一種大電網頻率時空演變過程分析系統的製作方法
2023-05-31 18:09:41
一種大電網頻率時空演變過程分析系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種本發明大電網頻率時空演變過程分析系統，包括預處理模塊、數據獲取模塊、傳播機理分析模塊、頻率傳播機理分析模塊，傳播機理分析模塊根據預處理模塊和數據獲取模塊得到的電網基本參數和實際運行數據，建立具有分布式導線特性和機組離散分布特性的大電網頻率時空演變過程模型以及擾動傳播機理模型，從而得到擾動對各機組的電功率影響以及相對於各機組的傳播速度，頻率傳播機理分析模塊根據傳播機理分析模塊得到的模型和數據進行頻率時空傳播特性、頻率軌跡、頻率穩定量化，從而實現大電網頻率時空演變過程的模擬。本發明在大電網頻率時空演變過程模擬方面具有很高的準確度。
【專利說明】一種大電網頻率時空演變過程分析系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於電網頻率時空演變【技術領域】，更為具體地講，涉及一種大電網頻率時空演變過程分析系統。
【背景技術】
[0002]我國能源分布不均、地區發展差異較大，能源的資源與需求呈逆向分布，形成了能源基地和負荷中心分離的局面。隨著「西電東送、南北互供、全國聯網」等戰略的實施以及以特高壓為特徵的「堅強智能電網」的建設，使得我國形成了世界上獨一無二的超大規模互聯電網，同時形成了通過長距離高壓輸電網互聯的送端與受端電網。如四川電網、西北電網、貴州電網和雲南電網均屬於典型的送端電網，向長三角和珠三角輸送大容量電力。雖然大規模互聯電網因為系統容量增大後可以有效提高電網頻率穩定性，仍有較多複雜電力系統在大擾動下維持頻率穩定的能力在不斷惡化。對於送端電網，既要保證本地區電量需求，又要通過大容量集中外送方式實現對受端電網送電。當聯絡線出現故障，導致送端電網大部分功率外送受阻，將引起送端電網頻率急劇波動，威脅電網安全。一旦未及時處理，可能引發大範圍連鎖故障。研究表明，頻率穩定是一個全局問題，在大事故演化過程起著關鍵作用，一旦頻率穩定被破壞，將引起系統的加速崩潰。因此，建立大電網頻率時空演變過程分析系統是非常有必要的，可以為後續建立有前瞻性的安全防禦和多周期、多防線的安全防禦體系，為實現在線預警與安全防禦提供理論依據，最大限度保證電網的安全穩定和經濟運行。
[0003]電力系統頻率是電力系統運行參數中最重要的參數之一。電力系統頻率動態過程直接反映電網內部有功功率供需平衡的基本狀態，根據動態特性可以確定調頻機組的合理配置(如備用容量及分布)、系統保護與機組保護的協調配合。迄今為止，對頻率動態過程的分析多採用單機帶集中負荷模型。但是隨著電力系統的發展，網絡結構、擾動地點、負荷構成及電壓特性等因素對電力系統動態頻率特性有顯著的影響，動態過程中電力系統的頻率在空間上的分布特性逐漸顯現。單機模型忽略了線路與網絡的影響，或認為各地區系統與幹擾點之間距離相等且參數相同，對於早期的電網，這樣的簡化是基本準確的。但對於現代複雜的多機系統，電網的結構和運行情況和單機模型分析的基本假設相差甚遠。因而在分析多機電力系統時，如果仍然採用單機模型的功率頻率動態過程的概念和方法，會使得分析結果和實際電網產生很大的差距，或者出現完全錯誤的結果。這使得電力工作者將注意力轉向了對大電網動態頻率的時空分布特性的研究。
[0004]例如，在文獻「韓英鐸，王仲鴻，閔勇，等.電力系統動態頻率的定義及「虛擬轉子法」頻率測量研究.清華大學學報，Vol.33(1)，1993，pp.1_9」中，對動態過程中的頻率進行了分類，定義了全系統動態頻率、地區動態頻率、發電機節點動態頻率和一般節點動態頻率。在文獻「M.Parashar, J.S.Thorp, C.E.Seyler.Continuum Modeling ofElectromechanical Dynamics in Large Electric Power Systems.1EEE Trans on CAS-1,Vol.51 (9), 2004,pp.1848 - 1858」中，把電力網絡(包括發電機、線路和負荷等)作為二維空間的連續函數，得到了描述非均勻電力系統的平面矢量場，利用連續機電波模型對頻率動態的傳播進行了分析。在文獻「張恆旭，劉玉田.電力系統動態頻率響應時空分布特徵量化描述.中國電機工程學報，Vol.29(7)，2009，pp.64-70」中，通過定義觀測空間、響應時間以及響應線性區間，提出基於觀測空間的頻率響應時空分布特徵量化描述方法，並通過定義的微觀變量來量化描述系統頻率的動態行為。
[0005]由於電力網絡在地理上分布不均勻、機組及其控制器參數差異，以及不同區域負荷特性不同，使得在分析大型互聯電力系統的動態頻率時空演變過程時產生了困難。目前關於複雜電網的動態頻率特性的研究主要集中在瞬時頻率時空分布及其動態傳播、動態頻率的影響因素、頻率測量以及基於動態頻率的安全穩定評估幾個方面。對大電網頻率時空演變過程分析主要採用參數均勻、各向同性的連續機電波模型，但連續機電波模型的假設不符合實際電網中機組分布和網絡連接關係不均勻的情況，這對實際離散電網缺乏準確的描述，很難真實的反映出實際頻率的時空演變過程。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種基於導線分布式特性和機組離散分布的頻率時空演變過程分析系統，實現對大型互聯電網的動態頻率時空演變過程的準確分析。該系統基於電網真實條件建立，能準確反映電網頻率時空演變過程，實現對電網動態頻率的預測，該發明為實現電力系統頻率穩定控制提供了新思路。
[0007]為實現上述發明目的，本發明大電網頻率時空演變過程分析系統，包括預處理模塊、數據獲取模塊、傳播機理分析模塊、頻率傳播機理分析模塊，其中:
[0008]預處理模塊，用於獲取電網基本參數並發送給傳播機理分析模塊，包括線路長度X，線路單位阻抗Ztl,機組數量n，機組慣性係數Mi,機組阻尼Di,機組機械輸入功率Pmi，電網的節點導納矩陣Y，矩陣中元素Yii = Gi^jBii表示機組i的自導納,元素Yij = Gij+jBij表示機組i和機組j之間的互導納，下標1、j表示機組序號，取值範圍為I≤i≤n、l≤j≤η ;
[0009]數據獲取模塊，用於實時獲取電網電力機組的電壓U1、電流Ip轉子角Q1、轉速ω 1、電功率Pei，並將這些參數發送給傳播機理分析模塊；
[0010]傳播機理分析模塊，用於根據來自預處理模塊和數據獲取模塊的數據，計算擾動對各機組i的電功率影響Pd,及相對於各機組i的傳播速度Vi，將得到的數據發送給頻率傳播機理分析模塊；計算方法為:
[0011]電功率影響PeiA:
[0012]
【權利要求】
1.一種大電網頻率時空演變過程分析系統，其特徵在於，包括:預處理模塊、數據獲取模塊、傳播機理分析模塊、頻率傳播機理分析模塊，其中: 預處理模塊，用於獲取電網基本參數並發送給傳播機理分析模塊，包括線路長度X，線路單位阻抗Ztl,機組數量n，機組慣性係數Mi,機組阻尼Di,機組機械輸入功率Pmi，電網的節點導納矩陣Y，矩陣中元素Yii = Gii+jBii表示機組i的自導納,元素Yij = Gij+jBij表示機組i和機組j之間的互導納，下標1、j表示機組序號，取值範圍為I≤i≤n、l≤j≤η ; 數據獲取模塊，用於實時獲取電網電力機組的電壓U1、電流I,、轉子角Q1、轉速Co1、電功率P#並將這些參數發送給傳播機理分析模塊； 傳播機理分析模塊，用於根據來自預處理模塊和數據獲取模塊的數據，計算擾動對各機組i的電功率影響Pei,及相對於各機組i的傳播速度Vi，將得到的數據發送給頻率傳播機理分析模塊；計算方法為: 電功率影響
2.根據權利要求1所述的大電網頻率時空演變過程分析系統，其特徵在於，所述數據獲取模塊由各電力機組的電力系統同步相量測量裝置組成。
3.根據權利要求1所述的大電網頻率時空演變過程分析系統，其特徵在於，還包括顯示模塊，用於對電網中運行參數進行顯示，包括各機組節點的頻率、功率、電壓、轉子角。
4.根據權利要求3所述的大電網頻率時空演變過程分析系統，其特徵在於，所述顯示模塊包括地理信息顯示模塊、頻率時空演變可視化模塊、擾動點信息顯示模塊、擾動後功率分配顯示模塊和告警信息顯示模塊，其中: 地理信息顯示模塊，用於顯示各頻率監測點在二維平面空間中的坐標及相對位置關係等地理數據； 頻率時空演變可視化模塊，用於根據頻率監測點實時監測到的頻率數據，進行基於連續體模型的頻率信息顯示，通過不同顏色代表不同的頻率數據，顯示電力系統頻率分布圖，其具體方法為: 將待顯示的電力系統頻率分布圖劃分為MXN個網格，每個網格為一個測量點，如果該測量點在地理信息圖層對應位置存在頻率監測點，則根據該頻率監測點的實時測量頻率顯示，如果該測量點在地理信息圖層對應位置不存在頻率監測點，則將這些測量點稱為虛擬網格，其顯示的虛擬頻率通過計算得到。其計算方法為:
Fg — (^he Al/(DghXDgh) XkoscdXFh)/(^he Al/(DghXDgh)) 其中，Fg表示虛擬網格點g的虛擬頻率值，Fh表示網格點h的頻率值，A表示在相同的電力系統區域內從網格點g出發，在確定擾動距離範圍內的網格點的子集，Dgh表示網格點g到網格點h的距離，koscd為預設的振蕩強度係數； 擾動點信息顯示模塊，根據擾動點尋源定位算法，估計產生擾動的時間和地理位置信`息； 擾動後功率分配顯示模塊，根據能量分配原則，計算擾動量的流動方向和對各機組的電功率影響； 告警信息顯示模塊，用於對超出安全範圍的頻率波動進行告警顯示。
5.根據權利要求1所述的大電網頻率時空演變過程分析系統，其特徵在於，還包括系統管理模塊，包括用戶管理模塊、用戶登陸驗證模塊、用戶權限分配模塊、系統文件完整性驗證模塊。
【文檔編號】H02J3/00GK103701121SQ201310752744
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】黃琦, 李堅, 楊三根, 蔡東升, 井實, 易建波, 江晨穎 申請人:電子科技大學