CN114172171B - 一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法 - Google Patents

一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，包括：基于雷电探测和雷电预测技术，对两互联电网区域进行雷电跟踪和雷击预测；根据预测结果提前调整互联电网两侧SMES控制器的控制策略：非雷击区域电网侧SMES控制器采用基于扰动传播特性的扰动零透射控制策略进行互联电网扰动传播的隔离，抑制扰动传播到非雷击区域电网；雷击区域电网侧SMES控制器采取基于暂态能量函数法的扰动平息策略加速故障区域电网暂态能量的衰减，实现扰动的平息控制。本发明可抑制扰动传播到非雷击区域电网，并实现扰动的快速平息，保证整个互联电网的安全稳定运行。

Description

一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法
技术领域
本发明属于互联电网安全技术领域，涉及一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法。
背景技术
随着电网规模的不断扩大，各区域电网之间的联系越发紧密，为了获得更大的经济效益，促进能源的合理利用，各区域电网之间的互联已经成为必然趋势。区域互联的大电网作为高维度、强非线性、分层分布的复杂动态系统，时刻都处在各种随机扰动的作用下。而雷电伴随着电力系统的发展，一直是危害电网安全，造成局部或较大范围停电的重大自然因素。
对于区域互联的大电网，某一局部区域的扰动造成发电机的转子角增量、角频率增量以及有功功率增量等物理量是以波的形式进行传播，局部范围内的扰动通过联络线传播到其他区域，可能造成保护装置的误动作，甚至使得系统超过其静态稳定极限，直接危害到整个大电网的安全稳定运行。如果通过控制装置抑制或适当地减弱扰动的传播，可降低其对电力系统安全稳定运行的负面影响，保障整个互联大电网的稳定性，避免大停电等事故的发生。
超导磁储能SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage)装置是一种新型的FACTS装置，可快速调节其与电力系统间的交换功率，能够主动参与电力系统的动态行为，一定程度上改善系统的阻尼，具有抑制系统功率振荡的能力。SMES装置通过直流的形式将能量存储在超导线圈中，根据电网需要快速地向其输出或吸收能量，由于储能线圈是由超导材料制成，因此可以反复地进行充放电而没有能量损耗。此外，SMES能够独立地控制交换的有功和无功功率，具有响应速度快、控制方式灵活的优点。
目前利用储能装置提高电力系统稳定性的方法，从增强整个系统的阻尼角度出发，在电网某一区域雷击发生后，随着扰动的传播会造成这个系统的功率、频率等振荡，可能造成保护装置的误动作，甚至使得系统超过其静态稳定极限，直接威胁到多个互联区域电网的安全稳定运行。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，抑制扰动传播到非雷击区域电网，并实现扰动的快速平息，保证整个互联电网的安全稳定运行。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，基于雷电探测和雷电预测技术，对两互联电网区域进行雷电跟踪和雷击预测；
根据预测结果提前调整互联电网两侧SMES控制器的控制策略：
非雷击区域电网侧SMES控制器采用基于扰动传播特性的扰动零透射控制策略进行互联电网扰动传播的隔离，抑制扰动传播到非雷击区域电网；
雷击区域电网侧SMES控制器采取基于暂态能量函数法的扰动平息策略加速故障区域电网暂态能量的衰减，实现扰动的平息控制。
一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：对两区域互联电网进行等值，得到等效两机系统模型，建立联络线功率的线性化模型；
步骤2：基于互联电网机电扰动的传播特性，设计互联电网的扰动零透射控制策略和扰动平息控制策略，得到扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器；
步骤3：将步骤2中得到的扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器安装到互联电网靠近联络线的母线上；
步骤4：基于雷电探测和雷电预测技术，通过对两区域互联电网进行雷电跟踪，并对雷击的地点和时间进行预测，得到雷电预测结果，根据雷电预测结果，提前调整互联电网两侧SMES控制器的控制策略，进行扰动传播隔离和扰动平息。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，步骤2还包括将得到的扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器加载到测试系统母线上来验证效果。
优选地，步骤1中，采用戴维南等值法对两区域互联电网进行等值，得到等效两机系统模型，建立联络线功率的线性化模型为：
Figure 894018DEST_PATH_IMAGE001
(2)
其中，∆P tie为联络线功率增量，U 1、U 2分别为区域A和B的母线1和2的电压大小，
Figure 754527DEST_PATH_IMAGE002
为母线1和2的电压相角差；
Figure 422268DEST_PATH_IMAGE003
为稳态时母线1和2的电压相角差； X 12为母线1和2的联络线电抗。
优选地，所述步骤2具体包括：
步骤2.1：基于两个互联电网区域模型分析互联电网机电扰动的传播特性，包括频率波和功率波的反射系数
Figure 183158DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 645363DEST_PATH_IMAGE005
以及透射系数
Figure 196430DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 199021DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤2.2：基于互联电网机电扰动的传播特性，以对两区域互联电网，将一侧区域电网传播过来的扰动反射回去，保证另一侧区域电网的稳定为控制目标，设计互联电网的扰动零透射控制策略；
步骤2.3：基于暂态能量函数法，以加速暂态能量衰减为控制目标设计扰动平息控制策略；
步骤2.4：互联电网每个SMES控制器均设置零反射和扰动平息两种控制策略，得到扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器。
优选地，步骤2.1所述频率波和功率波的反射系数
Figure 315882DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 214568DEST_PATH_IMAGE005
以及透射系数
Figure 49668DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 793633DEST_PATH_IMAGE007
分别为：
Figure 532045DEST_PATH_IMAGE008
(5)
Figure 70473DEST_PATH_IMAGE009
(6)
Figure 392870DEST_PATH_IMAGE010
(7)
Figure 940526DEST_PATH_IMAGE011
(8)
其中，
Figure 31979DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 272467DEST_PATH_IMAGE013
分别表示连续体1的增量角频率的正向波和反向波；
Figure 488685DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 964666DEST_PATH_IMAGE015
分别表示连续体2的增量角频率的正向波和反向波；
Figure 785991DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 843988DEST_PATH_IMAGE017
分别表示连续体1的增量有功功率的正向波和反向波；
Figure 750764DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 764856DEST_PATH_IMAGE019
分别表示连续体2的增量有功功率的正向波和反向波；
C 1和C 2为连续体电力系统中两段均匀连续体1和2的特性阻抗；
C为集中参数元件的特性阻抗；
当式(5)的分子等于0时可实现扰动的反射为零，则要求
Figure 706267DEST_PATH_IMAGE020
，若零反射发生在网络末端，此时
Figure 413192DEST_PATH_IMAGE021
，C=C 1；
当集中参数元件的特性阻抗C=0时，由式(7)知透射系数为0，此时频率波的反射系数为-1，功率波的反射系数为1，即频率波实现负反射，功率波实现正反射。
优选地，步骤2.2中，基于互联电网机电扰动的传播特性以及两区域互联电网联络线功率的线性化模型，以对两区域互联电网，将一侧区域电网传播过来的扰动反射回去，保证另一侧区域电网的稳定为控制目标，设计互联电网的扰动零透射控制策略为：
Figure 541685DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 625048DEST_PATH_IMAGE023
为SMES控制器输入的控制信号，即功率给定值，T S为储能装置的响应时间常数，
Figure 889807DEST_PATH_IMAGE024
为扰动侧电网母线的电压相角增量。
优选地，步骤2.3中，根据二次型函数半正定特性，得到加速暂态能量衰减的扰动平息控制策略如下：
Figure 269098DEST_PATH_IMAGE025
P S2为储能装置输出的有功功率；
K为增益系数，决定暂态能量的衰减速度；
Figure 150466DEST_PATH_IMAGE024
为扰动侧电网母线的电压相角增量，角频率增量
Figure 771940DEST_PATH_IMAGE026
或电压相角增量对时间的导数
Figure 422365DEST_PATH_IMAGE027
的正负号决定储能装置功率输出的相位；
则此时：
Figure 877617DEST_PATH_IMAGE028
在储能装置正确的输出相位下，增益系数K越大，系统暂态能量衰减的速度也就越快，系统也就更快趋于稳定。
优选地，步骤4中，基于雷电探测和雷电预测技术，通过对两区域互联电网进行雷电跟踪，并对雷击的地点和时间进行预测，得到雷电预测结果。
优选地，通过在地面安装雷电传感器来测量空气中的电场强度变化以及雷电活动产生的电磁辐射，结合广谱分频传感技术和时域微分技术对雷电活动进行时域化定量分析，从而对雷击的地点和时间进行预测。
优选地，步骤5中，若预测的雷击地点位于区域A电网，并可能产生较大扰动，扰动会通过联络线从区域A电网传播至区域B电网，则控制策略调整为：
并联于区域A电网侧母线上的SMES控制器采用扰动平息控制策略，并联于区域B电网侧母线上的SMES控制器采用扰动零透射控制策略，分别进行扰扰动平息和扰动传播隔离；
相反，若预测的雷击地点位于区域B电网，并可能产生较大扰动，扰动会通过联络线从区域B电网传播至区域A电网，则控制策略调整为：
并联于区域A电网侧母线上的SMES控制器采用扰动零透射控制策略，并联于区域B电网侧母线上的SMES控制器采用扰动平息控制策略，分别进行扰动传播隔离和扰动平息。
本申请所达到的有益效果：
本发明基于扰动传播特性，结合雷电跟踪、预测技术，提前获知可能发生的雷击区域；一方面利用储能装置（即SMES）提前采取控制手段，抑制扰动传播到非雷击区域电网，消除两个互联电网间的相互影响，保障非雷击区域电网的稳定运行，即基于扰动传播特性实现互联电网扰动传播的隔离，保障非雷击区域电网不受扰动影响；另一方面采取控制手段加速故障区域电网暂态能量的衰减，实现扰动的快速平息，极大地提升整个互联系统的安全稳定性，具体为，基于暂态能量函数法实现扰动的平息控制，能够有效地阻尼扰动侧电网以及联络线的功率振荡，有益于系统在故障后能够快速回归稳定平衡点，从而保证了整个互联系统的安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法的流程图；
图2 是本发明中互联电网的戴维南等值两机系统模型图；
图3 是本发明中含集中参数元件的连续体系统模型图；
图4是本发明中安装SMES实现零透射控制的两区系统图；
图5是本发明中安装SMES实现零透射和扰动平息控制的两区系统图；
图6是本发明中安装SMES的IEEE4机11节点测试系统图；
图7是本发明中测试系统联络线功率变化的曲线图；
图8是本发明中测试系统区域B侧功率变化曲线图；
图9是本发明中测试系统区域A侧功率变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。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申请的保护范围。
本发明的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，基于雷电探测和雷电预测技术，对两互联电网区域进行雷电跟踪和雷击预测；
根据预测结果提前调整互联电网两侧SMES（Superconducting Magnetic EnergyStorage, 超导储能)控制器的控制策略：
非雷击区域电网侧SMES控制器采用基于扰动传播特性的扰动零透射控制策略进行互联电网扰动传播的隔离，抑制扰动传播到非雷击区域电网；
雷击区域电网侧SMES控制器采取基于暂态能量函数法的扰动平息策略加速故障区域电网暂态能量的衰减，实现扰动的平息控制。
如图1所示，本发明的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法的步骤如下：
步骤1：对两区域互联电网进行等值，得到等效两机系统模型，建立联络线功率的线性化模型；
具体实施时，对于两大区交流互联电网，由于各区域电网内部电气联系紧密，利用戴维南等值法将两区交流互联电网等值为图2所示的等效两机系统模型。
在高压输电线路中，由于线路的电阻R远小于电抗X，则联络线功率P tie可表示为：
Figure 370915DEST_PATH_IMAGE029
(1)
式中，U 1、U 2分别为母线1和2的电压大小，
Figure 405867DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 301011DEST_PATH_IMAGE031
为电压相角；X 12为联络线电抗。
联络线功率的线性化模型可表示为：
Figure 956858DEST_PATH_IMAGE032
(2)
其中，
Figure 812818DEST_PATH_IMAGE033
为稳态时母线1和2的电压相角差。
步骤2：基于互联电网机电扰动的传播特性，设计互联电网的扰动零透射控制策略和扰动平息控制策略，得到扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器；
步骤2.1：基于两个互联电网区域模型分析互联电网机电扰动的传播特性，包括频率波和功率波的反射系数
Figure 41674DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 401112DEST_PATH_IMAGE035
以及透射系数
Figure 791642DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure 869319DEST_PATH_IMAGE037
；
一维连续体电力系统的角频率增量和有功功率增量的机电波方程可表示为：
Figure 636287DEST_PATH_IMAGE038
(3)
式中，
Figure 115810DEST_PATH_IMAGE039
和p分别为角频率增量和有功功率增量；m和b分别为按密度形式分布的发电机惯性和线路电纳；U为电网的电压；x为一维空间位置坐标。
图3所示为含集中参数元件的连续体电力系统，该系统由两段特性阻抗分别为C 1和C 2的均匀连续体组成，在x=0处有一集中参数元件，其特性阻抗为C，频率为
Figure 178706DEST_PATH_IMAGE040
，有功功率为
Figure 478100DEST_PATH_IMAGE041
。
机电波与电磁波一样，在遇到特性阻抗变化时会被反射和透射，定义机电波的特性阻抗为正向角频率波与正向有功功率波的比值或反向角频率波与反向有功功率波比值的负值，即
Figure 783180DEST_PATH_IMAGE042
(4)
式中，
Figure 117209DEST_PATH_IMAGE043
和
Figure 849542DEST_PATH_IMAGE039
分别为增量角频率的正向波和反向波，
Figure 901811DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 745002DEST_PATH_IMAGE045
分别为增量有功功率的正向波和反向波。
下标1、2、C分别代表连续体1、连续体2、集中参数元件C，如附图3所示。即
Figure 995855DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 774455DEST_PATH_IMAGE013
分别表示连续体1的增量角频率的正向波和反向波；
Figure 937190DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 459438DEST_PATH_IMAGE015
分别表示连续体2的增量角频率的正向波和反向波；
Figure 892693DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 842195DEST_PATH_IMAGE017
分别表示连续体1的增量有功功率的正向波和反向波；
Figure 728111DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 788471DEST_PATH_IMAGE019
分别表示连续体2的增量有功功率的正向波和反向波；
根据节点功率守恒原理，不难推导在x=0处频率波和功率波的反射系数
Figure 76233DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 196636DEST_PATH_IMAGE005
以及透射系数
Figure 336892DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 200943DEST_PATH_IMAGE007
分别为：
Figure 343212DEST_PATH_IMAGE008
(5)
Figure 900095DEST_PATH_IMAGE009
(6)
Figure 760603DEST_PATH_IMAGE010
(7)
Figure 428345DEST_PATH_IMAGE011
(8)
当式(5)的分子等于0时可实现扰动的反射为零，则要求
Figure 97224DEST_PATH_IMAGE020
，若零反射发生在网络末端，此时
Figure 949642DEST_PATH_IMAGE021
，C=C 1；当集中参数元件的特性阻抗C=0时，由式(7)知透射系数为0，此时频率波的反射系数为-1，功率波的反射系数为1，即频率波实现负反射，功率波实现正反射。
步骤2.2：基于互联电网机电扰动的传播特性，以对两区域互联电网，将一侧区域电网传播过来的扰动反射回去，保证另一侧区域电网的稳定为控制目标，设计互联电网的扰动零透射控制策略；
假设区域A电网中产生一个扰动，则扰动会经过联络线传播到区域B电网，若在母线2处并联一集中参数元件，使得母线2处的扰动透射系数等于零，扰动不会被传播到区域B电网，以实现扰动的隔离，保证区域B电网的安全稳定运行。基于该思想，借助超导磁储能装置SMES可实现扰动的零透射控制，含SEMS装置的互联电网扰动传播零投射控制如图4所示。
图4中，P S1为SEMS装置输出的有功功率，由式(5)-(8)可知，当母线2处频率波和有功功率波的透射系数为零时，即
Figure 172813DEST_PATH_IMAGE046
，则频率波和功率波的反射系数为
Figure 1836DEST_PATH_IMAGE047
(9)
这表明此时在母线2处角频率波实现负反射，而有功功率波实现正反射，则母线2处的角频率增量为
Figure 994062DEST_PATH_IMAGE048
(10)
式(10)说明在扰动期间母线2处的角频率保持不变，则母线2的相角也将维持恒定，即相角增量
Figure 751803DEST_PATH_IMAGE049
等于零，又因为在母线2处功率连续，则
Figure 196691DEST_PATH_IMAGE050
(11)
在进行分析电力系统稳定性问题时，超导磁储能的功率响应特性一般采用如下的动态二阶模型来表示：
Figure 330869DEST_PATH_IMAGE051
(12)
式中，P S为储能装置的有功功率输出值；T S为储能装置的响应时间常数，由于SMES响应速度非常快，一般T S很小；u 1为SMES控制器输入的控制信号，即功率给定值。
基于两区域互联电网机电扰动的传播特性以及联络线功率的线性化模型，将储能装置SMES动态二阶模型式(12)代入到式(11)可得零透射控制策略为
Figure 443181DEST_PATH_IMAGE052
(13)
当两区域互联电网的非扰动侧电网母线处安装上述零透射控制策略的SMES控制器时，扰动侧电网产生的扰动通过联络线传播到非扰动侧电网母线时会被反射回去，透射到非扰动侧电网的扰动量为零，从而实现了非扰动侧电网的稳定。
暂态能量流理论认为流入网络中某一支路的能量包括两个部分：支路暂态能量的变化和支路能量的消耗。网络中消耗能量的元件能够起到平息振荡的作用，根据暂态能量流理论可以得出系统中某一支路消耗的能量：
Figure 371823DEST_PATH_IMAGE053
(14)
式中，
Figure 569586DEST_PATH_IMAGE054
表示从节点i流入支路ij的有功功率增量；
Figure 743341DEST_PATH_IMAGE055
和
Figure 710160DEST_PATH_IMAGE056
分别为节点i的相角增量和频率增量。
当在母线2处实现零透射控制时，母线2的角频率增量等于零，结合式(14)可知零透射控制支路消耗的能量为零，其暂态能量消耗的速度也为零，故该控制方法对系统振荡衰减的贡献为零。
零透射控制本质上是将区域A侧电网传播过来的扰动给反射回去，保证了区域B侧电网的稳定，但对整个系统暂态能量的衰减基本没有作用，无法有效地阻尼区域A侧电网以及联络线的功率振荡。
步骤2.3：基于暂态能量函数法，以加速暂态能量衰减为控制目标设计扰动平息控制策略；
为了在实现区域B侧电网零透射的同时使得联络线和区域A侧电网的振荡快速衰减，本实施例提出一种平息扰动的控制方法。
如图5所示，在母线1处也并联一超导磁储能装置SMES2，其输出功率为P S2，母线2处仍然实现零透射控制。对于发电机G1的增量转子运动方程可表示如下
Figure 481807DEST_PATH_IMAGE057
(15)
式中，M 1为发电机G1的惯性时间常数；
Figure 494762DEST_PATH_IMAGE058
为发电机G1的角频率增量；D 1为阻尼系数；ΔP m1、ΔP e1分别为发电机的机械功率增量和电磁功率增量，其中电磁功率增量可表示为
Figure 642847DEST_PATH_IMAGE059
(16)
联立式(15)和(16)得
Figure 588806DEST_PATH_IMAGE060
(17)
对上式左右两边乘以
Figure 196DEST_PATH_IMAGE058
再对时间积分，可得到
Figure 31606DEST_PATH_IMAGE061
(18)
Figure 921064DEST_PATH_IMAGE062
(19)
Figure 485644DEST_PATH_IMAGE063
(20)
其中，E K 为动能变化量；E P 为势能变化量。
系统总的能量变化量（即能量耗散速度）可通过对动能势能和求导得到
Figure 802356DEST_PATH_IMAGE064
(21)
SMES控制的目标是使得系统中的暂态能量尽可能快的衰减，以使得系统快速地回到稳定状态，则控制策略应使得式(21)右边项
Figure 55483DEST_PATH_IMAGE065
始终为负值，这样便能够加快能量的耗散速度，从而有助于振荡的快速平息。根据二次型函数半正定特性，可得到如下控制策略：
Figure 748632DEST_PATH_IMAGE066
(22)
则此时
Figure 669184DEST_PATH_IMAGE067
(23)
式中，K为增益系数，决定了暂态能量的衰减速度；角频率增量
Figure 422376DEST_PATH_IMAGE058
或电压相角增量对时间的导数
Figure 428378DEST_PATH_IMAGE068
的正负号决定了储能装置功率输出的相位。理论上，在SMES正确的输出相位下，增益系数K越大，系统暂态能量衰减的速度也就越快，系统也就更快趋于稳定。
步骤2.4：互联电网每个SMES控制器均设置零反射和扰动平息两种控制策略，得到扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器。
步骤2还包括将得到的扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器加载到测试系统母线上来验证效果。采取三种控制策略，分别为：无控制（记为C0）、零透射控制（记为C1）、零透射+扰动平息控制（记为C2）。
如图6所示，本实施例采用IEEE 4机11节点测试系统，分别在母线7和母线9处并联SMES装置，其中母线9处的SMES实现扰动的零透射控制，母线7处的SMES实现扰动的平息控制。
图7是本发明中测试系统联络线功率变化的曲线图，图8是本发明中测试系统区域B侧功率变化曲线图，图9是本发明中测试系统区域A侧功率变化曲线图。通过图7-9的测试结果发现零透射控制能够很好的隔离故障区域电网扰动的传播，对非故障区域电网的安全稳定基本不受影响。扰动平息控制能够明显加快联络线及故障区域侧电网的功率振荡衰减速度，有益于系统在故障后能够快速回归稳定平衡点，保证了整个互联系统的安全稳定运行。
步骤3：将步骤2中得到的扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器安装到互联电网靠近联络线的母线上；
其中每个SMES控制器均采取零反射和扰动平息两种控制策略，用于实际雷击故障时根据扰动传播方向来确定各侧SMES装置的控制策略。
步骤4：基于雷电探测和雷电预测技术，通过对两区域互联电网进行雷电跟踪，并对雷击的地点和时间进行预测，得到雷电预测结果，根据雷电预测结果，提前调整互联电网两侧SMES控制器的控制策略，进行扰动传播隔离和扰动平息，包括：
若预测的雷击地点位于区域A电网，并可能产生较大扰动，扰动会通过联络线从区域A电网传播至区域B电网，则控制策略调整为：并联于区域A电网侧母线上的SMES装置采用扰动平息控制策略，并联于区域B电网侧母线上的SMES装置采用扰动零透射控制策略；
相反，若预测的雷击地点位于区域B电网，并可能产生较大扰动，扰动会通过联络线从区域B电网传播至区域A电网，则控制策略调整为：并联于区域A电网侧母线上的SMES装置采用扰动零透射控制策略，并联于区域B电网侧母线上的SMES装置采用扰动平息控制策略。
具体实施时，通过在地面安装雷电传感器来测量空气中的电场强度变化以及雷电活动产生的电磁辐射，结合广谱分频传感技术和时域微分技术对雷电活动进行时域化定量分析，从而对雷击的地点和时间进行预测。
本发明基于扰动传播特性，结合雷电跟踪、预测技术，提前获知可能发生的雷击区域；
一方面利用储能装置提前采取控制手段，抑制扰动传播到非雷击区域电网，消除两个互联电网间的相互影响，保障非雷击区域电网的稳定运行，即基于扰动传播特性实现互联电网扰动传播的隔离，保障非雷击区域电网不受扰动影响；
另一方面采取控制手段加速故障区域电网暂态能量的衰减，实现扰动的快速平息，极大地提升整个互联系统的安全稳定性，具体为，基于暂态能量函数法实现扰动的平息控制，能够有效地阻尼扰动侧电网以及联络线的功率振荡，有益于系统在故障后能够快速回归稳定平衡点，从而保证了整个互联系统的安全稳定运行。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
基于雷电探测和雷电预测技术，对两互联电网区域进行雷电跟踪和雷击预测；
根据预测结果提前调整互联电网两侧SMES控制器的控制策略：
非雷击区域电网侧SMES控制器采用基于扰动传播特性的扰动零透射控制策略进行互联电网扰动传播的隔离，抑制扰动传播到非雷击区域电网；
具体的，基于互联电网机电扰动的传播特性以及两区域互联电网联络线功率的线性化模型，以对两区域互联电网，将一侧区域电网传播过来的扰动反射回去，保证另一侧区域电网的稳定为控制目标，设计互联电网的扰动零透射控制策略为：
Figure 316479DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 46669DEST_PATH_IMAGE002
为SMES控制器输入的控制信号，即功率给定值，T S为储能装置的响应时间常数，
Figure 154302DEST_PATH_IMAGE003
为扰动侧电网母线的电压相角增量；
雷击区域电网侧SMES控制器采取基于暂态能量函数法的扰动平息策略加速故障区域电网暂态能量的衰减，实现扰动的平息控制；
具体的，根据二次型函数半正定特性，得到加速暂态能量衰减的扰动平息控制策略如下：
Figure 362561DEST_PATH_IMAGE004
P S2为储能装置输出的有功功率；
K为增益系数，决定暂态能量的衰减速度；
Figure 973670DEST_PATH_IMAGE003
为扰动侧电网母线的电压相角增量，角频率增量
Figure 609182DEST_PATH_IMAGE005
或电压相角增量对时间的导数
Figure 610636DEST_PATH_IMAGE006
的正负号决定储能装置功率输出的相位；
则此时：
Figure 606274DEST_PATH_IMAGE007
在储能装置正确的输出相位下，增益系数K越大，系统暂态能量衰减的速度也就越快，系统也就更快趋于稳定。
2.一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1：对两区域互联电网进行等值，得到等效两机系统模型，建立联络线功率的线性化模型；
步骤2：基于互联电网机电扰动的传播特性以及联络线功率的线性化模型，设计互联电网的扰动零透射控制策略和扰动平息控制策略，得到扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器：
具体的，基于互联电网机电扰动的传播特性以及两区域互联电网联络线功率的线性化模型，以对两区域互联电网，将一侧区域电网传播过来的扰动反射回去，保证另一侧区域电网的稳定为控制目标，设计互联电网的扰动零透射控制策略为：
Figure 85272DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 406532DEST_PATH_IMAGE002
为SMES控制器输入的控制信号，即功率给定值，T S为储能装置的响应时间常数，
Figure 301807DEST_PATH_IMAGE003
为扰动侧电网母线的电压相角增量；
根据二次型函数半正定特性，得到加速暂态能量衰减的扰动平息控制策略如下：
Figure 773240DEST_PATH_IMAGE004
P S2为储能装置输出的有功功率；
K为增益系数，决定暂态能量的衰减速度；
Figure 109674DEST_PATH_IMAGE003
为扰动侧电网母线的电压相角增量，角频率增量
Figure 336256DEST_PATH_IMAGE005
或电压相角增量对时间的导数
Figure 922090DEST_PATH_IMAGE006
的正负号决定储能装置功率输出的相位；
则此时：
Figure 931634DEST_PATH_IMAGE007
在储能装置正确的输出相位下，增益系数K越大，系统暂态能量衰减的速度也就越快，系统也就更快趋于稳定；
步骤3：将步骤2中得到的扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器安装到互联电网靠近联络线的母线上；
步骤4：基于雷电探测和雷电预测技术，通过对两区域互联电网进行雷电跟踪，并对雷击的地点和时间进行预测，得到雷电预测结果，根据雷电预测结果，提前调整互联电网两侧SMES控制器的控制策略，进行扰动传播隔离和扰动平息。
3.根据权利要求2所述的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
步骤2还包括将得到的扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器加载到测试系统母线上来验证效果。
4.根据权利要求2所述的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
步骤1中，采用戴维南等值法对两区域互联电网进行等值，得到等效两机系统模型，建立联络线功率的线性化模型为：
Figure 371843DEST_PATH_IMAGE008
(2)
其中，∆P tie为联络线功率增量，U 1、U 2分别为区域A和B的母线1和母线2的电压大小，
Figure 319726DEST_PATH_IMAGE009
为母线1和母线2的电压相角差；
Figure 845385DEST_PATH_IMAGE010
为稳态时母线1和母线2的电压相角差；X 12为母线1和母线2的联络线电抗。
5.根据权利要求2所述的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
所述步骤2具体包括：
步骤2.1：基于两个互联电网区域模型分析互联电网机电扰动的传播特性，包括频率波和功率波的反射系数
Figure 737249DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 969647DEST_PATH_IMAGE012
以及透射系数
Figure 882239DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 567298DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤2.2：基于互联电网机电扰动的传播特性，以对两区域互联电网，将一侧区域电网传播过来的扰动反射回去，保证另一侧区域电网的稳定为控制目标，设计互联电网的扰动零透射控制策略；
步骤2.3：基于暂态能量函数法，以加速暂态能量衰减为控制目标设计扰动平息控制策略；
步骤2.4：互联电网每个SMES控制器均设置零反射和扰动平息两种控制策略，得到扰动传播零透射和扰动平息SMES控制器。
6.根据权利要求5所述的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
步骤2.1所述频率波和功率波的反射系数
Figure 512121DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 412075DEST_PATH_IMAGE012
以及透射系数
Figure 416940DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 664994DEST_PATH_IMAGE014
分别为：
Figure 944666DEST_PATH_IMAGE015
(5)
Figure 964705DEST_PATH_IMAGE016
(6)
Figure 140472DEST_PATH_IMAGE017
(7)
Figure 800123DEST_PATH_IMAGE018
(8)
其中，
Figure 837481DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 695715DEST_PATH_IMAGE020
分别表示连续体1的增量角频率的正向波和反向波；
Figure 793115DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 64697DEST_PATH_IMAGE022
分别表示连续体2的增量角频率的正向波和反向波；
Figure 967314DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 883317DEST_PATH_IMAGE024
分别表示连续体1的增量有功功率的正向波和反向波；
Figure 869728DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 582600DEST_PATH_IMAGE026
分别表示连续体2的增量有功功率的正向波和反向波；
C 1和C 2为连续体电力系统中两段均匀连续体1和2的特性阻抗；
C为集中参数元件的特性阻抗；
当式(5)的分子等于0时可实现扰动的反射为零，则要求
Figure 211028DEST_PATH_IMAGE027
，若零反射发生在网络末端，此时
Figure 325745DEST_PATH_IMAGE028
，C=C 1；
当集中参数元件的特性阻抗C=0时，由式(7)知透射系数为0，此时频率波的反射系数为-1，功率波的反射系数为1，即频率波实现负反射，功率波实现正反射。
7.根据权利要求2所述的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
步骤4中，基于雷电探测和雷电预测技术，通过对两区域互联电网进行雷电跟踪，并对雷击的地点和时间进行预测，得到雷电预测结果。
8.根据权利要求7所述的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
步骤4中，通过在地面安装雷电传感器来测量空气中的电场强度变化以及雷电活动产生的电磁辐射，结合广谱分频传感技术和时域微分技术对雷电活动进行时域化定量分析，从而对雷击的地点和时间进行预测。
9.根据权利要求2所述的一种基于雷电跟踪的互联电网机电扰动传播控制方法，其特征在于：
步骤5中，若预测的雷击地点位于区域A电网，并产生较大扰动，扰动会通过联络线从区域A电网传播至区域B电网，则控制策略调整为：
并联于区域A电网侧母线上的SMES控制器采用扰动平息控制策略，并联于区域B电网侧母线上的SMES控制器采用扰动零透射控制策略，分别进行扰动平息和扰动传播隔离；
相反，若预测的雷击地点位于区域B电网，并产生较大扰动，扰动会通过联络线从区域B电网传播至区域A电网，则控制策略调整为：
并联于区域A电网侧母线上的SMES控制器采用扰动零透射控制策略，并联于区域B电网侧母线上的SMES控制器采用扰动平息控制策略，分别进行扰动传播隔离和扰动平息。
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