CN112234627B - 一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法。首先根据电力系统网架结构和运行方式确定预想故障集；然后基于离线仿真模型，仿真计算所有故障下的机组功角摇摆曲线，并应用扩展等面积准则进行轨迹分群；根据筛选的分群结果，聚类得到系统所有可能被激发的振荡分群结果及对应的触发故障集合，确定初始解列断面；再按照联络通道有功潮流，选择最优主动解列断面；实时监测系统故障信息以及重要的电气量信息，当满足故障触发或广域信息触发判据时，触发主动解列控制。本发明能够隔离严重故障对电网的影响，保证局部电网的安全稳定运行。

Description

一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法

技术领域

本发明涉及一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法，属于电力系统安全稳定控制技术领域。

背景技术

随着我国特高压交直流电网的快速发展，在促进大范围资源优化配置的同时，也给电网安全稳定运行控制带来诸多挑战。一方面，交直流、多直流间的耦合特性加剧，受扰后系统振荡中心随运行方式偏移明显，以往在固定通道布置的失步解列装置难以适应这种变化；另一方面，在遭受大扰动全网性失稳风险下，紧密耦合的局部电网能否维持局部电网稳定运行。

尤其极端严重故障下为防止安全事故扩大，需要将电网主动解列成若干能够独立运行的局部电网进行控制。为最大限度保证电网的安全稳定运行，有必要梳理系统的全部失稳风险，确定所有可能被激发的振荡失稳模式，离线确定最优解列断面。同时结合广域测量信息制定可靠的主动解列判据，以减少大停电事故发生的几率，提升我国在大电网主动防御控制领域的研发与工程应用水平。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服传统失步解列的缺陷，提出一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法，能够选择最优的主动解列断面，保证解列判据的可靠性，减小重要负荷停电损失，确保局部电网的安全稳定运行。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法，包括以下步骤：

S1、根据电网拓扑结构和运行方式，确定预想故障集；

S2、基于电力系统离线仿真模型，利用时域仿真软件FASTEST计算得到预想故障集下的发电机功角摇摆曲线；

S3、针对预想故障集下发电机功角失稳的受扰轨迹，基于EEAC分成两个互补机群；

S4、根据上一步筛选出的所有暂态失稳故障下的分群结果，聚类得到该系统所有可能被激发的振荡分群结果以及对应的触发故障集合；

S5、根据上一步得到的振荡分群结果，基于电网拓扑结构确定初始解列断面；

S6、针对每个初始解列断面，选择有功潮流最小的可行解列断面作为最优解列断面；

S7、实时监测系统故障信息和重要的广域电气量信息；

S8、若监测到系统发生故障且与策略表相匹配，则直接下发稳控策略表解列命令；当实时广域电气量信息满足解列判据时，在预设断面动作解列。

优选的，所述步骤S3具体包括：根据FASTEST仿真得到机组功角轨迹，基于EEAC分成互补的两群，筛选出所有暂态功角稳定裕度小于0，且互补两群发电机中每群至少包含两台机组的故障。

优选的，所述步骤S5具体包括：根据不同分群组合下的发电机分群结果，以不同分群内最大容量的发电机为中心节点，按照电网拓扑结构向外扩展，将不同群中的发电机分配到不同的区域，并保证不同分群的发电机之间非连通，同一分群的发电机保持连通，将负荷分配给与其等值互阻抗最小的发电机所在的区域，各区域间的联络断面即为初始解列断面。

优选的，所述步骤S6选择最优主动解列断面的方法为：针对每个初始解列断面，通过调整断面近区非发电机节点所在的区域，得到所有的割集集合；遍历所有割集，对从每个割集断面解列后的局部电网进行安全稳定分析，找出所有满足稳定运行约束的解列断面，在其中选择与断面总有功潮流交换最小的割集作为最优主动解列断面。

优选的，所述步骤S7确定系统中需实时监测的重要广域电气量信息的方法为：利用广域测量装置实时监测解列断面两侧的母线电压幅值及相角差信息，同时在每个分群内选择若干典型机组的功角作为实时监测量来表征不同分群之间的相对功角，监测量个数由电网规模确定；

需要监测的机组的选择方法为：在预想故障集下，仿真计算得到局部电网中所有机组的受扰轨迹，利用主导群S(EEAC定义其为最容易失稳的映像上的领前群)内的m台机组近似代表该群的动态特性；已知主导群内机组i的惯量为Mi，其在主导群n台机组中被选为代表机组的概率为1/n，进行惯量加权后为：

因此，在由k个不同故障触发的包含机组i的主导群中，机组i对局部电网动态特性的表征能力为：

将n台机组按照动态表征能力排序，选择前m台动态表征能力最强的机组的功角作为实时监视量，以反映局部电网的功角动态特性。

优选的，所述步骤S8基于广域测量信息的主动解列判据如下：

分群i的等值功角可表示为：

分群i之外的机组等值功角可表示为：

式中，a为除分群i之外的其余分群的总个数；

当时刻t＝t₁时，某分群相对主网的功角差满足δ_i(t₁)-δ_i-(t₁)|＞180，同时其余分群相对主网的功角差满足max(|δ_i(t)-δ_i-(t)|)＜120°(t在区间[t₁-15s,t₁]内)，则触发基于广域信息的主动解列使能信号，若同时满足以下两种情况之一，则触发解列：

(1)监测到该分群机组所在区域与主网之间的最优主动解列断面所在线路两侧的母线电压相角差大于180°；

(2)监测到该分群机组所在区域与主网之间的最优主动解列断面所在线路两侧的母线电压幅值呈周期性振荡且满足U_i＜0.75pu.，振荡周期达到两个周期。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明的目的是为了弥补传统失步解列方案在复杂的现代电力系统中存在的不足，通过实时监测系统故障信息以及重要的电气量信息，提出结合故障触发与广域信息触发的解列判据，避免基于就地信息的传统失步解列可能存在的拒动或误动，能够隔离严重故障对电网的影响；在考虑局部电网安全稳定性及联络通道潮流最小的基础上选择最优解列断面，有效缓解了解列后局部电网的暂态稳定及有功功率平衡问题，最大限度保障局部电网的安全稳定运行及重要负荷的供电需求。

附图说明

图1是本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参阅图1为本发明一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法的实施例，包括：

S1，根据电网拓扑结构和运行方式，确定预想故障集。

S2，基于电力系统离线仿真模型，利用时域仿真软件FASTEST计算得到预想故障集下的发电机功角摇摆曲线。

S3，针对预想故障集下发电机功角失稳的受扰轨迹，基于EEAC分成两个互补机群。

S3_1，基于FASTEST对预想故障下系统的稳定特性进行仿真分析，得到系统全部机组的受扰轨迹与分群结果；

S3_2，基于EEAC筛选出所有暂态功角稳定裕度小于0且互补两群发电机中每群至少包含两台机组的故障。

S4，根据上一步筛选出的所有暂态失稳故障下的分群结果，聚类得到该系统所有可能被激发的振荡分群结果以及对应的触发故障集合。

S5，根据上一步得到的振荡分群结果，基于电网拓扑结构确定初始解列断面。

S5_1，根据不同分群组合下的发电机分群结果，以不同分群内最大容量的发电机为中心节点，按照电网拓扑结构向外扩展，将不同群中的发电机分配到不同的区域，并保证不同分群的发电机之间非连通，同一分群中的发电机保持连通；

S5_2，将负荷分配给与其等值互阻抗最小的发电机所在的区域，各区域间的联络断面即为初始解列断面。

S6，针对每个初始解列断面，选择有功潮流最小的可行解列断面作为最优解列断面。

S6_1，针对每个初始解列断面，通过调整断面近区非发电机节点所在的区域，得到所有的割集集合；

S6_2，遍历所有割集，对从每个割集断面解列后的局部电网进行安全稳定分析，找出所有满足稳定运行约束的解列断面；

S6_3，在其中选择与断面总有功潮流交换最小的割集作为最优主动解列断面。

S7，利用广域测量装置实时监测系统故障信息和解列断面两侧的母线电压幅值及相角差信息。同时在每个分群内选择若干典型机组的功角作为实时监测量，来表征不同分群之间的相对功角，监测量个数由电网规模确定。

需要监测的机组的选择方法为：

在预想故障集下仿真计算局部电网所有机组的受扰轨迹，利用主导群S(EEAC定义其为最容易失稳的映像上的领前群)内的m台机组近似代表该群的动态特性。若主导群内机组i的惯量为M_i，其在主导群n台机组中被选为代表机组的概率为1/n，进行惯量加权后为：

因此，在由k个不同故障触发的包含机组i的主导群中，机组i对局部电网动态特性的表征能力为：

将n台机组按照动态表征能力排序，选择前m台动态表征能力最强的机组的功角作为实时监视量，以反映局部电网的功角动态特性。

S8，若监测到系统发生故障且与策略表相匹配，则直接下发稳控策略表解列命令；当实时广域电气量信息满足解列判据时，在预设断面动作解列。

基于广域测量信息的主动解列判据如下：

分群i的等值功角可表示为：

分群i之外的机组等值功角可表示为：

式中，a为除分群i之外的其余分群的总个数。

当时刻t＝t₁，某分群相对主网的功角差满足|δ_i(t₁)-δ_i-(t₁)|＞180°，同时其余分群相对主网的功角差满足max(|δ_i(t)-δ_i-(t)|)＜120°(t在区间[t₁-15s,t₁]内)，则触发基于广域信息的主动解列使能信号，若同时满足以下两种情况之一，则触发解列：

(1)监测到该分群机组所在区域与主网之间的最优主动解列断面所在线路两侧的母线电压相角差大于180°；

(2)监测到该分群机组所在区域与主网之间的最优主动解列断面所在线路两侧的母线电压幅值呈周期性振荡且满足U_i＜0.75pu.，振荡周期达到两个周期。

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或多个流程和/或方框图一个或多个方框中指定的功能的装置。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (5)

1.一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、根据电网拓扑结构和运行方式，确定预想故障集；

S2、基于电力系统离线仿真模型，利用时域仿真软件FASTEST计算得到预想故障集下的发电机功角摇摆曲线；

S3、针对预想故障集下发电机功角失稳的受扰轨迹，基于EEAC分成两个互补机群；

S4、根据上一步筛选出的所有暂态失稳故障下的分群结果，聚类得到该系统所有可能被激发的振荡分群结果以及对应的触发故障集合；

S5、根据上一步得到的振荡分群结果，基于电网拓扑结构确定初始解列断面；

S6、针对每个初始解列断面，选择有功潮流最小的可行解列断面作为最优解列断面；

S7、实时监测系统故障信息和重要的广域电气量信息；

S8、若监测到系统发生故障且与策略表相匹配，则直接下发稳控策略表解列命令；当实时广域电气量信息满足解列判据时，在预设断面动作解列；

基于广域测量信息的主动解列判据如下：

分群i的等值功角可表示为：

分群i之外的机组等值功角可表示为：

式中，a为除分群i之外的其余分群的总个数；

当时刻t＝t₁时，某分群相对主网的功角差满足|δ_i(t₁)-δ_i-(t₁)|＞180°，同时其余分群相对主网的功角差满足max(|δ_i(t)-δ_i-(t)|)＜120°，t在区间[t₁-15s,t₁]内，则触发基于广域信息的主动解列使能信号，若同时满足以下两种情况之一，则触发解列：

(1)监测到该分群机组所在区域与主网之间的最优主动解列断面所在线路两侧的母线电压相角差大于180°；

(2)监测到该分群机组所在区域与主网之间的最优主动解列断面所在线路两侧的母线电压幅值呈周期性振荡且满足U_i＜0.75pu.，振荡周期达到两个周期。

2.如权利要求1所述的一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：根据FASTEST仿真得到机组功角轨迹，基于EEAC分成互补的两群，筛选出所有暂态功角稳定裕度小于0，且互补两群发电机中每群至少包含两台机组的故障。

3.如权利要求1所述的一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括：根据不同分群组合下的发电机分群结果，以不同分群内最大容量的发电机为中心节点，按照电网拓扑结构向外扩展，将不同群中的发电机分配到不同的区域，并保证不同分群的发电机之间非连通，同一分群的发电机保持连通，将负荷分配给与其等值互阻抗最小的发电机所在的区域，各区域间的联络断面即为初始解列断面。

4.如权利要求1所述的一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法，其特征在于：所述步骤S6选择最优主动解列断面的方法为：针对每个初始解列断面，通过调整断面近区非发电机节点所在的区域，得到所有的割集集合；遍历所有割集，对从每个割集断面解列后的局部电网进行安全稳定分析，找出所有满足稳定运行约束的解列断面，在其中选择与断面总有功潮流交换最小的割集作为最优主动解列断面。

5.如权利要求1所述的一种综合离线仿真与实时信息监测的主动解列控制方法，其特征在于：所述步骤S7确定系统中需实时监测的重要广域电气量信息的方法为：利用广域测量装置实时监测解列断面两侧的母线电压幅值及相角差信息，同时在每个分群内选择若干典型机组的功角作为实时监测量来表征不同分群之间的相对功角，监测量个数由电网规模确定；

需要监测的机组的选择方法为：在预想故障集下，仿真计算得到局部电网中所有机组的受扰轨迹，利用主导群S内的m台机组近似代表该群的动态特性；已知主导群内机组i的惯量为M_i，其在主导群n台机组中被选为代表机组的概率为1/n，进行惯量加权后为：

因此，在由k个不同故障触发的包含机组i的主导群中，机组i对局部电网动态特性的表征能力为：

将n台机组按照动态表征能力排序，选择前m台动态表征能力最强的机组的功角作为实时监视量，以反映局部电网的功角动态特性。

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