WO2014173131A1

WO2014173131A1 - 一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法

Info

Publication number: WO2014173131A1
Application number: PCT/CN2013/088404
Authority: WO
Inventors: 刘道伟; 李柏青; 马世英; 侯俊贤; 孙华东; 王虹富; 董毅峰; 王毅; 张志强
Original assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: CN103279638B; CN103279638A

Abstract

提供一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法，该方法包括：步骤Sl，从SCADA系统、EMS系统获取电网拓扑结构信息，并建立与WAMS系统电网元件的对应关系；步骤S2，从SCADA系统、EMS系统或者WAMS系统获取电网当前运行方式潮流数据或者从DSA系统中获得各种预想的潮流或者暂态故障时域数据；步骤S3，从轨迹角度出发将响应数据宏观分为稳态（或准稳态）和暂态（或动态）两种运行场景，以在线面向节点的方式对电网进行静态稳定态势评估，以在线面向机组对的方式对电网进行暂态稳定态势评估。构造静态和暂态综合评估指标时都从元件级热稳定、电气量合格范围及系统级稳定三个角度出发，提高全态势评估指标的全面性及合理性；采用任务并行的方法提高全态势一体化评估效率。

Description

一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法

技术领域

本发明涉及大电网在线安全监控与预警领域，具体涉及一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法。

背景技术

确保大电网安全和经济运行是电力工作者多年来努力追求的目标。随着电网互联范围的不断扩大、电力工业市场化体制改革的不断深入，以及特高压输电、可再生能源发电的持续接入，增加了电网运行的不确定性，使得电网运行环境和动态行为更加复杂，对其进行稳定分析和控制的难度也更大。现代大电网一旦发生事故，如果不及时处理，后果将非常严重。仅 2000年以来，世界上就发生了多起大停电事故，其中 " 8.14"美加大停电是历史上最大的一次停电事故，停电期间每天的经济损失高达 300亿美元，频繁发生的大停电事故对电网安全稳定分析与控制、电网运行状态实时监控提出了更加迫切的要求。

当前，在大电网在线安全评估与预警领域主要存在以下 4个问题： ①电网在线安全评估主要采用传统网络建模和仿真形式，虽然以建模仿真为主的电网安全评估是电网规划和运行中必不可少的重要工具，但是该种方法受电网模型、参数以及数值计算等因素的制约，在应用规模、速度及与真实电网工况匹配度等方面很难适应电网实时监控的要求，必须寻求新的理念和更快捷的解决方法； ②大停电事故往往是由不可预见的连锁故障或随机扰动而引起，现有的基于预想事故集的 "离线预决策，在线匹配"电网安控模式，无法匹配电网真实工况，且受模型和参数的影响，所得方案有时过于保守（或乐观），尤其故障集组合爆炸问题严重限制了可能考虑工况的数量。在大电网实时监控和防止大停电事故时，有可能显得力不从心； ③现有的电网在线安全评估系统在针对具体问题时具有很强的独立性，往往将电网功角稳定和同步稳定割裂开来进行处理，或者具体分为静态问题和暂态问题。然而，实际上电网稳定是一种统一的非线性动力系统稳定问题，从电网响应角度来看，功角和电压只是一种外在表现形式，且静态问题和暂态问题又存在一种 "动中有静、静中有动" 的辩证思想。所以，现有的很多评估方法和指标具有很大的重叠性，在实时运行环境中需要更加有效且能真实反映电网运行态势的评估指标体系； ④大停电的主要原因之一是投入运行的电网在线监控系统在电网状态缓慢恶化阶段没有给出直观、有效的电网运行态势量化评估预警信息，也没有根据电网真实工况变化给出相应的控制措施而错失了力挽狂澜的最佳时机。因此，电网需要建立全新的在线安全评估方法体系，实现大电网高度自动化、智能化的在线安全评估及预警。

随着计算机、通讯及网络技术的发展， WAMS (Wide Area Measurement System, 广域测量系统)在电网调度自动化中得以广泛应用，为基于 WAMS的电网运行全态势在线量化评估及实时自适应控制研究带来了新的契机。面对上述机遇与挑战，融合了先进的测量传感技术、控制技术、通信技术、计算机技术等多种前沿技术的智能电网 (Smart Grid)成为现代电力工业发展的必由之路。智能电网重要的功能之一，就是提高电网的可视化和预警能力，最终实现智能化的闭环控制，使电网运行更加安全、可靠、经济。而智能调度是智能电网建设的核心内容，智能调度技术支持系统要具有"以调度员思维模式为框架，以可视化界面为功能模块，以互动计算为系统核心" 的功能。

智能电网要想实现大电网在线安全评估与预警是一项宏大的系统工程，一结合当前成熟的 WAMS系统及基于 SCADA( Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监控） \EMS

(Energy Management System, 能量管理系统）和预想故障集仿真的 DSA (Dynamic Security Assessment, 动态安全评估）系统，针对不同的电网运行场景，需要全面深入研究基于响应信息的大电网全态势量化评估方法和数据融合处理机制，建立基于多响应信息源的大电网当前态和预想态相结合的在线安全评估体系。

发明内容

本发明涉及一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法，包括：

步骤 Sl，从 SCADA系统、 EMS系统获取电网拓扑结构信息，并建立与 WAMS系统电网元件的对应关系；

步骤 S2，从所述 SCADA系统、 EMS系统或者 WAMS系统获取电网当前运行方式潮流数据或者从 DSA系统中获得各种预想的潮流或者暂态故障时域数据；

步骤 S3，以在线面向节点的方式对电网进行静态稳定态势评估，以在线面向机组对的方式对电网进行暂态稳定态势评估；

其中，对电网进行静态稳定态势评估的内容包括：发电机稳定裕度指标、线路稳定裕度指标、节点稳定裕度指标、发电机热稳定合格率、线路热稳定合格率、节点电压合格率、负荷节点功率因数合格率、静态稳定态势综合指标和节点无功补偿水平指标；

对电网进行暂态稳定态势评估的内容包括：暂态稳定裕度指标、暂态稳定预估指标、节点电压保持合格率、节点稳定裕度指标、线路热稳定合格率和暂态稳定态势综合指标。

本发明提供的第一优选实施例中：各种电网静态响应数据包括预想态离线潮流、 N-l、 N-2潮流收敛后计算结果、 SCADA\EMS系统状态估计结果、 PMU量测信息；

各种电网暂态过渡过程响应数据包括各种预想暂态故障集时域仿真结果、 WAMS实时测量的电网扰动过程信息；

对于 PMU量测信息根据其前一时刻或周边 PMU量测数据变化进行合理性预判或滤波处理；

对于 N-l、 N-2预想故障，根据并行机数量进行分配。

本发明提供的第二优选实施例中：所述步骤 S3中对电网进行静态稳定态势评估和暂态稳定态势评估时，将电网所有节点按并行机数量进行分配；

根据电网运行潮流断面信息并结合电网拓扑结构，按有功流向求得各节点等效输电功率采用基于局部量测的跟踪参数辨识方法，在线辨识电网各节点当前态下的等效输电模型参数，所述等效输电模型参数包含等效电源电势、等效支路阻抗模、阻抗角"，实现基于电网当前运行状态的节点等效输电模型反映射。

本发明提供的第三优选实施例中：所述步骤 S3中得到电网的所述发电机稳定裕度指标、线路稳定裕度指标和节点稳定裕度指标的方法为：

根据最大输电功率思想，分别针对发电机支路、联络线支路及节点等效输电模型，求出所述发电机支路、联络线支路或者节点当前运行方式对应的静态稳定裕度指标 i， i计算公式为： =

其中 ZL代表所述发电机支路、联络线路或节点等效负荷阻抗，根据末端电压和功率求得。本发明提供的第四优选实施例中：所述步骤 S3中得到电网的所述发电机热稳合格率和联络线热稳合格率的方法包括：

根据各发电机、联络线自身的热稳定运行约束，统计发电机热稳定合格率 ^^和线路热稳定合格率 £_PR分别为： G_PR = .， L_PR = if ,

N ^LN

其中， G_N、分别为电网总发电机数、总联络线数， G_QN、 ^分别为满足各自运行热稳定约束的发电机、联络线数目；

所述步骤 S3中得到电网的所述节点电压合格率和负荷节点功率因数合格率的方法包括：根据电网正常运行方式给定的节点电压和负荷节点功率因数合格范围上下限，统计电网节点电压合格率，负荷节点功率因数合格率^ ^

丄 N ^FN；

其中、分别为电网总节点数和负荷节点数， V_QN、分别为满足电压范围的节点数和满足功率因数范围的负荷节点数。得到电网静稳越限率方法包括：

设定某一预警槛值 c，统计电网所有联络线支路和节点等效支路大于 c的个数，节点包括发电机节点、中间联络节点和负荷节点，分别计算线路静稳合格率 _R =^、节点静稳合格率 N_SR = ^ _;

N

其中 L_N 、 N_N分别为系统总联络线数和节点数， L_CN 、 N_CN分别为大于 &c的联络线数和节点数。

本发明提供的第五优选实施例中：所述步骤 S3中得到电网整体静态稳定态势综合指标的方法包括：

电网整体静态稳定态势综合指标 = a H_QR + ¾_Λ + Α；

其中， β 分别为电网按热稳定约束、运行电气量约束和静稳约束的权重系数，根据经验或分析需要灵活配置， A、满足：

^^为电网整体热稳合格率， ^^计算公式为： H_{QR =} ^^ Λ为电网整体运行电气量合格率， _Λ计算公式为： R_QR—

N_N + P_R

Λ为电网整体静稳合格率， _Λ计算公式为： ^Ss.

本发明提供的第六优选实施例中：所述步骤 S3中采用虚拟无功变化的方法求得使等效输电模型对应有功损耗最小时所需的无功大小，得到各个节点当前运行方式下无功补偿水平指标的方法为：

结合所述各节点等效输电模型及其等效输电有功功率 A，求出所述节点等效模型下流通

A对应的有功损耗最小时需要的无功值 2皿，然后对比所述 2皿与求得的所述节点等效输电无功功率，求得所述各节点当前运行方补偿缺额指标 a为：

其中， a>o时表示无功欠补， a=o时表示无功最佳， a<o时表示无功过补。

本发明提供的第七优选实施例中：所述步骤 S3中从所述 WAMS系统或者各种预想暂态故障集中获取电网暂态过程轨迹时域数据，直接采用受扰严重机组对的方法包络电网暂态行为分析，得到电网的所述暂态稳定裕度指标，包括步骤 S101-步骤 S103:

步骤 S101 , 根据各发电机的惯性时间常数 M及其角速度《、功角、机端母线电压相角

S和机端电磁有功功率前后时刻的变化情况，快速识别受扰相对最超前 X台和最滞后 X台发电机，构成受扰相对最严重机组集合 Ω ;

所述数字 X可以根据需要人为设定， X的范围是 5≤ x≤10 ;

步骤 S102, 对于所述集合 Ω内的任意一个超前和滞后机组对，计算发电机组和发电机 ―

组 j之间的暂态稳定裕度指标 T_SIij = ^―^；

。')■

其中，表示所述发电机组和发电机组 '之间的功角和的差， S 为所述发电机组 i和发电机组 j之间的机械功率函数^^和电磁有功功率^ ^的交点为虚拟稳定平衡运行点；

步骤 S103，依次计算所述集合 Ω内的任意超前和滞后发电机组和发电机组 '之间的暂态稳定裕度指标⁷^ ·，以最小机组对的⁷^作为本次时域数据的暂态稳定裕度指标 &_SI，即 5TSI = min r_snj， j ^ Ω|。

本发明提供的第八优选实施例中：计算所述的方法包括步骤 S1021-步骤 S1023: 步骤 S1021, 所述发电机组和所述发电机组 '之间的等效单机转子惯性时间常数为 MM.

Μ,.+Μ 计算所述发电机组和所述发电机组 '之间的机械功率函数

M,

^Meq ~ M_{! +}M,. ^M M_{! +}M,. ^Mj.

其中和分别为所述发电机组 i和发电机组 j的惯性时间常数， Ρ_Μί和 P_Mj分别为所述发电机组和发电机组 '的机械注入功率，所述发电机组的机械注入功率 =Μ^ω'^' ~^ω' ₊Ρ_Ε;

At 步骤 S1022, 计算所述发电机组和所述发电机组 '之间的电磁有功功率

M,

Μ,.+Μ Μ,.+Μ

其中， P_FM = A² + Β² , ^A = Dcos(Sj - θ_{) + Ecos(S_! - θ】、 B = Dsin(Sj -θι)- EsiniSi - θ,.)

, „ M EXJ, M, EU

C = tan 、B/ A), D= ¹ ' ' , E= ' ^{1 1}， u;

' M_; + Mj X_t M_t + Mj X〗 ' ^UJ、 ■、 ^θ ^ 、分别表示发电机组和发电机组 '的机端母线电压幅值、相角及等效内电抗；

步骤 S 1023，计算 5_seq = a sin(^) - C。

本发明提供的第九优选实施^ ^M中：对于集合 Ω内的任意超前和滞后机组对，依据计算后的机组对等效机械功率 P_Meq和电磁有功功率 P_Eeq变化轨线，利用曲线拟合技术并从能量的角度构建暂态稳定性预估指标，具体包括步骤 S201-步骤 S203:

步骤 S201, 假定所述发电机组对等效机械功率^^在暂态过程中不变，所述发电机组对等效电磁有功功率 4 变化轨线用如下正弦函数进行拟合： ^ = sin( + ¾；

其中， x。， _Xl, 为待求取的拟合正弦函数系数，表示发电机组对等效 _βϊ;

步骤 S202, 计算所述发电机组 i和发电机组 j之间的暂态稳定预估指标 T_SEIy；

步骤 S203, 依次计算集合 Ω内的任意超前和滞后机组对的¾^，以最小机组对的 ^作为本次时域数据的暂态稳定预估指标 S™， S = min{r_s£/,, i eQ} -,

所述步骤 S202中计算所述发电机组和发电机组 '之间的暂态稳定预估指标包括步骤 S2021-步骤 S2023:

步骤 S2021, 根据^ ^变化轨线拟合函数求得故障切除后的不稳定平衡点 _a，所述不稳定平衡点为所述发电机组对等效机械功率^ ^和电磁有功功率^ ^变化轨线的交点， _a 计算公式为： ¾_a =^-arctan ^{Meq ¾} -χ_ι;

步骤 S2022, 故障切除时刻机组对的暂态动能^为：

Sⁱⁿ( δ_ν

。。

故障切除后系统所吸收的临界势能（减速面积） ^为： ^VTB = \ζ [^χο P_Meq ~]i δ.. 其中，和。分别表示故障发生时刻和故障切除时刻的机组对功角差。

步骤 S2023, 计算所述发电机组和所述发电机组 '之间的所述暂态稳定预估指标其中， ^/指标暂态稳定意义为： ¾^ >0暂态稳定， ¾^ =0临界暂态稳定， T_{smj <}Q, 暂态失稳。

本发明提供的第十优选实施例中：所述步骤 S3中得到电网节点电压保持合格率的方法包括：

给定暂态过程中节点电压保持能力考察范围：电压跌落下限和持续时间，统计电网所有节点在暂态过程中满足电压水平可接受范围的节点数目 V ，计算所述暂态过程中节点电压满足保持能力的合格率 ^ =¾

W N

所述步骤 S3中得到电网中所述线路热稳合格率的方法包括:给定暂态过程中节点静态稳定裕度指标和线路热稳考察范围：节点静稳裕度限值& _c、线路热稳限值^ «和持续时间 r_c，统计电网满足静稳可持续范围的节点数目 ^、满足热稳可持续范围的线路数目 ½w，计算所述暂态过程中节点静稳和线路热稳的合格率 s_ra， S_RA计算公式为： S_TR = ^{S + LQN}。

本发明提供的第十一优选实施例中：所述步骤 S3中得到所述电网整体暂态稳定态势综合指标 S_TI = OC₂S_TSEI + ₂V_TR + Zl^TR；

其中，《₂、 A、分别为电网按热稳定约束、运行电气量约束和静稳约束的权重系数，根据经验或分析需要灵活配置，《₂、 A、满足：

本发明提供的一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法的有益效果包括：

1、本发明提供的一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法，可针对电网当前态的实时测量或者预想态下的各种仿真数据，实现了大电网静态和暂态两种典型运行场景的全态势在线一体化量化评估。即实现了电网当前态下的态势评估，也充分结合了现有 DSA 预想仿真优势实现了预想态的态势评估，有利于调度运行人员及时了解电网当前运行态势及电网潜在的系统风险。同样本方法也可间接应用于各种离线预想方式或故障集时域仿真数据的后期智能化评估，大大降低了规划人员或方式制定人员的工作量。本发明所用核心方法都基于电网响应数据，具有较强的独立性，且全态势评估方法及算法直接、简单，可快速识别电网任何运行方式下的薄弱节点或薄弱区域，以便运行或规划人员参考，防患于未然，减少或避免电压稳定事故发生，适合在线工程应用。本发明可使以往的 "建模仿真" 防控模式逐步过渡到 "轨迹挖掘" 响应控制模式，是传统电网防控思想和方法的扩展，可有效提高大电网在线智能化评估与预警水平。

2、从 EMS系统中获取电网拓扑结构关系，这样有利于后期针对各种响应数据进行电网全态势量化评估及统计分析。

3、从响应角度来看，将电网元件和电压水平直接从合格范围直接进行简单统计分析。而在传统意义上的功角稳定和电压稳定态势定量评估时，静态稳定性聚焦于电网输电能力，暂态稳定性聚焦于能量守恒，建立基于响应的大电网全态势在线统一量化评估思想。

4、针对电网任意实时测量或各种预想故障形式的潮流断面进行静态稳定形式的态势评估，对具体节点稳定态势或故障集分析时，采用任务并行的方法提高全面评估效率。

5、将电网所有节点按当前的潮流分布及拓扑关系，统计该节点实际流通（或转移）功率，以此为基础将节点等效为简化的 "单电源单负荷"简化输电模型，并采用局部量测信息在线跟踪辨识其等效输电参数，实现电网所有节点的等效虚拟模型映射，为下一步静态稳定态势评估奠定基础。

6、统一采用可表达最大输电能力思想的阻抗模指标进行静态稳定态势评估，并将阻抗模方法应用于发电机支路、输电线和节点等效输电模型中。阻抗模方法适合在线快速计算，并可有效识别当前运行方式下的薄弱机组、关键线路及薄弱节点。

7、从发电机和线路热稳定运行合格范围的角度出发统计电网当前运行方式下的热稳合格率，可快速有效地筛选过载元件，也符合常规潮流方式直观评估的习惯。

8、从节点电压水平和负荷节点功率因数角度出发统计电网当前运行方式下的电气量合格率，可快速有效地评价当前运行方式电压和功率因数合格水平，也符合常规潮流方式电能质量考核要求。

9、面向节点等效输电模型和线路，利用阻抗模指标实现静态稳定合格率统计。

10、充分结合统计结果，实现了从元件级热稳、运行量合格范围到系统静稳的综合性静太稳定态势评估，并可根据实际运行状态和评估侧重点需要灵活选择三者权重。

11、借助构造的节点等效输电模型及其参数，可求得节点当前流通有功时使得有功损耗最小所需的虚拟无功大小，进而实现当前运行方式下电网所有节点无功补偿水平评估

12、针对暂态时域过程信息进行暂态稳定裕度和暂态稳定性预估时，都直接采用受扰最严重机组对的动态行为包络反映电网整体动态行为，无需采用分群等值等处理，物理意义明确直观，评估结果精确度高。

13、为了降低受扰最严重机组对选择的失误，采用多种角度挑选受扰相对最严重机组集合 Ω，再从集合 Ω中挑选最严重的机组对，以降低因最弱机组对选择失误造成电网实际态势的误判。

14、对于任意集合 Ω内的超前和滞后机组对，根据各机组自身的电气量信息，经过简单代数计算求得机组对暂态稳定裕度指标，并以集合 Ω内最小机组对的作为本次时域数据的暂态稳定裕度指标 S™，进而实现当前暂态轨迹的暂态稳定裕度定量化评估。

15、采用三角函数形式拟合机组对等效功角函数曲线比较好的反映电网暂态过度轨迹特征，借助该拟合曲线可以方便的计算能量型暂态稳定性预估指标 7 _£，物理意义清晰直观，并以集合 Ω内最小机组对的作为本次时域数据的暂态稳定预估指标 S™，进而实现当前暂态轨迹的暂态稳定性量化预估。

16、借鉴暂态电压稳定习惯性判断方法，采用电压跌落某一限制及持续时间来衡量给定暂态过程中的节点电压保持能力及合格率水平。

17、同样采用 "限值 +持续时间"的方法，并结合静稳中的一些方法，求得暂态过程中节点静稳和线路热稳的合格率 _Λ，便于评估给定暂态暂态过程中的节点静态稳定裕度和线路载荷水平情况。

18、充分结合统计结果，实现了从动力系统能量守恒、暂态电压保持能力、节点静稳和线路热稳的综合性暂态稳定态势评估指标，根据实际动态轨迹和评估侧重点需要灵活选择权重，计算不同故障对应的并实现它们的严重程度排序，提高预想故障集在线分析效率，可有效对多种暂态故障的稳定态势进行有效量化评估并便于严重暂态故障筛选。

19、采用任务并行的方法对暂态故障集中大量预想故障进行暂态稳定态势分析。附图说明如图 1 所示为本发明提供的一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估数据流图；

如图 2所示为本发明提供的综合指标体系元素图；

如图 3所示为本发明提供的电网局部节点示意图；

如图 4所示为本发明提供的节点等效输电模型示意图；

如图 5所示为本发明提供的最大输电功率边界阻抗模示意图；

如图 6所示为本发明提供的节点无功补偿水平评估示意图；

如图 7所示为本发明提供的电网机组对示意图；

如图 8所示为本发明提供的机组对等效功角曲线拟合示意图；

如图 9所示为本发明提供的能量型暂态稳定预估指标示意图；

如图 10所示为本发明提供的基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估流程图。具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明提供一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法，如图 1所示本发明提供的一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估数据流图。由图 1可知，该评估方法包括：

步骤 Sl，从 SCADA系统、 EMS系统获取电网拓扑结构信息，并建立与 WAMS系统电网元件的对应关系。

步骤 S2，从 SCADA系统、 EMS系统或者 WAMS系统获取电网当前运行方式潮流数据或者从 DSA系统中获得各种预想的潮流或者暂态故障时域数据。

步骤 S3，以在线面向节点的方式对该电网进行静态稳定态势评估，以在线面向机组对的方式对该电网进行暂态稳定态势评估。

在构建态势综合评估指标体系时综合考虑了电网元件级热稳性、运行电气量合格和系统级稳定性三各因素，如图 2所示为本发明提供的综合指标体系元素图。

其中，对电网进行静态稳定态势评估的内容包括：发电机稳定裕度指标、线路稳定裕度指标、节点稳定裕度指标、发电机热稳定合格率、线路热稳定合格率、节点电压合格率、负荷节点功率因数合格率、静态稳定态势综合指标和节点无功补偿水平指标。

各种电网静态响应数据包括预想态离线潮流、 N-l、 N-2 潮流收敛后计算结果、 SCADA\EMS系统状态估计结果、 PMU量测信息；各种电网暂态过渡过程响应数据包括各种预想暂态故障集时域仿真结果、 WAMS实时测量的电网扰动过程信息；对于 PMU量测信息根据其前一时刻或周边 PMU量测数据变化进行合理性预判或滤波处理；对于 N-l、 N-2预想故障，根据并行机数量进行分配。

步骤 S3中对该电网进行静态稳定态势评估和暂态稳定态势评估时，将电网所有节点按并行机数量进行分配，如图 3所示为本发明提供的电网局部节点示意图，节点可能与发电机、负荷、电容器、线路等多种元件相连。

根据电网运行潮流断面信息并结合电网拓扑结构，按有功流向求得各节点等效输电功率

P_E + jQ_E , 如图 4所示为节点等效输电模型示意图。采用基于局部量测的跟踪参数辨识方法，在线辨识电网各节点当前态下的等效输电模型参数，主要包含等效电源电势 E_£、等效支路阻抗模、阻抗角"，实现基于电网当前运行状态的节点等效输电模型反映射。

步骤 S3中得到该电网的发电机稳定裕度指标、线路稳定裕度指标和节点稳定裕度指标的方法中，采用如图 5所示的最大输电功率思想的阻抗模指标作为静态稳定裕度指标，包括：根据最大输电功率思想，分别针对发电机支路、联络线支路及节点等效输电模型，求出该发电机支路、联络线支路或者节点当前运行方式对应的静态稳定裕度指标& ^，计算公式为：

ZL可分别代表发电机支路、联络线路或节点等效负荷阻抗，可根据末端电压和功率求得。 i衡量各发电机支路、输电线载荷及节点静态稳定裕度的大小情况，并可用来定位薄弱机组、关键线路及薄弱节点。

具体的，将所有节点的静态稳定裕度指标& ^进行平均，可求得当前运行方式下电网平均静态稳定裕度指标 & ，计算公式为：

N

c - ≡l

步骤 S3中得到该电网的发电机热稳合格率和联络线热稳合格率的方法包括：

根据各发电机、联络线自身的热稳定运行约束，统计发电机热稳定合格率 ^^和线路热

G '.QN

稳定合格率 £_PR分别为：

其中， G_N、分别为电网总发电机数、总联络线数， G_QN、分别为满足各自运行热稳定约束的发电机、联络线数目。

步骤 S3中得到该电网的节点电压合格率和负荷节点功率因数合格率的方法包括：根据电网正常运行方式给定的节点电压和负荷节点功率因数合格范围上下限，统计电网节点电压合格率，负荷节点功率因数合格率 _Λ

其中、分别为电网总节点数和负荷节点数， V_QN、 P_e 分别为满足电压范围的节点数和满足功率因数范围的负荷节点数。

得到电网静稳越限率方法包括：

设定某一预警槛值 c，统计电网所有联络线支路和节点（发电机节点、中间联络节点、负荷节点）等效支路大于 c的个数，分别计算线路静稳合格率 _R = ^、节点静稳合格率 NSR

其中 L_N 、 N_N分别为系统总联络线数和节点数， L_CN 、 N_CN分别为大于 c的联络线数和节点数。

步骤 S3中得到该电网整体静态稳定态势综合指标的方法包括：电网整体静态稳定态势综合指标 = ^ai^HQR + Pl^R _QR + Xl^SR。

其中， β_γ、分别为电网按热稳定约束、运行电气量约束和静稳约束的权重系数，可根据经验或分析需要灵活配置。 A、 A、足以下条件：

^^为电网整体热稳合格率， ^^计算公式为： H_QR

^GN ^{+ L}N °

_Ώ ^VQN ^ ^RQFN

Λ为电网整体运行电气量合格率， _Λ计算公式为: Q^R ~ N + P _Λ为电网整体静稳合格率， _Λ计算公式为： s_SR= ^{CN CN}

&i综合衡量当前潮流状态下的电网静态稳定态势水平，可有效对多种潮流方式的静态稳定态势进行有效量化评估。

步骤 S3中采用虚拟无功变化的方法求得使等效输电模型对应有功损耗最小时所需的无功大小，节点无功补偿水平评估示意图如图 6所示，得到各个节点当前运行方式下无功补偿水平指标的方法包括：

结合各节点等效输电模型及其等效输电有功功率 A，可求出节点等效模型下流通 A对应的有功损耗最小时需要的无功值 2 然后对比与求得的节点等效输电无功功率 β_£，可求得各节点当前运行方式下无功补偿缺额指标 a为：其中， a>o时表示无功欠补， a=o时表示无功最佳， a<o时表示无功过补。

步骤 S3中从 WAMS系统或者各种预想暂态故障集中获取电网暂态过程轨迹时域数据，直接采用受扰严重机组对的方法包络电网暂态行为分析，如图 7所示为电网机组对示意图，得到该电网的暂态稳定裕度指标，包括步骤 S101-步骤 S103:

步骤 S101, 根据各发电机的惯性时间常数 M及其角速度《、功角、机端母线电压相角 S和机端电磁有功功率 ¾_E前后时刻的变化情况，快速识别受扰相对最超前 X台和最滞后 X台发电机，构成受扰相对最严重机组集合0

该数字 X可以根据需要人为设定， X的范围是 5≤ x≤10

步骤 S102,对于集合 Ω内的任意一个超前和滞后机组对，计算发电机组和发电机组 '之间的暂态稳定裕度指标？^ =^^。

ϋ

其中，表示发电机组和发电机组 '之间的功角和的差，

S_seq为发电机组 i和发电机组 j之间的机械功率函数^^和电磁有功功率 P_Eeq的交点虚拟稳定平衡运行点，计算 5_seq的方法包括步骤 S1021-步骤 S1023:

MM. 步骤 S1021,发电机组和发电机组 '之间的等效单机转子惯性时间常数为 - ' 计算发电机组 i和发电机组 j之间的机械功率函数^^ = ^f -^ Γ^ΡΜ]

其中 .和《分别为发电机组₂ '和发电机组 '的惯性时间常数， .和分别为发电机组和发电机组 '的机械注入功率，发电机组的机械注入功率 =M

At

步骤 S1022，计算发电机组和发电机组 j 之间的电磁有功功率

2 _{+ B}2 , A = D cos(¾. -Θ^ + Ε cos( . , B = D sin( -Θ^-Ε sin( . - θ )

C = ^Εχ' ^Ε= _Μ ^Μ _+Μ ^Εχ ' 和分别表示发电机组和发电机组 '

的机端母线电压相角 f,. Uj . θ _Xi 、分别表示发电机组和发电机组 _/的机端母线电压幅值、相角及等效内电抗。

步骤 S1023, 计算 ^ ^)^。

^ EM 步骤 S103，依次计算所述集合 Ω内的任意超前和滞后发电机组和发电机组 '之间的暂态稳定裕度指标以最小机组对的?^作为本次时域数据的暂态稳定裕度指标 &_SI，即 STsi = min{r_s/,, ₀ 通过最小机组对的 S_TSI可实现薄弱机组的定位。

步骤 S3中得到该电网的暂态稳定预估指标的方法包括：对于集合 Ω内的任意超前和滞后机组对，依据计算后的发电机组对等效机械功率 _Ϋ和电磁有功功率变化轨线，利用曲线拟合技术并从能量的角度构建暂态稳定性预估指标，如图 8所示为机组对等效功角曲线拟合示意图。得到该电网的暂态稳定预估指标的方法具体包括步骤 S201-步骤 S203:

步骤 S201, 发电机组对等效机械功率^^在暂态过程中可假定不变，发电机组对等效电磁有功功率^ ^变化轨线可用如下正弦函数进行拟合： y = sin( +¾) + ¾。

其中， x。， _Xl, 为待求取的拟合正弦函数系数，表示发电机组对等效 _βϊ。

步骤 S202,计算发电机组和发电机组 '之间的暂态稳定预估指标¾^，包括步骤 S2021- 步骤 S2023:

步骤 S2021,根据 ^变化轨线拟合函数^，求得故障切除后的不稳定平衡点 _a， ^计算公式为： ^^-arctan^^ - 的暂态动能（加速面积） ^为:

■。 ) + [^COS( +¾)- ^COS(¾0 + ¾)]

（减速面积） v_TB为:

L^COS( _a + ^X1) - ^COS(¾c +

其中，和。分别表示故障发生时刻和故障切除时刻的机组对功角差。

步骤 S2023, 如图 9所示的能量型暂态稳定预估指标示意图，计算发电机组和发电机组 j之间的暂态稳定预估指标 T_smj： T_SEIij =1- 。

其中，指标暂态稳定意义如下， ¾^>0暂态稳定， ¾^=0临界暂态稳定， T_smj<Q, 暂态失稳。

步骤 S203, 依次计算集合 Ω内的任意超前和滞后机组对的¾^，以最小机组对的 ^作为本次时域数据的暂态稳定预估指标 S™， S™计算公式为： S_TEI = mm{r_s^，， Ω}。

步骤 S3中得到该电网节点电压保持合格率的方法包括：

给定暂态过程中节点电压保持能力考察范围（电压跌落下限和持续时间 ) ，统计电网所有节点在暂态过程中满足电压水平可接受范围的节点数目 ew，计算该暂态过程中节点电压满足保持能力的合格率^ ^， ^计算公式为： ^= 。

步骤 S3中得到该电网中线路热稳合格率的方法包括:给定暂态过程中的节点静态稳定裕度指标和线路热稳考察范围：节点静稳裕度限值 _c、线路热稳限值^ «和持续时间 ^，统计电网满足静稳可持续范围的节点数目 ^、满足热稳可持续范围的线路数目 ½w，计算该暂态过程中节点静稳和线路热稳的合格率 S_ra， S_ra计算公式为： ^S""^+L

步骤 S3中得到该电网整体暂态稳定态势综合指标 =«₂S™ + + 其中，《₂、 β―、、 ₂分别为电网按热稳定约束、运行电气量约束和静稳约束的权重系数，可根据经验或分析需要灵活配置。《₂、 Α、 ^满足以下条件：

S_TI可综合衡量当前暂态过程信息的电网暂态稳定态势水平，可有效对多种暂态故障的稳定态势进行有效量化评估。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

权利要求

1、一种基于响应的大电网全态势在线一体化量化评估方法，其特征在于，所述评估方法包括：

2、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，各种电网静态响应数据包括预想态离线潮流、 N-l、 N-2潮流收敛后计算结果、 SCADA\EMS系统状态估计结果、 PMU量测信息；

对于 N-l、 N-2预想故障，根据并行机数量进行分配。

3、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述步骤 S3中对电网进行静态稳定态势评估和暂态稳定态势评估时，将电网所有节点按并行机数量进行分配；

根据电网运行潮流断面信息并结合电网拓扑结构，按有功流向求得各节点等效输电功率采用基于局部量测的跟踪参数辨识方法，在线辨识电网各节点当前态下的等效输电模型参数，所述等效输电模型参数包含等效电源电势^ ^、等效支路阻抗模、阻抗角"，实现基于电网当前运行状态的节点等效输电模型反映射。

4、如权利要求 3所述的方法，其特征在于，所述步骤 S3中得到电网的所述发电机稳定裕度指标、线路稳定裕度指标和节点稳定裕度指标的方法为：

根据最大输电功率思想，分别针对发电机支路、联络线支路及节点等效输电模型，求出所述发电机支路、联络线支路或者节点当前运行方式对应的静态稳定裕度指标，计算

其中 ZL代表所述发电机支路、联络线路或节点等效负荷阻抗，根据末端电压和功率求得。

5、如权利要求 3所述的方法，其特征在于，所述步骤 S3中得到电网的所述发电机热稳合格率和联络线热稳合格率的方法包括：

根据各发电机、联络线自身的热稳定运行约束，统计发电机热稳定合格率 ^^和线路热稳定合格率 _R分别为： G_PR ., L_PR f .，

其中， G_N、 _W分别为电网总发电机数、总联络线数， G_QN、分别为满足各自运行热稳定约束的发电机、联络线数目；

所述步骤 S3中得到电网的所述节点电压合格率和负荷节点功率因数合格率的方法包括：根据电网正常运行方式给定的节点电压和负荷节点功率因数合格范围上下限，统计电网 p

节点电压合格率负荷节点功率因数合格率 4 ^RQFN 其中、分别为电网总节点数和负荷节点数， V_QN、 P_e 分别为满足电压范围的节点数和满足功率因数范围的负荷节点数；

得到电网静稳越限率方法包括：

设定 i某一预警槛值 c，统计电网所有联络线支路和节点等效支路大于 c的个数，节点包括发电机节点、中间联络节点和负荷节点，分别计算线路静稳合格率 _R =^、节点静稳合格率 Ns_{R :}

其中 L_N N_N分别为系统总联络线数和节点数， L_CN N_CN分别为大于 &c的联络线数和节点数。

6、如权利要求 5所述的方法，其特征在于，所述步骤 S3中得到电网整体静态稳定态势综合指标的方法包括：

电网整体静态稳定态势综合指标 = «ι¾ + IRQR + XiS_SR ,

其中， _ai、 A A分别为电网按热稳定约束、运行电气量约束和静稳约束的权重系数，根据经验或分析需要灵活配置， A A、满足：

^^为电网整体热稳合格率， ^^计算

公式为： Η' QR

^GN + N

+ P ¹ QFN

Λ为电网整体运行电气量合格率， R_QR计算公式为： ^RQR

N_AI

■N,

Λ为电网整体静稳合格率， s, ：计算公式为: S,

7、如权利要求 3所述的方法，其特征在于，所述步骤 S3中采用虚拟无功变化的方法求得使等效输电模型对应有功损耗最小时所需的无功大小，得到各个节点当前运行方式下无功补偿水平指标的方法为：

结合所述各节点等效输电模型及其等效输电有功功率 A，求出所述节点等效模型下流通 A对应的有功损耗最小时需要的无功值 2 然后对比所述与求得的所述节点等效输电无功功率&，求得所述各节点当前运行方式下所述无功补偿缺额指标 a为：

8、如权利要求 3所述的方法，其特征在于，所述步骤 S3中从所述 WAMS系统或者各种预想暂态故障集中获取电网暂态过程轨迹时域数据，直接采用受扰严重机组对的方法包络电网暂态行为分析，得到电网的所述暂态稳定裕度指标，包括步骤 S101-步骤 S103 :

S和机端电磁有功功率 ¾_E前后时刻的变化情况，快速识别受扰相对最超前 X台和最滞后 X台发电机，构成受扰相对最严重机组集合 Ω ;

所述数字 X可以根据需要人为设定， X的范围是 5≤ x≤10 ;

步骤 S102, 对于所述集合 Ω内的任意一个超前和滞后机组对，计算发电机组和发电机组 j之间的暂态稳定裕度指标 T_SIij = ^-^；

其中，表示所述发电机组和发电机组 '之间的功角和的差， =δ「δ S 为所述发电机组 i和发电机组 j之间的机械功率函数^^和电磁有功功率^ ^的交点为虚拟稳定平衡运行点；

步骤 S103, 依次计算所述集合 Ω内的任意超前和滞后发电机组和发电机组 '之间的暂态稳定裕度指标⁷^ ·，以最小机组对的⁷^作为本次时域数据的暂态稳定裕度指标 S™，即 5TSI = min r_siij， i, j e Ω|。

9、如权利要求 8 所述的方法，其特征在于，计算所述的方法包括步骤 S1021-步骤 S1023:

步骤 S1021, 所述发电机组和所述发电机组 '之间的等效单机转子惯性时间常数为 Μ,.Μ,.

M_eq =^-^，计算所述发电机组和所述发电机组 j之间的机械功率函数 i j ^Pueq

^PMJ；

其中 M和 Mj分别为所述发电机组 i和发电机组 j的惯性时间常数， P_Mi和 P_Mj分别为所述发电机组和发电机组 '的机械注入功率，所述发电机组的机械注入功率 =M

其 ²+B² , ^A = Dcos(Sj - ） + Ecos( _l - B = D sin(¾. -Θ^-Ε sin( .—θ〗、， C = tan , u; 、 Uj、 θ;、 _Xi 、分别表

示发电机组和发电机组 '的机端母线电压幅值、相角及等效内电抗；

步骤 S1023, 计算 5_seq =«sin(^) - C。

10、如权利要求 8所述的方法，其特征在于，对于集合 Ω内的任意超前和滞后机组对，依据计算后的机组对等效机械功率 P_Meq和电磁有功功率 ¾_q变化轨线，利用曲线拟合技术并从能量的角度构建暂态稳定性预估指标，具体包括步骤 S201-步骤 S203:

步骤 S201, 假定所述发电机组对等效机械功率^^在暂态过程中不变，所述发电机组对等效电磁有功功率变化轨线用如下正弦函数进行拟合： ^ = sin( +¾) + ¾；

步骤 S202, 计算所述发电机组 i和发电机组 j之间的暂态稳定预估指标 T_SEIij；

步骤 S203, 依次计算集合 Ω内的任意超前和滞后机组对的¾^，以最小机组对的 ^作为本次时域数据的暂态稳定预估指标 S™， ST_EI = min{r_s£/,,

步骤 S2021, 根据^ ^变化轨线拟合函数求得故障切除后的不稳定平衡点 _a，所述不稳定平衡点为所述发电机组对等效机械功率^ ^和电磁有功功率^ ^变化轨线的交点， 5_iju 计算公式为： S_iju =n-wcX^x^{PMeq ¾} - _ι; 步骤 S2022, 故障切除时刻机组对的暂态动能^为:

V_TA = J

故障切除后系统所吸收的临界势能（减速面积） ^为：

Sⁱⁿ( + ) + _ P_Meq ^

[^COS( ._a + ¾ ) " COS( _¾ + ¾)

其中，和。分别表示故障发生时刻和故障切除时刻的机组对功角差；

步骤 S2023, 计算所述发电机组和所述发电机组 '之间的所述暂态稳定预估指标

其中， ^ /指标暂态稳定意义为： ¾^>0暂态稳定， ¾^=0临界暂态稳定， T_{smj <}Q, 暂态失稳。

11、如权利要求 10所述的方法，其特征在于，所述步骤 S3中得到电网节点电压保持合格率的方法包括：

给定暂态过程中节点电压保持能力考察范围：电压跌落下限和持续时间，统计电网所有节点在暂态过程中满足电压水平可接受范围的节点数目 ew，计算所述暂态过程中节点电

V,

压满足保持能力的合格率^ «

所述步骤 S3中得到电网中所述线路热稳合格率的方法包括:给定暂态过程中节点静态稳定裕度指标和线路热稳考察范围：节点静稳裕度限值& _c、线路热稳限值^ «和持续时间 r_c，统计电网满足静稳可持续范围的节点数目 ^、满足热稳可持续范围的线路数目 ½w，计算所述暂态过程中节点静稳和线路热稳的合格率 s_ra， S_RA计算公式为： S_TR ^{+ LQN} 。

12、如权利要求 11所述的方法，其特征在于，所述步骤 S3中得到电网整体暂态稳定态势综合指标 = «₂S_TEI + β₂ν_τκ + _ZLS_M；

其中，《₂、 A、分别为电网按热稳定约束、运行电气量约束和静稳约束的权重系数，根据经验或分析需要灵活配置，《₂、 A、 ₂满足：

≤1