统，其特征在于，还包括广域电网的稳定程度计算模块和高速通信网络，
所述高速通信网络用于与所述发电厂和/或变电站电网的稳定程度控制系统进行通信；
所述广域电网稳定程度计算装置使用权利要求9中所记载的测量广域电网稳定程度的方法计算广域电网的稳定程度，并在确定广域电网的调整指令后，将发电厂或变电站电网总功率目标值、调整指令通过高速通信网络下发给发电厂或变电站电网的稳定程度控制系统。
21.根据权利要求20所述的广域电网稳定程度控制系统，其特征在于，所述广域电网稳定程度计算装置确定广域电网稳定程度的调节指令方式为：
S211：给出广域电网稳定程度最小值；
当广域电网稳定程度小于广域电网稳定程度最小值时，进行广域电网稳定程度调节：
向广域电网内稳定程度最低的发电厂或变电站下发调节指令，升高其稳定程度,当广域电网稳定程度大于等于设定最小值时，停止调节。
22.根据权利要求21所述的广域电网稳定程度控制系统，其特征在于，优化调控的最终目标是使所调控广域电网内各个发电厂和变电站电网动态无功储备比例相等。
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