專利名稱：一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法
技術領域：
本發明涉及電力系統領域，具體涉及一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法。
背景技術：
近年來，向量測量裝置(PMU, Phasor Measurement Unit)在國內外電網都有了較快發展。PMU量測裝置能提供精確的時鐘同步信息，如功率、電流、電壓幅值及相角等，并且具有極高的采樣頻率，因此結合現代通信技術，逐漸發展為電力系統新一代監控系統——WAMS (Wide Area Measurement system)測量系統。基于WAMS測量系統,在電網調度中心可以實時獲得全網同步擾動響應數據，這極大的提高了電力系統的可觀性和可控性，也為電力系統暫態功角穩定分析與控制提供了技術支撐。電力系統暫態功角穩定分析與控制是研究電力系統受到諸如短路故障，切除線路、發電機、負荷，發電機失去勵磁或者沖擊性負荷等大擾動作用下，電力系統的動態行為和保持同步穩定運行的能力。當前電力系統暫態功角穩定分析與控制基本都是通過先驗的離線仿真分析配置相應的控制措施和提供決策支持，即“離線決策，在線匹配”和“在線決策，實時匹配”的暫態穩定分析與控制模式。隨著互聯電網規模越來越大，這種分析控制模式無法實現對電網的實時監控，也無法對電網運行狀況的變化做出合理的反應，難以滿足大電網智能、堅強穩定運行的需求，因此逐漸向“實時決策，實時控制”的方向發展。實時暫態功角穩定分析與控制，關鍵在于快速暫態功角穩定性判別。目前的研究方法，主要集中在實時/超實時時域仿真法和直接法的研究上。這些方法，難以反映系統故障后實際的動態響應行為，并且計算速度依然難以滿足實時分析的要求。

發明內容
本發明涉及一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法，所述方法包括步驟SI，通過WAMS測量系統獲取故障后所述系統的受擾響應數據；步驟S2，根據所述受擾響應數據計算所述系統受擾軌跡特征的變化量，確定受擾軌跡的變化趨勢，根據所述變化趨勢判斷所述系統是否處于不穩定區間運行，是，執行步驟S3，否，執行步驟S4 ；步驟S3，根據所述受擾響應數據計算所述系統的不平衡功率ΛΡ' i，根據所述不平衡功率ΛΡ' i判斷所述系統是否會越過不穩定平衡點，是，判斷所述系統將發生暫態功角失穩，否，執行步驟S4 ；步驟S4，判斷此時刻所述系統穩定，執行步驟SI，根據i+T時刻的量測數據判斷所述系統的穩定性。本發明提供的第一優選實施例中所述步驟SI中，從故障后開始通過WAMS測量獲取所述受擾響應數據，所述受擾響應數據的采樣周期T與所述WAMS系統中的PMU測量單元的采樣周期相同。本發明提供的第二優選實施例中所述受擾響應數據包括不同時刻的線路輸送的有功功率和線路首末端電壓相角，其中，i時刻線路輸送的有功功率為ii U，i時刻線路首末端電壓相角分別為 1和名O本發明提供的第三優選實施例中所述步驟S2中所述系統受擾軌跡特征的變化量包括電磁功率的變化量Δ/ 和功角差的變化量A δ1 ;Δ/:: = K -/ζ τ , A δ 1 = δ δ H ；其中，分別為第i、i-T時刻所述WAMS監測的聯絡斷面的電磁功率值；δ \δ η分別為第i、i-T時刻所述WAMS監測的聯絡斷面的功角差。本發明提供的第四優選實施例中所述步驟S2中，根據所述受擾響應數據計算所述系統所述受擾軌跡特征的變化量ΔΡΗΡ △ δ 1的方法為AP = P/ U— -Pf Ur ASi = (S;- )-((τ - dfT)。本發明提供的第五優選實施例中所述步驟S2中，當滿足€ -/T <0& δ L δ η > O時，系統處于不穩定區間運行，執行步驟S4，不滿Up -ργτ < ο & δ L δ η > ο 時，執行步驟 S3。本發明提供的第六優選實施例中所述步驟S3中所述不平衡功率=K ；其中，第i時刻的電磁功率值0為第i時刻線路輸送的有功功率if U，第i時刻的機械功率值K,采用故障前穩態運行時系統聯絡斷面的輸送功率IV本發明提供的第七優選實施例中所述步驟S3中根據所述不平衡功率ΛΡ, i判斷所述系統是否會越過不穩定平衡點的方法為將所述不平衡功率ΛΡ’ i與不平衡功率門檻值K相比較，滿足ΔΡ’=ΡΧ<[時，系統會越過不穩定平衡點。本發明提供的第八優選實施例中所述K的值為O. 05Pm。本發明提供的一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法的有益效果包括本發明提供的一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法，通過WAMS量測系統實時提取能反映多機互聯電力系統暫態功角穩定性的信息，根據該信息對暫態功角穩定性進行實時分析，為大規模電力系統的安全穩定運行提供技術支撐。


如圖I所示為本發明提供的一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法的流程圖；如圖2所不為本發明提供的等值兩機系統相量圖；如圖3所示為本發明提供的某區域互聯系統的網架結構示意圖；如圖4所示為本發明提供的某區域互聯系統電氣量變化曲線圖。
具體實施例方式本發明提供一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法，根據WAMS量測系統提取的能反映該多機互聯系統暫態功角穩定性的功率功角實時信息，研究多機互聯電力系統受到大擾動作用下的動態行為和保持同步穩定運行的能力。具體的，該方法的流程圖如圖I所示，包括步驟SI，通過WAMS測量系統獲取故障后多機互聯系統的受擾響應數據。步驟S2，根據該受擾響應數據計算系統受擾軌跡特征的變化量，確定受擾軌跡的變化趨勢，根據該變化趨勢判斷系統是否處于不穩定區間運行，是，執行步驟S3，否，執行步驟S4。步驟S3，根據該受擾響應數據計算系統的不平衡功率ΦΡ' i，根據該不平衡功率OPi 1判斷該系統是否會越過不穩定平衡點，是，判斷該系統將發生暫態功角失穩，否，執行步驟S4。步驟S4，判斷該時刻系統穩定，執行步驟SI，根據i+T時刻的量測數據判斷系統的
穩定性。實施例一本發明提供的實施例一為本發明提供的一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法的實施例。具體的，該實施例中暫態功角穩定性實時判別，從故障后開始通過WAMS測量，步驟Si中，該受擾響應數據包括不同時刻線路輸送的有功功率和線路首末端電壓相角，其中，i時刻線路輸送的有功功率為P I I時刻線路首末端電壓相角分別為客和名。受擾響應數據的采樣周期T與WAMS系統中的PMU測量單元的采樣周期相同。步驟S2中系統受擾軌跡特征的變化量包括電磁功率的變化量AF和功角差的變化量Δ δ \其中，APJ = -廠' Λ δ 1 = δ L δ I Pi 4-7分別為第i、i_T時刻WAMS監測的聯絡斷面的電磁功率值^1、δ η分別為第i、i-T時刻WAMS監測的聯絡斷面的功角差。根據受擾響應數據計算系統受擾軌跡特征的變化量和Δ δ 1的方法為對于大規模多機互聯電力系統，當受到擾動后，發電機會分群運動。將擾動后的多機系統進行分群，記多機系統中轉子角最超前和最滯后的機群分別為S群和A群，兩群之間的聯絡線為L，因此可化為等值兩機系統，等值兩機系統相量圖如圖2所示，考察聯絡線L上的輸送功率，由圖2可知
IaXl cos(^) + 5 ) = \r2 sin(< 2 -J1)( I)
PeL =νιΙΑ€05(φ + δι)(2)將式(I)代入到式(2)有
r νγPeCl)
L其中δ p δ 2為聯絡線L首末端電壓相角，V1, V2為線路首末端電壓幅值，Xl為故障后線路電抗。由此可得式(I)、式(2)中電磁功率6及功角差P為:P； =P/ U(4)Si =Si-Si1(5)根據式(4)和(5)可得ΔΡ；=P/ U -If Ur M =(S；-φ-(^τ。
步驟S2中計算得到電磁功率的變化量<和功角差的變化量Λ δ 1，根據運動方程的穩定特性確定系統當前的運行趨勢，運動方程的穩定特性表現為當滿足< O& δ L δ i_T > O時，系統處于不穩定區間運行，執行步驟S4，不滿足PJ-ΡΓΓ<0&δ L δ i_T > O時，執行步驟S3。步驟S3中不平衡功率間'=i _《，即該不平衡功率ΛΡ' i的值為第i時刻的電磁功率值g和機械功率值的差，第i時刻的電磁功率值即為第i時刻線路輸送的有功功率PeL U。對于互聯多機系統，動態過程中確定兩群機組之間的機械功率Pm要復雜得多，考慮到實際系統中，故障后新的靜態穩定平衡點總是在故障前穩定平衡點的狹小鄰域內，故暫態過程中機械功率值K可近似采用故障前穩態運行時兩群機組之間的輸送功率IV根據不平衡功率ΛΡ’ i判斷該系統是否會越過不穩定平衡點的方法為將不平衡功率ΛΡ, i與不平衡功率門檻值K相比較，即滿足 K -Il <A_時，系統會越過不穩定平衡點，實際應用中K可取O. 05Pm。實施例二 本發明提供的一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法的實施例二為以某區域的多機互聯電力系統的實施例，該區域互聯系統的網架結構示意圖如圖3所示，采用2010年冬季方式數據，仿真計算工具為全過程動態仿真程序(PSD-FDS)，用仿真程序得到的擾動響應數據來模擬廣域量測系統的實時量測數據。故障條件為在第Os時刻線路LI的母線BI側發生三相短路故障，O. 09s跳開BI側開關，O. Is跳開B13側開關，同時跳開線路L2。監測與系統A相連的聯絡斷面。步驟SI':通過仿真程序得到的擾動響應數據來模擬廣域量測系統的實時量測數據，故障后數據從O. Is開始，特征量為母線B2與母線B3之間的輸送功率Pe、母線B2的相角S1和母線B3的相角δ2。步驟S2’ 計算電磁功率的變化量W和功角差的變化量Λ δ 1，即:&Pj =Pl -Ρ-Γ，Si=Sl-S^, A δ1= δΙδΗ;利用計算所得到的電磁功率變化量和功角差的變化量Δ 確定受擾軌跡的變化趨勢，根據運動方程的穩定特性確定系統當前的運行趨勢。運動方程的穩定特性可表述為:當滿足巧<ο& δ L δ η > ο時，系統處于不穩定區間運行，是，執行步驟S3’，否，執行步驟S4’。如圖4所示為該區域互聯系統電氣量變化曲線圖，由圖4可知，當t > O. 42s后，電磁功率減小，功角差增大，即系統進入到不穩定區間。步驟S3’ 計算不平衡功率，SP W當前時刻的機械功率P:可取為故障前的穩態輸送功率值，標么值為<=1。根據計算所得到的不平衡功率ΛΡ' i，與不平衡功率門檻值K相比較，從而確定系統的穩定性。即滿足間'=Pl &時，K取O. 05，系統將失穩，否則，執行步驟S4’。由圖4可知，當t = O. 78s時，ΛΡ’ i < O. 05，即可判斷系統將發生暫態功角失穩。步驟S4’，判斷該時刻系統穩定，執行步驟SI'，根據i+T時刻的量測數據判斷系統的穩定性。以上雖然根據附圖對本發明的實施例進行了詳細說明，但不僅限于此具體實施方式
，本領域的技術人員根據此具體技術方案進行的各種等同、變形處理，也在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法，其特征在于，所述方法包括步驟SI，通過WAMS測量系統獲取故障后所述系統的受擾響應數據；步驟S2，根據所述受擾響應數據計算所述系統受擾軌跡特征的變化量，確定受擾軌跡的變化趨勢，根據所述變化趨勢判斷所述系統是否處于不穩定區間運行，是，執行步驟S3，否，執行步驟S4;步驟S3，根據所述受擾響應數據計算所述系統的不平衡功率ΛΡ,,，根據所述不平衡功率AP’i判斷所述系統是否會越過不穩定平衡點，是，判斷所述系統將發生暫態功角失穩，否，執彳了步驟S4 ；步驟S4，判斷此時刻所述系統穩定，執行步驟SI，根據i+T時刻的量測數據判斷所述系統的穩定性。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟SI中，從故障后開始通過WAMS測量獲取所述受擾響應數據，所述受擾響應數據的采樣周期T與所述WAMS系統中的PMU測量單元的采樣周期相同。
3.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述受擾響應數據包括不同時刻的線路輸送的有功功率和線路首末端電壓相角，其中，i時刻線路輸送的有功功率為if U，i時刻線路首末端電壓相角分別為客和起。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中所述系統受擾軌跡特征的變化量包括電磁功率的變化量和功角差的變化量ASi;δ/ = P；, -ry , a δ1 = Si-Si_T ；其中4、/ 1分別為第i、i-T時刻所述WAMS監測的聯絡斷面的電磁功率值；δ i、δ H分別為第i、i-T時刻所述WAMS監測的聯絡斷面的功角差。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，根據所述受擾響應數據計算所述系統所述受擾軌跡特征的變化量Δ/和Δ δ 1的方法為^ =If U -Pe U—Γ-Φ-(STt-SP)。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，當滿足€-/T<0& δ L δ η> O時，系統處于不穩定區間運行，執行步驟S4，不滿足K -Prr < O & δ i- δ H > O時，執行步驟S3。
7.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中所述不平衡功率其中，第i時刻的電磁功率值K為第i時刻線路輸送的有功功率P I第i時刻的機械功率值6采用故障前穩態運行時系統聯絡斷面的輸送功率匕。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中根據所述不平衡功率ΛΡ'i判斷所述系統是否會越過不穩定平衡點的方法為將所述不平衡功率Λ P’ i與不平衡功率門檻值K相比較，滿足= K - Ii < A.時，系統會越過不穩定平衡點。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述K的值為O.05Pm。
全文摘要
本發明提供一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法，包括步驟S1，通過WAMS測量系統獲取故障后系統的受擾響應數據；步驟S2，根據受擾響應數據計算系統受擾軌跡特征的變化量，確定受擾軌跡的變化趨勢，根據變化趨勢判斷系統是否處于不穩定區間運行，是，執行步驟S3，否，執行步驟S4；步驟S3，根據受擾響應數據計算系統的不平衡功率ΔP'i，根據不平衡功率ΔP'i判斷系統是否會越過不穩定平衡點，是，判斷系統將發生暫態功角失穩，否，執行步驟S4；步驟S4，判斷此時刻系統穩定，執行步驟S1，根據i+T時刻的量測數據判斷系統的穩定性。本發明提供一種多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別的方法，完全擺脫對仿真過程的依賴，準確分析系統受擾后的暫態功角穩定性。
文檔編號H02J3/00GK102946099SQ20121040884
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者吳為, 湯涌, 孫華東, 何劍 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司