CN111313414B - 一种大型电网复杂失步断面的判断方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种大型电网复杂失步断面的判断方法，其中，该方法包括：获取目标区域中各测点的量测信息；在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面；在满足失步解列条件的情况下，解列所述失步断面；其中，所述目标区域包括一个或多个输电通道，所述输电通道中各测点通过环形架构互相通信。本公开实施例，适用于大型复杂电网，考虑了失步过程中振荡中心出现迁移的情况，且能实现免整定，运维简单；对通信系统依赖性不强，能够有效阻断系统性事故发生、发展，可以对电网严重事故进行有效隔离，实现了性能更加完备的安全防御。

Description

一种大型电网复杂失步断面的判断方法

技术领域

本公开涉及电力技术领域，尤其涉及一种大型电网复杂失步断面的判断方法。

背景技术

失步解列控制作为保障电力系统安全稳定运行的防线，可以在关键时刻防止事故扩大，防止系统发生频率及电压崩溃或其他长期稳定破坏事故，避免大规模停电的发生。

对于大型电网，因电气联系紧密，灵活多变的运行方式和难以预料的故障形态，会引起系统不同失稳模式，采用相关技术中的失步振荡识别和解列措施，适应性差，控制效果不理想，不利于事故后恢复。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种大型电网复杂失步断面的判断方法。

根据本公开的一方面，提供了一种大型电网复杂失步断面的判断方法，包括：

获取目标区域中各测点的量测信息；

在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面；

在满足失步解列条件的情况下，解列所述失步断面；

其中，所述目标区域包括一个或多个输电通道，所述输电通道中各测点通过环形架构互相通信。

在一种可能的实现方式中，所述量测信息包括：三相电压、三相电流；

所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面，包括；

根据所述三相电压、三相电流得到阻抗角值；

在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到振荡中心方向及振荡周期次数；

在所述振荡周期次数等于第一预设阈值的情况下，根据所述振荡中心方向确定所述振荡中心的位置；

根据所述振荡中心的位置及所述三相电压，确定所述失步断面。

在一种可能的实现方式中，所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面，包括：

在所述测点的功率方向改变或预设时间内有功功率变化值不小于第二预设阈值的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面；

或，

在所述测点收到相邻测点的启动判别信号的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面。

在一种可能的实现方式中，所述在满足失步解列条件的情况下，解列所述失步断面，包括：

在所述测点的振荡周期次数及相邻测点的振荡周期次数均不小于第一预设阈值的情况下，解列所述失步断面。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述振荡中心的位置及所述三相电压，确定所述失步断面，包括：

当所述振荡中心位置在所述测点与相邻测点之间时，通过比较所述测点与该相邻测点的失步电压幅值的最低值，确定所述失步断面；

当所述振荡中心位置在所述测点时，通过比较与所述测点相邻的两个测点的失步电压幅值的最低值，确定所述失步断面。

在一种可能的实现方式中，所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到振荡中心方向及振荡周期次数，包括：

在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到所述振荡周期次数；

在所述振荡周期次数等于第三预设阈值的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到所述振荡中心方向。

在一种可能的实现方式中，所述第二预设阈值大于所述测点正常负荷的波动幅值。

本公开实施例，适用于大型复杂电网，通过将区域电网的联络区分为若干个输电通道，输电通道中的每个测点独立判断振荡中心方向，从而确定系统失步断面，并可以同时快速断开两个失步系统，实现最精准的解列操作；考虑了失步过程中振荡中心出现迁移的情况，且能实现免整定，运维简单；输电通道中各测点通过环形架构互相通信，对通信系统依赖性不强，能够有效阻断系统性事故发生、发展，可以对电网严重事故进行有效隔离，实现了性能更加完备的安全防御。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的一种大型电网复杂失步断面的判断方法的流程图；

图2示出根据本公开一实施例的失步解列系统的结构示意图；

图3示出根据本公开一实施例的阻抗角穿越规律示意图；

图4示出根据本公开一实施例的一种大型电网复杂失步断面的判断方法的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

随着“西电东送”、“北电南供”战略的实施，国家电网已成为全球能源资源配置能力最强的大型电网，这对电网安全稳定运行及控制保护技术提出了更高的要求。失步解列控制作为保障电力系统安全稳定运行的第三道防线，其作用是在关键时刻防止事故扩大，防止系统发生频率及电压崩溃或其他长期稳定破坏事故，避免大规模停电的发生。

按信息处理方式不同，目前失步振荡识别和解列措施的实施分为：基于广域信息和基于就地信息两类。基于广域信息的失步解列控制需要基于电网全局数据信息综合判断，且过于依赖通信系统，最后一道防线的停电防御，应尽可能避免通信故障的影响。目前基于就地信息的失步解列的判据主要有：阻抗角判据、ucosφ判据(u为线电压，cosφ为功率因数)、功角判据、阻抗循序式判据等，其中阻抗角判据相比其它判据具备运维简单、容易区分短路、正向、反向、加速、减速多种工况的特点，应用最为广泛。对于失步断面清晰的简单网络，如单个电厂相对主网失稳、长链式电网送端系统相对主网失稳，以及简单电磁环网中子系统相对主网失稳，由于振荡中心落点明确，基于就地信息的阻抗角失步判据具备一定优势。然而，对于大型电网，因电气联系紧密，灵活多变的运行方式和难以预料的故障形态，会引起系统不同失稳模式，机群间的振荡中心并非总是落在单一或确定断面上，对装置的布点选择及定值整定提出挑战；直流相继换相失败、失步过程中新能源脱网、第三道防线中的高频切机和低频低压减载措施等，会给失步振荡过程中振荡中心位置带来新的影响而偏移事先定位的位置，致使基于就地信息各自独立没有通信的失步解列装置协调性配合性差、无序动作，容易将系统打散成多个孤岛片区，控制效果不理想，不利于事故后恢复；暴露出传统阻抗角解列装置的特定针对性、适应性差的缺点。

因此，为了解决相关技术中存在的上述技术问题，本公开提出了一种大型电网复杂失步断面的判断的技术方案；该方案适用于大型复杂电网，考虑了失步过程中振荡中心出现迁移的情况，且能实现免整定，运维简单，通信网络的设计使得其对通信系统依赖性不强，能够有效阻断系统性事故发生、发展，为电网严重事故隔离提出了一种新的思路，构建了性能更加完备的安全防御体系。

图1示出根据本公开一实施例的一种大型电网复杂失步断面的判断方法的流程图。如图1所示，该方法可以包括：

步骤10、获取目标区域中各测点的量测信息；

步骤20、在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面；

步骤30、在满足失步解列条件的情况下，解列所述失步断面；

其中，所述目标区域包括一个或多个输电通道，所述输电通道中各测点通过环形架构互相通信。

本公开实施例适用于大型复杂联络的电网，在大型复杂联络电网中区域电网发生失步时，可以精准定位失步断面并同时动作解列整个断面，考虑了失步过程中振荡中心出现迁移的情况，能实现免整定从而运维简单，且通信网络的设计使其对通信系统依赖性不强，能够有效阻断系统性事故发生、发展，为电网严重事故隔离提出了一种新的思路，构建了性能更加完备的安全防御体系。

其中，目标区域为大型复杂联络的电网，输电通道及测点的数量、位置可以根据实际需要进行设定，本公开对此不作限定；失步解列是指当发电机等和电力系统其他部分之间、系统的一部分和系统其他部分之间失去同步并无法恢复同步时，将它们之间的联系切断，分成相互独立、互不联系的两部分，从而结束非同步振荡的技术措施；它是最终为维持电力系统稳定运行、防止事故扩大造成严重后果的重要措施。

在一种可能的实现方式中，在获取目标区域中各测点的量测信息之前，所述方法还包括：选取测点并确认失步解列系统结构，及构建相应通信网络。具体地，可以将大型电网的相邻区域联络电网按输电通道规划为N个输电通道，每个通道选取枢纽变电站或发电厂为测点，测点之间沿输电通道相邻测点互相通信、通道首尾测点互相通信，通信通道为点对点、整体环形设计。这样，可通过输电通道首尾测点通信交换信息应对一对测点意外通信中断，当通信中断位置不在振荡中心所在断面两侧测点间时，通道中断不影响整个系统动作结果，当通道中断位置位于振荡中心所在断面两侧测点间时，振荡中心两侧测点也可通道环形通道迂回将数据传送给对侧，通道延时不影响控制效果，从而能够有效阻断系统性事故发生、发展。

举例来说，图2示出根据本公开一实施例的失步解列系统的结构示意图，如图2所述，可以将大型电网的相邻区域联络电网分解为多个输电通道，每个通道选取枢纽变电站或发电厂为测点，通道1(A1，A2，A3…An)、通道2(B1，B2，B3…Bn)、通道3(C1，C2，C3…Cn)......通道N(N1，N2，N3…Nn)组成失步解列系统。其中，每一通道内的测点之间沿输电通道相邻测点(例如，A1与A2之间)互相通信、通道首尾测点(例如，A1与An之间)互相通信。各通信通道采用网络通道(例如，A1与B1之间)互相通信，全通道延时在20ms内；由于电力系统可能发生的失步周期不会低于200ms，因此，20ms内的延时对失步判别及动作效果影响可以忽略。

在步骤10中、获取目标区域中各测点的量测信息。其中，所述量测信息可以包括：三相电压、三相电流；还可以包括：功率、阻抗角等数据信息。

示例性地，可以采集各测点的三相电压、三相电流，功率、阻抗角；具体地，可以通过相关装置实时采集测点相关联络线路的电压及电流，并可实时计算测点相关联络线路的功率和阻抗角的值。

在一种可能的实现方式中，在步骤20中，所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面，可以包括：在所述测点的功率方向改变或预设时间内有功功率变化值不小于第二预设阈值的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面；或，在所述测点收到相邻测点的启动判别信号的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面。

其中，判断测点是否满足启动判别条件可以包括两种方式：测点的功率满足启动判别条件或收到相邻测点启动命令(即启动判别信号)；具体地，本测点启动：测点的有功功率大小或方向突变作为启动条件，当检测到测量点的功率方向改变或200ms前后有功功率变化值大于功率启动阈值，功率启动阈值(即第二预设阈值)大于所述测点正常负荷的波动幅值，本测点判断启动后将启动信号发给相邻测点；相邻测点启动：从通信通道收到相邻测点启动信号后本测点启动。

如果以上两种启动判别条件中的一个成立，则开始进行失步判别；如果启动判别条件不成立，则返回上一步骤，继续实时采集测点的电压及电流，并计算功率及阻抗角。

本公开实施例中，可以对实时采集的测点的功率进行启动判别。在实际工况下，测点的功率不是一个恒定值，而是存在正常范围的波动，在设定功率启动阈值时，应使得功率启动阈值大于功率的正常波动范围的幅值，以避免因为功率的正常波动而使启动判别条件成立。只有在当前时刻功率与预定时间段之前的功率的差值大于正常波动范围时，才可认为启动判别条件成立。示例性地，启动判别条件可以是测点的当前时刻功率与200ms之前的功率的差值大于或等于功率启动阈值，功率启动阈值比联络线的正常波动范围的幅值高5％-10％。

在一种可能的实现方式中，在步骤20中，所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面，可以包括；根据所述三相电压、三相电流得到阻抗角值；在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到振荡中心方向及振荡周期次数；在所述振荡周期次数等于第一预设阈值的情况下，根据所述振荡中心方向确定所述振荡中心的位置；根据所述振荡中心的位置及所述三相电压，确定所述失步断面。

本公开实施例中，在测点满足上述启动判别条件时，则根据所述测点的阻抗角进行失步判别。图3示出根据本公开一实施例的阻抗角穿越规律示意图；如图3所示，按照阻抗角穿越规律，每个测点可以判断得到振荡中心位于该测点的方向，对比图2中失步解列系统和全输电通道沿途失步电压轨迹可知，振荡中心处一个失步周期内电压幅值的最低值存在过零点，离振荡中心越近的测点，其所测得的该电压值越小，因此通过相邻测点的通信，可以定位到振荡中心位置并解列。

各测点根据阻抗角穿越规律独立判断振荡周期次数及方向并传送给相邻测点，满足振荡周期次数阈值(即第一预设阈值)后，确认测点与振荡中心的位置关系，从而确定失步断面；以便进一步地同时快速断开两个失步系统，实现精准解列。

需要说明的是，振荡周期次数阈值T可以根据实际需要进行设定，本公开对此不作限定，测点将所判得的失步振荡周期次数发送给相邻测点。失步振荡周期的判断方式如下：如图3所示，各测点计算电压电流的夹角即阻抗角，将阻抗平面分为6个区，所述4个象限内的阻抗角划分为6个区：(360°-θ)～+θ为1区，θ～90°为2区，90°～(180°-θ)为3区，(180°-θ)～(180°+θ)之间为4区，(180°+θ)～270°为5区，270°～(360°-θ)为6区，θ取值范围为40°～60°；电力系统正常运行时阻抗角停留在1区或4区；正常运行在1区时，判别满足经历1个失步周期条件包括以下一种：阻抗角从1区开始按顺序经过2区、3区、4区，在3区确认正方向；阻抗角从1区开始按顺序经过6区、5区、4区，在4区确认反方向；阻抗角从1区开始按顺序从1区开始突变到4区(或跨越2、3中的一个区)再回到1区，回到1区确认为振荡中心。正常运行在4区时，判别满足经历1个失步周期条件包括以下一种：阻抗角从4区开始按顺序经过3区、2区、1区，在2区确认正方向；阻抗角从4区开始按顺序经过5区、6区、1区，在6区确认反方向；阻抗角从4区开始按顺序经过或从4区开始变到1区(或跨越3、2中的一个区)，再回4区，回到4区确认为振荡中心。如果满足上述条件的一种，则认为失步振荡经历了一个完整的周期。

在一种可能的实现方式中，所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到振荡中心方向及振荡周期次数，包括：在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到所述振荡周期次数；在所述振荡周期次数等于第三预设阈值的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到所述振荡中心方向。

本公开实施例中，测点根据阻抗角穿越规律独立判断振荡周期次数，满足第三预设阈值后(通常设置为振荡周期次数T-1)，判断失步振荡中心方向；根据大型电网稳定性设置，在此之前的失步振荡周期无需判断失步振荡中心方向；这样，在最后一个振荡周期确认振荡中心位置方向，可以避免振荡过程中振荡中心迁移导致的装置误动作。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述振荡中心的位置及所述三相电压，确定所述失步断面，包括：当所述振荡中心位置在所述测点与相邻测点之间时，通过比较所述测点与该相邻测点的失步电压幅值的最低值，确定所述失步断面；当所述振荡中心位置在所述测点时，通过比较与所述测点相邻的两个测点的失步电压幅值的最低值，确定所述失步断面。

示例性地，在解列动作前最后一个失步周期，在3/4该失步振荡周期内可判断确认测点与振荡中心位置关系，并将位置信息发给相邻测点，定位振荡中心在本测点或本测点与相邻测点振荡中心方向相异(一正一反)的两个测点中间。当本测点与相邻测点之间振荡中心方向相异(一正一反)，则振荡中心位置确认在这两个测点之间；比较最后一个失步振荡周期内这两个相邻测点的失步电压幅值最低值大小，振荡中心更接近幅值偏小的一侧测点，确定该测点所在通道中振荡中心的位置，从而确定失步断面；当已确认振荡中心在两个相邻测点之间，且已确认某测点为振荡周期次数阈值的最后一个失步振荡周期内电压偏低的一侧，或已确认振荡中心在就在该测点时，比较与本测点所在输电通道的两个相邻测点的失步电压幅值最低值大小，确定该测点所在输电通道中振荡中心的位置，从而确定失步断面。需要说明的是，当在有测点意外通道中断时，可通过输电通道首尾测点通信信息定位振荡中心位置。

在一种可能的实现方式中，在步骤30中，所述在满足失步解列条件的情况下，解列所述失步断面，包括：在所述测点的振荡周期次数及相邻测点的振荡周期次数均等于第一预设阈值的情况下，解列所述失步断面。

本公开实施例中，失步解列条件可以包含：本测点满足振荡周期次数阈值T(即第一预设阈值)及收到相邻测点满足周期次数阈值T的信息；在上述失步解列条件成立时，根据精准定位的失步断面，选择确认需要跳开的线路断路器并发出解列命令，解列整个失步断面，全部通道将同时快速断开两个失步区域电网，从而实现精准的解列操作。示例性地，对于每个输电通道，当振荡中心在某测点与相邻测点振荡中心方向相异的两个测点中间时，比较最后一个失步周期这两个相邻测点的失步电压幅值最低值大小，解列幅值小的测点处的开关；当振荡中心在某测点时，比较与该测点所在输电通道的两个相邻测点的失步电压幅值最低值大小，解列该测点指向幅值小相邻测点方向的开关。

图4示出根据本公开一实施例的一种大型电网复杂失步断面的判断方法的流程图。如图4所示，步骤401、按照输电通道选取测点并构建通信网络；步骤402、获取各测点的三相电压、三相电流、功率、阻抗角数据；步骤403、判断所述测点的功率满足启动判别条件；步骤404、根据阻抗角在阻抗平面的穿越规律，判断失步条件是否成立，判断失步周期次数满足条件，判断失步振荡中心方向；步骤405、在所述失步解列条件成立时，选择确认需要跳开的线路断路器并发出解列命令。这样，通过将大型电网的区域电网联络区分解为若干个输电通道，沿通道选取测点并获取测点的电压、电流数据；每个测点根据其本地阻抗角穿越规律独立判断振荡中心方向及振荡周期次数，确定每个输电通道的振荡中心所在位置，从而确定系统失步断面；满足周期次数条件后全部通道将同时快速断开两个失步区域电网，实现最精准的解列操作。

需要说明的是，尽管以上述实施例作为示例介绍了大型电网复杂失步断面的判断方法如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各实施方式，只要符合本公开的技术方案即可。

这样，本公开实施例中，通过将区域电网的联络区分为若干个输电通道，输电通道中的每个测点独立判断振荡中心方向，从而确定系统失步断面，并可以同时快速断开两个失步系统，实现最精准的解列操作；考虑了失步过程中振荡中心出现迁移的情况，且能实现免整定，运维简单；输电通道中各测点通过环形架构互相通信，对通信系统依赖性不强，能够有效阻断系统性事故发生、发展，可以对电网严重事故进行有效隔离，实现了性能更加完备的安全防御。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种大型电网复杂失步断面的判断方法，其特征在于，包括：

获取目标区域中各测点的量测信息；

在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面；

在满足失步解列条件的情况下，解列所述失步断面；

其中，所述目标区域包括一个或多个输电通道，所述输电通道中各测点通过环形架构互相通信，

所述量测信息包括：三相电压、三相电流；

所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面，包括；

根据所述三相电压、三相电流得到阻抗角值；

在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到振荡中心方向及振荡周期次数；

在所述振荡周期次数等于第一预设阈值的情况下，根据所述振荡中心方向确定所述振荡中心的位置；

根据所述振荡中心的位置及所述三相电压，确定所述失步断面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面，包括：

在所述测点的功率方向改变或预设时间内有功功率变化值不小于第二预设阈值的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面；

或，

在所述测点收到相邻测点的启动判别信号的情况下，根据所述量测信息进行失步判别，确定失步断面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在满足失步解列条件的情况下，解列所述失步断面，包括：

在所述测点的振荡周期次数及相邻测点的振荡周期次数均等于第一预设阈值的情况下，解列所述失步断面。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述振荡中心的位置及所述三相电压，确定所述失步断面，包括：

当所述振荡中心位置在所述测点与相邻测点之间时，通过比较所述测点与该相邻测点的失步电压幅值的最低值，确定所述失步断面；

当所述振荡中心位置在所述测点时，通过比较与所述测点相邻的两个测点的失步电压幅值的最低值，确定所述失步断面。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到振荡中心方向及振荡周期次数，包括：

在满足启动判别条件的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到所述振荡周期次数；

在所述振荡周期次数等于第三预设阈值的情况下，根据所述测点的阻抗角穿越规律，得到所述振荡中心方向。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二预设阈值大于所述测点正常负荷的波动幅值。

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