CN112366663A - 一种电力系统故障极限切除时间的计算方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种电力系统故障极限切除时间的计算方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力系统故障极限切除时间的计算方法、装置及存储介质，属于电力系统分析技术领域。该计算方法包括：以当前时刻对应的故障切除时间为基础对电力系统进行暂态稳定计算；基于暂态稳定计算结果对电力系统进行稳定性判断；根据稳定性判断结果，调整故障切除时间并重新进行稳定性判断，直至电力系统能够达到临界稳定；将电力系统临界稳定工况下对应的故障切除时间作为电力系统故障极限切除时间的计算结果并输出。所述装置包括：暂态稳定计算模块、稳定性判断模块、调整模块和输出模块。本发明能够自动计算电力系统极限切除时间，能够提高电网工作者的工作效率。

Description

一种电力系统故障极限切除时间的计算方法、装置及存储 介质
技术领域
本发明涉及一种电力系统故障极限切除时间的计算方法、装置及存储介质，属于电力系统分析技术领域。
背景技术
在目前的电网系统专业运行分析中，主要采用国调PSDB数据平台开展仿真数据建模和运行方式维护工作，采用PSD-BPA及PSS/E仿真软件开展仿真计算分析工作。
极限切除时间是电力系统暂态稳定分析与控制中十分重要的一个参数，它表示电力系统遭受某一故障后在不失去稳定的前提下能够承受的最长故障持续时间。根据极限切除时间和当前的故障切除时间可计算出电力系统的稳定裕度，进而可以设计合理的暂态稳定控制措施，提高电力系统运行的安全水平。例如江苏电网具有大量的500kV及以上的潮流通道，承担着保证华东地区电力供应的任务，当潮流通道出现故障，会严重威胁到电网的安全运行，因此需要准确地掌握各个500kV及以上潮流通道在各种故障下的极限切除时间。但是电网系统具有负荷基数大、增长快等特点，由其是江苏电网作为国网系统中规模最大、运行最复杂的省级电网，同时具有负荷基数大、增长快的特点，而现有的PSD-BPA 平台并不能自动进行求解极限切除时间的计算，需要电网工作者进行大量复杂且繁琐的工作，工作效率低、容易出错。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电力系统故障极限切除时间的计算方法、装置及存储介质，能够进行电力系统极限切除时间的自动计算，提高电网工作者的工作效率。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种电力系统故障极限切除时间的计算方法，所述方法包括以下步骤：
以当前时刻对应的故障切除时间为基础对电力系统进行暂态稳定计算；
基于暂态稳定计算结果对电力系统进行稳定性判断；
根据稳定性判断结果，调整故障切除时间并重新进行稳定性判断，直至电力系统能够达到临界稳定；
将电力系统临界稳定工况下对应的故障切除时间作为电力系统故障极限切除时间的计算结果并输出。
结合第一方面，进一步地，根据稳定性判断结果调整故障切除时间的方法包括如下步骤：
若在当前时刻对应的故障切除时间切除故障，电力系统能够保持稳定，则以当前时刻对应的故障切除时间为基础，增大故障切除时间；否则，减小故障切除时间。
结合第一方面，进一步地，所述增大故障切除时间的步长为0.1秒；所述减小故障切除时间的步长为0.1秒。
结合第一方面，进一步地，对电力系统进行稳定性判断的方法包括如下步骤：
若电力系统同时满足预设的所有稳定性判据，则判定电力系统稳定；否则，判定电力系统不稳定：
所述稳定性判据包括：
判据(a)、故障切除后，电力系统中所有发电机空载电动势与端电压的相位角差小于等于预设功角差阈值；
判据(b)、故障切除后，电力系统中整个电网最高频率和最低频率偏差值小于等于预设频率偏差值；
判据(c)、故障切除后，电力系统中所有节点电压低于设定电压的最长持续时间小于等于预设时间。
结合第一方面，进一步地，所述方法还包括：以历史数据为依据，根据故障类型，确定故障切除时间的初始值。
结合第一方面，进一步地，故障切除时间的初始值为0～10周波，每周波为 0.02s。
第二方面，本发明提供了一种电力系统故障极限切除时间的计算装置，所述装置包括如下模块：
暂态稳定计算模块：用于以当前时刻对应的故障切除时间为基础对电力系统进行暂态稳定计算；
稳定性判断模块：用于对电力系统进行稳定性判断；
调整模块：用于根据稳定性判断结果，调整故障切除时间将调整后的切除时间返回稳定性判断模块；直到电力系统达到临界稳定；
输出模块：用于输出电力系统临界稳定工况下对应的故障切除时间为电力系统故障极限切除时间。
第三方面，本发明提供了一种电力系统故障极限切除时间的计算装置，所述装置包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以实现第一方面任一项所述方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种电力系统故障极限切除时间的计算方法、装置及存储介质所达到的有益效果包括：
以当前时刻对应的故障切除时间为基础对电力系统进行暂态稳定计算，也能够以历史数据为依据、根据故障类型确定故障切除时间的初始值为基础对电力系统进行暂态稳定计算，能够适用于实际工作中的故障切除时间的计算，也能满足通过计算机仿真的方式进行故障切除时间的计算；
根据稳定性判断结果，调整故障切除时间并重新进行暂态稳定计算和稳性判断，直至电力系统能够达到临界稳定，基于二分法的原理求解临界稳定工况下对应的故障切除时间作为电力系统故障极限切除时间，计算方法简单可靠，计算结果收敛；代替传统电网工作者的人工计算方法，能够有效提高电网工作者的工作效率，能够更好的适应当前形势下电网的业务要求，对电网的安全稳定运行具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明一种电力系统故障极限切除时间的计算方法的流程图；
图2是本发明一种电力系统故障极限切除时间的计算方法的实施例中判据 (a)功角差的引用表；
图3是本发明一种电力系统故障极限切除时间的计算方法的实施例中判据(b)最高最低频率的引用表；
图4是本发明一种电力系统故障极限切除时间的计算方法的实施例中判据 (c)的信息表；
图5是电力系统中节点电压低于0.75pu的持续时间小于等于1s，最低暂态电压输出卡修改后的信息截图；
图6是2019年电网主要500千伏通道三相永久故障极限切除时间计算结果截图；
图7是本发明一种电力系统故障极限切除时间的故障设置卡。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供了一种电力系统故障极限切除时间的计算方法，所述方法包括如下步骤：
以当前时刻对应的故障切除时间为基础对电力系统进行暂态稳定计算；
基于暂态稳定计算结果对电力系统进行稳定性判断；
根据稳定性判断结果，调整故障切除时间并重新进行稳定性判断，直至电力系统能够达到临界稳定；
将电力系统临界稳定工况下对应的故障切除时间作为电力系统故障极限切除时间的计算结果并输出。
结合所述方法，进一步地，根据稳定性判断结果调整故障切除时间的方法包括如下步骤：
若在当前时刻对应的故障切除时间切除故障，电力系统能够保持稳定，则以当前时刻对应的故障切除时间为基础，增大故障切除时间；否则，减小故障切除时间。
具体地，每次增大或减小故障切除时间的步长为0.1秒。
结合所述方法，进一步地，对电力系统进行稳定性判断的方法包括如下步骤：
若电力系统同时满足预设的所有稳定性判据，则判定电力系统稳定；否则，判定电力系统不稳定：
所述稳定性判据包括：
判据(a)、故障切除后，电力系统中所有发电机空载电动势与端电压的相位角差小于等于预设功角差阈值；
判据(b)、故障切除后，电力系统中整个电网最高频率和最低频率偏差值小于等于预设频率偏差值；
判据(c)、故障切除后，电力系统中所有节点电压低于设定电压的最长持续时间小于等于预设时间。
具体地，在判据(a)中，电力系统在受到干扰后，如果发电机转子经过一段时间的运动变化后仍能恢复同步运行，即功角达到稳定值，则系统就是功角稳定的，否则就是功角不稳定的，可以从如下公式得到验证：
Figure BDA0002666336890000061
式中：Eq为发电机空载电动势；U为发电机端电压；Xd为发电机的同步电抗；δ为发电机空载电动势与端电压间的相位角差，即功角。在本发明中，功角指所有发电机空载电动势与端电压间的相位角差。考虑到电力系统失稳造成的发电机非周期性振荡以及小干扰造成的系统稳定性的波动，本发明设置最大功角差为180°，即当所有发电机间的功角差小于等于180°时，判定系统功角稳定，否则为不稳定。
具体地，在判据(b)中，由于我国要求大型电力系统正常运行时允许的频率偏移为±0.2Hz，故本发明设置整个电网内的最高最低频率偏差值为0.2Hz。即当电力系统切除故障后的最高最低频率偏差值小于等于0.2Hz时，判定系统频率稳定，否则为不稳定。
具体地，在判据(c)中，基于PSD-BPA平台的数据文件，对数据文件中的BV卡(最低暂态电压输出卡)进行参数设定，如果低电压时间最长的节点的持续时间大于BV卡75-77列的时间值，程序将给出警告信息，如果小于等于 BV卡75-77列的时间值，则判定系统电压稳定。
进一步地，所述方法还包括：以历史数据为依据，根据故障类型，确定故障切除时间的初始值。具体地，通过PSD-BPA平台解析原始潮流数据文件DAT 文件，进行潮流计算，得到具体的故障类型，例如电网单相接地故障、两相短路故障、两相短路接地故障、三相短路故障及断线故障等，根据故障类型，预设故障切除时间的初始值。
具体地，故障切除时间的初始值为0～10周波，每周波为0.02s。
实施例二：
本实施例是基于实施例一提供的一种电力系统故障极限切除时间的计算方法的具体应用场景，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
以2019年夏季高峰潮流中发生三相短路故障为例进行仿真计算：
步骤1：在仿真平台设置此次仿真计算的故障如图2所示。
步骤2：从往年数据出发，预设系统故障发生后的40-60ms之内在波形过零点时将故障点切除，以此故障切除时间为基础进行暂态稳定计算。
步骤3：通过暂态稳定计算，生成.out文件。基于暂态稳定计算结果，进行系统稳定性判断，依据相应的稳定性判据，判断系统是否处于稳定工况。其暂态稳定判断流程如下：
步骤3.1-功角稳定判定：如图3所示，在.out文件中搜索功角差小于180°的线路；
步骤3.2-频率稳定判定：如图4所示，在.out文件搜索电网内最高最低频率偏差值小于0.2Hz的线路；
步骤3.3-电压稳定判定：如图5所示，电力系统中节点电压低于0.75pu的持续时间小于等于1s，对最低暂态电压输出卡进行修改。当低电压时间最长的节点的持续时间大于最低暂态电压输出卡75-77列的时间值，仿真平台将给出警告信息。
步骤4：当三个判据全部满足时，则判定在该切除故障时间切除故障，系统能够保持稳定，增大系统的切除故障时间；如果三个判据无法全部满足时，则判定在该切除故障时间切除故障，系统不能够保持稳定，减小系统的切除故障时间，每次增大或减小故障切除时间的步长为0.1秒。
步骤5：根据新获取的系统切除故障时间，重复(3)(4)两步的计算过程，逼近求解系统极限切除故障时间，直至电力系统能够达到临界稳定。
步骤6：如图6所示，得到电力系统临界稳定工况下对应的故障切除时间，将该时间作为电力系统故障极限切除时间的计算结果并输出。
步骤7：对于其余通道逐个计算，获得其余通道的极限切除故障时间，如图 7所示，经整理得此次三相短路故障中所有通道的极限切除时间，如下表所示。
Figure BDA0002666336890000081
Figure BDA0002666336890000091
实施例三：
本发明实施例提供一种电力系统故障极限切除时间的计算装置，包括如下模块：
暂态稳定计算模块：用于以当前时刻对应的故障切除时间为基础对电力系统进行暂态稳定计算；
稳定性判断模块：用于对电力系统进行稳定性判断；
调整模块：用于根据稳定性判断结果，调整故障切除时间将调整后的切除时间返回稳定性判断模块；直到电力系统达到临界稳定；
输出模块：用于输出电力系统临界稳定工况下对应的故障切除时间为电力系统故障极限切除时间。
实施例四：
本发明实施例还提供一种电力系统故障极限切除时间的计算装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例一所述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一所述方法的步骤。
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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电力系统故障极限切除时间的计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
以当前时刻对应的故障切除时间为基础对电力系统进行暂态稳定计算；
基于暂态稳定计算结果对电力系统进行稳定性判断；
根据稳定性判断结果，调整故障切除时间并重新进行稳定性判断，直至电力系统能够达到临界稳定；
将电力系统临界稳定工况下对应的故障切除时间作为电力系统故障极限切除时间的计算结果并输出。
2.根据权利要求1所述的电力系统故障极限切除时间的计算方法，其特征在于，根据稳定性判断结果调整故障切除时间的方法包括如下步骤：
若在当前时刻对应的故障切除时间切除故障，电力系统能够保持稳定，则以当前时刻对应的故障切除时间为基础，增大故障切除时间；否则，减小故障切除时间。
3.根据权利要求2所述的电力系统故障极限切除时间的计算方法，其特征在于，所述增大故障切除时间的步长为0.1秒；所述减小故障切除时间的步长为0.1秒。
4.根据权利要求1所述的电力系统故障极限切除时间的计算方法，其特征在于，对电力系统进行稳定性判断的方法包括如下步骤：
若电力系统同时满足预设的所有稳定性判据，则判定电力系统稳定；否则，判定电力系统不稳定：
所述稳定性判据包括：
判据（a）、故障切除后，电力系统中所有发电机空载电动势与端电压的相位角差小于等于预设功角差阈值；
判据（b）、故障切除后，电力系统中整个电网最高频率和最低频率偏差值小于等于预设频率偏差值；
判据（c）、故障切除后，电力系统中所有节点电压低于设定电压的最长持续时间小于等于预设时间。
5.根据权利要求1所述的电力系统故障极限切除时间的计算方法，其特征在于，所述方法还包括：以历史数据为依据，根据故障类型，确定故障切除时间的初始值。
6.根据权利要求5所述的电力系统故障极限切除时间的计算方法，其特征在于，故障切除时间的初始值为0~10周波，每周波为0.02s。
7.一种电力系统故障极限切除时间的计算装置，其特征在于，所述装置包括：
暂态稳定计算模块：用于以当前时刻对应的故障切除时间为基础对电力系统进行暂态稳定计算；
稳定性判断模块：用于对电力系统进行稳定性判断；
调整模块：用于根据稳定性判断结果，调整故障切除时间将调整后的切除时间返回稳定性判断模块；直到电力系统达到临界稳定；
输出模块：用于输出电力系统临界稳定工况下对应的故障切除时间为电力系统故障极限切除时间。
8.一种电力系统故障极限切除时间的计算装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
9.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
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