CN1419133A - 基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法 - Google Patents

Abstract

基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法，利用振荡中心电压与功角δ之间存在确定的函数关系，即利用振荡中心电压ucosφ的变化反映功角的变化，作为状态量的功角是连续变化的，因此在失步振荡时振荡中心的电压也是连续变化的，且过零；在短路故障及故障切除时振荡中心电压是不连续变化且有突变的；在同步振荡时，振荡中心电压是连续变化的，但振荡中心电压不过零；可以通过振荡中心的电压变化轨迹来区分失步振荡、短路故障和同步振荡。本发明具有下述优点：物理概念清晰、明确。不需要用户提供判断失步的定值，给用户的使用提供了方便。可使用振荡过程中最低电压值和振荡周期次数保证了相邻安装点之间失步解列装置的良好的选择配合。

Description

基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法

一、技术领域

本发明涉及一种电力系统稳定的判别方法，尤其是对电力系统的失步检测判别方法。

二、背景技术

电力系统失去同步(或称稳定破坏)时，如不及时处理，将引起灾难性后果。失步解列作为保证电力系统安全运行的重要措施，是保证整个电网不致完全崩溃的最后一道防线。判定电网失步时将系统解列为两个部分或在送端大电厂采取切除足够数量的机组是防止事故扩大、电网崩溃的最有效措施。随着电力体制的改革和实现全国电力资源优化配置的客观要求，推进大区电网互联，最终形成全国联合电网，是电力发展的必然趋势。同时随着电网互联，系统的运行方式千变万化，需要研究一种能够正确检测系统的异步运行同时不受系统运行方式影响的失步判据。

现有检测电力系统是否失去同步已经采用多种方法：利用电流幅值包络线周期性变化来检测异步运行状态的解列装置，结构简单，易于实现，但其随运行方式的变化需要改变定值，否则难以躲过同步振荡，在振荡周期很短时也不易获得选择性。利用输入阻抗轨迹检测失步的方法，是根据阻抗变化轨迹区分失步和同步振荡及短路故障；这种方法的缺点是在复杂的电网结构和运行方式多变的情况下装置整定比较困难。相位角原理是利用装置安装处的电压和电流的相位的变化轨迹来区分失步振荡和同步振荡及故障的，这种方法能适应复杂的电网结构和多变的运行方式，整定方便；但电压和电流的相位角与系统的功角之间的关系复杂，两者之间的关系与装置安装处和振荡中心的远近有关。

三、发明内容

本发明所述的基于ucosφ的电力系统失步的检测判别方法是：利用装置安装处采集到的电压电流计算得到振荡中心的电压，根据振荡中心电压的变化规律来区分失步振荡和同步振荡及短路故障等。这种方法简单、明确，能够自动适应系统的各种运行方式和系统结构的变化。

异步运行时ucosφ的变化特征：

电力系统失步时，一般可以将所有机组分为两个机群，用两机等值系统分析其特性。图1所示两机等值系统接线图。在分析中采用下列假设条件：(1)两等值机电势分别为E_M和E_N，且假定两等值电势幅值相等。(2)系统等值阻抗角为90度。在分析中取E_N为参考向量，使其相位角为0度，幅值为1；M侧系统等值电势E_M的初相角为α(即系统正常运行的功角δ为α)，则可得：

E_N＝cos(ωt)

E_M＝cos((ω+Δω)*t+α)图2为图1所示等值系统的向量图两系统功角为δ＝Δω*t+α由图2可知，振荡中心电压U为： $U=u\cos \mathrm{\φ}=\cos \left(\frac{\mathrm{\δ}}{2}\right)=\cos \left(\frac{\mathrm{\Δ\ω}*t+\mathrm{\α}}{2}\right)$ 当系统同步运行时，Δω＝0；振荡中心电压不变，即： $U=\cos \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)$ 当系统失步运行时，振荡中心电压呈周期性变化，振荡周期为180度，即： $U=\cos \left(\frac{\mathrm{\Δ\ω}*t+\mathrm{\α}}{2}\right)$ 若Δω大于0，即加速失步，振荡中心电压U的变化曲线图3(a)所示：若Δω小于0，即减速失步，振荡中心电压U的变化曲线图3(b)所示：本发明的失步判据：

由前面的分析可以看出，振荡中心电压与功角δ之间存在确定的函数关系，因此可以利用振荡中心电压ucosφ的变化反映功角的变化。作为状态量的功角是连续变化的，因此在失步振荡是振荡中心的电压也是连续变化的，且过零；在短路故障及故障切除时振荡中心电压是不连续变化且有突变的；在同步振荡时，振荡中心电压是连续变化的，但振荡中心电压不过零。因此可以通过振荡中心的电压变化来区分失步振荡、短路故障和同步振荡。

在振荡中心电压ucosφ的变化平面上，可将ucosφ的变化范围分为若干个区，如3-9个区，如图4所示ucosφ变化区域的划分。

根据前面的分析可得出振荡中心ucosφ在失步振荡时的变化规律：

加速失步时，振荡中心电压ucosφ的变化规律为0-1-2-3-4-5-6……-0；

减速失步时，振荡中心电压ucosφ的变化规律为0-……6-5-4-3-2-1-0。

作为切机的判定：当上述讨论的振荡中心电压ucosφ的变化规律得知加速或减速失步时，可以在取上述变化的若干个周期作为切机的判定依据。例如取两个周期。当然电力系统还会有其它切机的辅助判定，使用振荡过程中装置安装处的最低电压值和振荡周期次数可以保证相邻安装点之间失步解列装置的配合。

本发明在对系统失步运行时振荡中心电压ucosφ的变化规律分析的基础上，提出了基于振荡中心电压ucosφ的电力系统失步判据；该方法具有下述优点：(1)本判据反应的是系统振荡中心电压的变化规律，物理概念清晰、明确。(2)本判据自动适应系统结构变化或运行方式变化，即与系统的运行方式、电网的结构无关，只反应测量线路所在断面的失步状态。(3)本判据不需要用户提供判断失步的定值，给用户的使用提供了极大的方便。(4)可使用振荡过程中最低电压值和振荡周期次数保证了相邻安装点之间失步解列装置的良好的选择配合。

四、附图说明

图1两机等值系统接线图

图2为图1所示等值系统的向量图

图3为本发明振荡中心电压U的变化曲线，图3(a)所示若Δω大于0，即加速失步；振荡中心电压U的变化曲线图3(b)所示，若Δω小于0，即减速失步，

图4为本发明ucosφ变化区域的划分

图5为本发明两机等值系统电压和电流振荡波形图，最下面脉冲是继电保护动作信号

五、具体实施方式如上述判据：

假定两侧系统的电势标定值为1.05，本实施例将在振荡中心电压ucosφ的变化平面上，将ucosφ的变化范围分为7个区，如图4所示：

两侧系统功角对应的ucosφ的值如下表：

δ＝70° δ＝106° δ＝142° δ＝180° δ＝218° δ＝254° δ＝290°

0.86     0.632     0.3420    0         -0.342    -0.632    -0.86

Claims (3)

1、基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法，其特征是利用振荡中心电压与功角δ之间存在确定的函数关系，即利用振荡中心电压ucosφ的变化反映功角的变化，作为状态量的功角是连续变化的，因此在失步振荡时振荡中心的电压也是连续变化的，且过零；在短路故障及故障切除时振荡中心电压是不连续变化且有突变的；在同步振荡时，振荡中心电压是连续变化的，但振荡中心电压不过零；可以通过振荡中心的电压变化轨迹来区分失步振荡、短路故障和同步振荡。

2、由权利要求1所述的基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法，其特征是在振荡中心电压ucosφ的变化平面上，可将ucosφ的变化范围分为3-9个区，

加速失步时，振荡中心电压ucosφ的变化规律为0-1-2-3-4-5-6……-0；

减速失步时，振荡中心电压ucosφ的变化规律为0-……6-5-4-3-2-1-0。

3、由权利要求1所述的基于ucosφ的电力系统失步检测判别方法，其特征是将ucosφ的变化范围分为7个区，并以振荡过程中装置安装处的最低电压值和振荡周期次数保证相邻安装点之间失步解列装置的配合。

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