一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別的方法

2023-05-08 05:54:36 1

專利名稱：一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別的方法
技術領域：
本發明涉及電力系統領域，具體涉及一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別的方法。
背景技術：
隨著特高壓大電網的建設、新能源發電和新型電力電子設備的引入，電網規模不斷擴大，複雜程度不斷增加，系統的動態特性也更加複雜。區域電力系統的互聯提高了能源的大範圍優化配置能力，同時也可能使區域內的局部故障通過區域間的聯絡斷面向更大範圍擴散，使大電網的安全穩定運行面臨更大的挑戰。對於多機互聯大規模電力系統，暫態穩定問題是人們關注的焦點。隨著聯網規模越來越大，「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已不能滿足大電網安全穩定運行要求，逐漸向「實時決策，實時控制」的方向發展。為滿足實時分析的要求，已有的暫態穩定分析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。這些方法的研究，極大地提高了暫態穩定分析的速度。基於實測響應數據的實時暫態穩定分析與控制本質上是一種基於實測數據的「響應控制」模式，能滿足「實時決策，實時控制」的要求，其關鍵在於快速暫態穩定判據的研究。目前對快速暫態穩定判據的研究，主要集中在利用廣域信息，根據P- 6軌跡穿越動態鞍點時的斜率和功率，研究當軌跡遇到動態鞍點時的失穩判據。基於發電機動能-功角曲線的擴展相平面，研究故障後發電機在保持穩定、首擺失穩和滑行失步三種情況下的暫態穩定指標判據。基於軌跡分析法，從能量函數入手，研究多擺穩定性識別判據。基於軌跡幾何特徵，研究識別多機系統的暫態不穩定性判據。這些方法的研究，豐富了快速穩定判據的研究理論，但是存在計算速度過慢，識別不夠準確等問題。

發明內容
本發明涉及一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別的方法，判斷多機互聯電力系統在故障後的暫態功角穩定性，所述方法包括:步驟SI，通過WAMS量測系統測量的信息確定故障後所述多機互聯電力系統的振蕩聯絡斷面；步驟S2，以T為採樣周期通過所述WAMS量測系統周期性的獲取能夠反映所述多機互聯電力系統動態特性的聯絡斷面動態特徵信息；步驟S3，根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的有功功率是否小於故障後第1-T時刻的有功功率，是，執行步驟S4，否，執行步驟S6 ；步驟S4，根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差是否大於故障後第1-T時刻的母線電壓相角差，是，執行步驟S5，否，執行步驟S6 ；
步驟S5，根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上聯絡線的送端母線故障後第i時刻的頻率是否大於故障後第1-T時刻的頻率，是，判斷所述多機互聯電力系統在故障後第i時刻將發生暫態功角失穩，否，執行步驟S6 ；步驟S6，判斷所述多機互聯電力系統在故障後i時刻不會發生暫態功角失穩，設置i的值為i=i+T，執行步驟SI。本發明提供的第一優選實施例中:所述步驟SI中，通過WAMS量測系統測量的信息確定故障後系統的振蕩聯絡斷面後，確定處於所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線。本發明提供的第二優選實施例中:當所述多機互聯電力系統中有多條所述聯絡線有功功率發生振蕩時，任意一條所述聯絡線上變量的變化趨勢滿足失穩條件時，則說明所述多機互聯電力系統間發生振蕩失穩；在所述振蕩中心處於多條所述聯絡線的情況下，對每條所述聯絡線單獨進行暫態功角失穩判斷。本發明提供的第三優選實施例中:所述步驟S2中，從故障後開始通過所述WAMS量測系統周期性的獲取能夠反映多機互聯電力系統動態特性的聯絡斷面動態特徵信息，所述聯絡斷面動態特徵信息的採樣周期T與所述WAMS量測系統中的PMU測量單元的採樣周期相同；所述聯絡斷面動態特徵信息包括不同時刻振蕩聯絡斷面上不同聯絡線的有功功率、聯絡線首末端電壓相角及聯絡線送端母線頻率；其中，故障後第i時刻振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的有功功率為Pi ,聯絡線首末端電壓相角分別為私、Sita ,聯絡線送端母線
頻率為n。本發明提供的第四優選實施例中:所述步驟S3中根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的有功功率是否大於故障後第1-T時刻的有功功率的方法為:故障後第i時刻和第1-T時刻所述振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的有功功率分別為忍和Pf ;根據所述聯絡斷面動態特徵信息判斷/^ <0時所述振蕩聯絡斷面上的所述
第k條聯絡線在故障後第i時刻的有功功率小於故障後第1-T時刻的有功功率。本發明提供的第五優選實施例中:所述步驟S4中根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的所述聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差是否大於故障後第1-T時刻的母線電壓相角差的方法為:故障後第i時刻所述振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的母線電壓相角差為:所述振蕩聯絡斷面上的所述第k條聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差~與故障後第1-T時刻的母線電壓相角差名4的差為:=( -屹)-；根據所述聯絡斷面動態特徵信息判斷時所述振蕩聯 絡斷面上的所述第k條聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差大於故障後第1-T時刻的母線電壓相角差。
本發明提供的第六優選實施例中所述步驟S5中根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線的送端母線故障後第i時刻的頻率是否大於故障後第1-T時刻的頻率的方法為:故障後第i時刻和第1-T時刻所述振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的送端母線的頻
率分別為A和//一％根據所述聯絡斷面動態特徵信息判斷A/ = fk -f:-T > 0時所述振蕩聯絡斷面上
的所述第k條聯絡線在故障後第i時刻的送端母線的頻率大於故障後第1-T時刻的頻率。本發明提供的一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別方法的有益效果包括:本發明提供的一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別的方法，通過WAMS量測系統測量的信息識別多機互聯電力系統的振蕩聯絡斷面，提取能反映振蕩系統間暫態功角穩定特性的實時響應信息，根據該實時響應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。採用功率-相角-頻率作為快速判斷電力系統暫態功角穩定性的判據，其中功率、相角和頻率均可以通過WAMS量測系統測量的實時響應信息直接獲得，使判斷更為直觀快捷，使該判斷方法更具實用性。


如圖1所示為本發明提供的一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別的方法流程圖；如圖2所示為本發明提供的振蕩區域系統示意圖；如圖3所示為本發明提供的等值兩機系統結構示意圖；如圖4所示為本發明提供的等值兩機系統的等值電路圖；如圖5所不為本發明提供的等值兩機系統的相量圖；如圖6所示為本發明提供的聯絡線的等效電路圖；如圖7所示為本發明提供的區域多機互聯電力系統的網架結構的實施例的示意圖；如圖8所示為本發明提供的區域多機互聯電力系統相角差和有功功率的隨時間的變化趨勢曲線圖；如圖9所示為本發明提供的區域多機互聯電力系統母線頻率隨時間的變化趨勢曲線圖。
具體實施例方式本發明提供一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別的方法，通過WAMS(Wide Area Measurement System,廣域監測系統)量測系統測量的信息識別多機互聯電力系統的振蕩聯絡斷面，提取能夠反映振蕩系統間暫態功角穩定特性的實測響應信息，根據該實測響應信息對多機互聯電力系統的暫態穩定性進行實時分析。具體的，該方法的流程圖如圖1所示，由圖1可知，該方法包括:步驟SI，通過WAMS量測系統測量的信息確定故障後多機互聯電力系統的振蕩聯絡斷面。步驟S2，以T為採樣周期通過WAMS量測系統周期性的獲取能夠反映多機互聯電力系統動態特性的聯絡斷面動態特徵信息。步驟S3，根據聯絡斷面動態特徵信息，判斷振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的有功功率是否小於故障後第1-T時刻的有功功率，是，執行步驟S4，否，執行步驟S6。步驟S4，根據聯絡斷面動態特徵信息，判斷振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差是否大於故障後第1-T時刻的母線電壓相角差，是，執行步驟S5，否，執行步驟S6。步驟S5，根據聯絡斷面動態特徵信息，判斷振蕩聯絡斷面上聯絡線的送端母線故障後第i時刻的頻率是否大於故障後第1-T時刻的頻率，是，判斷該多機互聯電力系統在故障後第i時刻將發生暫態功角失穩，否，執行步驟S6。步驟S6，判斷該多機互聯電力系統在故障後i時刻不會發生暫態功角失穩，設置i的值為i=i+T，執行步驟SI。步驟S6中在判斷該 多機互聯電力系統在故障後i時刻不會發生暫態功角失穩後，設置i的值為i=i+T，執行步驟SI，即判斷經過採樣周期T時間後該多機互聯電力系統的暫態功角穩定性。實施例一:本發明提供的實施例一為本發明提供的一種基於WAMS量測信息的暫態功角失穩實時判別的方法的實施例。具體的，該實施例中多機互聯電力系統的暫態功角穩定性實時判別，從故障後開始通過WAMS系統進行測量。步驟SI中，通過WAMS系統測量的測量信息確定故障後多機互聯電力系統的振蕩聯絡斷面，識別處于振蕩中心的聯絡線，從而將多機互聯電力系統劃分為振蕩兩區域系統。步驟S2中，從故障後開始通過WAMS量測系統周期性的獲取能夠反映多機互聯電力系統動態特性的聯絡斷面動態特徵信息，該聯絡斷面動態特徵信息的採樣周期T與WAMS量測系統中的PMU(Phasor Measurement Unit,同步相角測量單元)測量單元的採樣周期相同，包括不同時刻振蕩聯絡斷面上不同聯絡線的有功功率、線路首末端電壓相角及聯絡線送端母線頻率。其中，故障後第i時刻振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的有功功率為P聯絡
線首末端電壓相角分別為4!、，聯絡線送端母線頻率為//。如圖2所示的振蕩兩區域系統的示意圖，兩區域分別為區域A和區域B，區域A和區域B中包含有多臺發電機，將區域A的系統和區域B的系統分別進行等值，可得到如圖3和圖4所不的等值兩機系統的結構不意圖及等值電路圖，圖5為等值兩機系統的相量圖。根據振蕩聯絡斷面實測響應信息識別系統暫態功角失穩的原理和方法為:區域A和區域B之間聯絡線上的有功功率為PeAB，區域A和區域B之間聯絡線兩端的相角差為9，維持區域A和區域B之間聯絡線有功功率的原動機機械功率為Pdiab，則區域A和區域B之間聯絡線上反映的系統動態穩定特性如表一所示。表一:聯絡線信息變化對應系統動態穩定特性表
權利要求
1.種基於實測響應信息的暫態功角穩定性實時判別的方法，判斷多機互聯電力系統在故障後的暫態功角穩定性，其特徵在於，所述方法包括: 步驟SI，通過WAMS量測系統測量的信息確定故障後所述多機互聯電力系統的振蕩聯絡斷面； 步驟S2，以T為採樣周期通過所述WAMS量測系統周期性的獲取能夠反映所述多機互聯電力系統動態特性的聯絡斷面動態特徵信息； 步驟S3，根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的有功功率是否小於故障後第i_T時刻的有功功率，是，執行步驟S4，否，執行步驟S6 ； 步驟S4，根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差是否大於故障後第i_T時刻的母線電壓相角差，是，執行步驟S5，否，執行步驟S6 ； 步驟S5，根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上聯絡線的送端母線故障後第i時刻的頻率是否大於故障後第i_T時刻的頻率，是，判斷所述多機互聯電力系統在故障後第i時刻將發生暫態功角失穩，否，執行步驟S6 ； 步驟S6，判斷所述多機互聯電力系統在故障後i時刻不會發生暫態功角失穩，設置i的值為i=i+T，執行步驟SI。
2.權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟SI中，通過WAMS量測系統測量的信息確定故障後系統的振蕩聯絡斷面後，確定處於所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線。
3.權利要求1所述的方法，其特徵在於，當所述多機互聯電力系統中有多條所述聯絡線有功功率發生振蕩時，任意一條所述聯絡線上變量的變化趨勢滿足失穩條件時，則所述多機互聯電力系統間發生振蕩失穩；在所述振蕩中心處於多條所述聯絡線的情況下，對每條所述聯絡線單獨進行暫態功角失穩判斷。
4.權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2中，從故障後開始通過所述WAMS量測系統周期性的獲取能夠反映多機互聯電力系統動態特性的聯絡斷面動態特徵信息，所述聯絡斷面動態特徵信息的採樣周期T與所述WAMS量測系統中的PMU測量單元的採樣周期相同； 所述聯絡斷面動態特徵信息包括不同時刻振蕩聯絡斷面上不同聯絡線的有功功率、聯絡線首末端電壓相角及聯絡線送端母線頻率；其中，故障後第i時刻振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的有功功率為聯絡線首末端電壓相角分別為&、,聯絡線送端母線頻率為/「
5.權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述步驟S3中根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的有功功率是否小於故障後第1-T時刻的有功功率的方法為: 故障後第i時刻和第1-T時刻所述振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的有功功率分別為Zi和Pf' 根據所述聯絡斷面動 態特徵信息判斷匕-/^7 <0時所述振蕩聯絡斷面上的所述第k條聯絡線在故障後第i時刻的有功功率小於故障後第1-T時刻的有功功率。
6.權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述步驟S4中根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的所述聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差是否大於故障後第1-T時刻的母線電壓相角差的方法為: 故障後第i時刻所述振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的母線電壓相角差為:^=SI1-S1k2., 所述振蕩聯絡斷面上的所述第k條聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差d[與故障後第1-T時刻的母線電壓相角差g的差為 根據所述聯絡斷面動態特徵信息判斷( -Sg、> O時所述振蕩聯絡斷面上的所述第k條聯絡線在故障後第i時刻的母線電壓相角差大於故障後第1-T時刻的母線電壓相角差。
7.權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述步驟S5中根據所述聯絡斷面動態特徵信息，判斷所述振蕩聯絡斷面上的聯絡線的送端母線故障後第i時刻的頻率是否大於故障後第1-T時刻的頻率的方法為:故障後第i時刻和第1-T時刻所述振蕩聯絡斷面上第k條聯絡線的送端母線的頻率分別力八和/r; 根據所述聯絡斷面動態特徵信息判斷A/丨=f1-n-T > o時所述振蕩聯絡斷面上的所述第k條聯絡線在故障後第 i時刻的送端母線的頻率大於故障後第1-T時刻的頻率。
全文摘要
本發明提供一種基於實測響應信息的暫態功角失穩實時判別的方法，判斷多機互聯電力系統故障後的暫態功角穩定性，包括確定多機互聯電力系統的振蕩聯絡斷面；獲取聯絡斷面動態特徵信息；根據聯絡斷面動態特徵信息，判斷振蕩聯絡斷面上的聯絡線在故障後第i時刻的有功功率小於故障後第i-T時刻的有功功率、母線電壓相角差大於故障後第i-T時刻的母線電壓相角差和振蕩聯絡斷面上聯絡線的送端母線故障後第i時刻的頻率大於故障後第i-T時刻的頻率三個條件同時成立時，判斷多機互聯電力系統在故障後第i時刻將發生暫態功角失穩，否則判斷多機互聯電力系統在故障後i時刻不會發生暫態功角失穩，充分考慮了系統的非線性特性，能準確分析系統受擾後的暫態功角穩定性。
文檔編號H02J3/00GK103094901SQ20131000809
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月9日 優先權日2013年1月9日
發明者湯湧, 吳為, 孫華東, 何劍 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司