一種基於wams及機組對的電網暫態穩定在線量化評估方法
2023-05-31 15:37:56 2
專利名稱：一種基於wams及機組對的電網暫態穩定在線量化評估方法
技術領域：
本發明屬於基於廣域測量系統(WAMS)的電網安全運行實時監控和預警領域，具體涉及ー種基於WAMS及機組對的電網暫態穩定在線量化評估方法。
背景技術：
電網暫態穩定問題是影響電網安全穩定運行的主要問題之一。現代電網互聯及間歇性新能源電源併網規模的擴大，以及各種新電力電子元器件的應用，使得電網運行エ況更加複雜，電網暫態穩定破壞程度更大。大停電主要原因之一是在電網發生故障的前期及過程中，電網監控系統缺少有效的運行態勢在線量化分析方法與實時自適應緊急防控功能，從而錯失了最佳控制時機，而快速、準確的暫態穩定態勢量化評估及薄弱環節識別是實現電網在線安全監控與預警的關鍵。近年來，廣域測量系統(wide area measurement system, WAMS)在工程中得以廣泛應用。由於WAMS系統可在時空角度且具有足夠的精度和速度獲得電網真實動態響應信息，為基於響應的電網在線靜態穩定和暫態穩定分析與控制研究提供了新契機。而近年來，國內外提出了不同的智能電網發展戰略，而智能電網重要的功能之一，就是提高電網的可視化和預警能力。顯然，以往依賴於電網複雜動態模型及時域仿真分析的電網暫態穩定分析及控制方法，在規模、速度及對策上都很難適應電網暫態穩定在線監控這一要求，必須尋求新的基於WAMS系統的電網暫態穩定在線快速量化評估方法。目前，基於WAMS測量信息的暫態穩定研究主要聚焦於功角趨勢預測和暫態穩定特徵挖掘兩個方向。雖然軌跡預測可以預估功角未來變化軌跡，但無法給出暫態穩定程度的等量化信息。而在基於響應(或軌跡)的電網暫態穩定研究方面，主要有基於慣性中心和分群等值兩類方法。基於慣性中心的方法需要電網全部發電機信息，其實質屬於ー種加權平均的處理方法，往往會淹沒ー些敏感的相對失穩機組，某些時候存在滯後判斷或者誤判。分群等值類方法分析結果依賴於同調機群的正確識別，這類方法由於機群的等值簡化也存在關鍵機組的漏判或者滯判問題。還有ー些方法抓住暫態失穩的臨界特徵，從軌跡幾何特徵、能量變化率、能量函數入手構造暫態穩定識別方法，該類方法往往都涉及到變化率問題，在實際工程應用中受PMU測量噪聲及誤差影響較大，容易引起誤判。從宏觀角度來看，電カ系統暫態穩定問題實質是注入的機械動能和網絡吸收的電磁勢能間的能量轉化和平衡性問題。從客觀物理及觀測角度來看，大擾動後，電網總存在受擾(轉子角速度或功角)變化相對最大的兩臺機組(本文稱作臨界機組對)，如果二者相對相角差在有界的範圍內變化(保證系統頻率有界穩定)，則可認為系統暫態穩定，否則暫態失穩。實際上，電網中每臺發電機端ロ輸出電氣量(電磁功率、母線電壓、相角)變化軌跡直接體現了電網整體相互作用對該機的影響。因此，在WAMS基礎上可用故障後臨界機組對(不一定為最超前和最滯後功角差)的等效相互作用行為包羅量化評估電網整體的暫態穩定態勢，具有更加清晰和直觀的物理意義。在現有採用機組對或者類似機組對暫態穩定評估方法中，需要對等效單機輸出電磁功率曲線進行擬合或者等效兩機機群參數進行辨識，曲線擬合及等效機群參數辨識的準確性和合理性制約最終評估結果的可信性，而且還増加了暫態穩定在線評估的計算負擔。目前，在基於WAMS系統的暫態穩定在線評估工程應用上，主要是通過觀測最大發電機相對功角差是否大於某ー預警閥值進行識別，這種預警閥值的設定一般是基於經驗。顯然，暫態穩定量化評估中機組間的相對功角差臨界閥值與實際電網動態特性、初始運行狀態、故障類型以及所觀測的機組對等密切相關，具有時變性，需要實時在線識別。採用經驗設定的最大相對功角預警閥值具有較大的不合理性，其保守型或樂觀性無法評估，無法實現電網暫態穩定在線有效監控和預警額效果。
發明內容
為克服上述缺陷，本發明提供了一種基於WAMS及機組對的電網暫態穩定在線量化評估方法，該方法將充分利用現有WAMS系統實時採集數據和技術條件，在線精確求得機組對相對功角虛擬穩定平衡點，進而實現擾動後電網暫態穩定的在線快速量化評估和預警，有利於智能調度監控系統自動快速採取緊急控制措施，避免大停電事故的發生，提高電網安全運行水平。為實現上述目的，本發明提供一種基於WAMS及機組對的電網暫態穩定在線量化評估方法，其改進之處在於，所述方法包括如下步驟(I). WAMS系統實時監測電網運行狀態，當發現發電機組運行狀態或者節點電壓發生大的變化，並持續超過一定的時間段時，對所述發電機組或者節點電壓進行暫態穩定在線量化評估；(2).根據WAMS系統採集的各個發電機組的角速度ω、功角δ、機端母線電壓相角Θ、機端電磁有功功率Pe，分別計算各個發電機的動能ND ；(3).依據各個發電機的ND權利要求
1.一種基於WAMS及機組對的電網暫態穩定在線量化評估方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟 (1).WAMS系統實時監測電網運行狀態，當發現發電機組運行狀態或者節點電壓發生大的變化，並持續超過一定的時間段時，對所述發電機組或者節點電壓進行暫態穩定在線量化評估； (2).根據WAMS系統採集的各個發電機組的角速度《、功角8、機端母線電壓相角0、機端電磁有功功率PE，分別計算各個發電機的動能ND ； (3).依據各個發電機的ND、5、0
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟I中，通過WAMS的PMU實時採集數據突變自動啟動暫態穩定評估程序，發電機組運行狀態包括機端母線電壓相量和電磁輸出功率，網絡節點採用PMU採集電壓相量信息；一定的時間段是IOms 40ms。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟2中，發電機動能ND計算公式為
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟4中，等效注入機械功率Pm的 計算公式為
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟6中，限幅和遞推平均濾波方法濾波處理的均值計算公式為
6.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟7中，按下式求得節點機端等效負荷電阻Re和電抗Xe:
7.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟8中，機端電壓計算值U。，計算公式為
8.根據權利要求1、7所述的方法，其特徵在於，在所述步驟9中，根據步驟8的機端電壓計算表達式，求得機端計算電壓和測量電壓的差值dU，其中，dU的表達式為dU =Uc-Ug I ；E的初值按I. 05pu給出，Xd初值用發電機次暫態電抗給出。
9.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟10中，由步驟8中的機端電壓計算公式，求得Uc對E、Xd的靈敏度Utm和Udm，計算公式為
10.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟11中，發電機i、j的入網電磁有功功率pEi和Pw分別為
11.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟12中，機組對集合Q中任意兩臺機組對的等效單機轉子運動方程為
12.根據權利要求1、11所述的方法，其特徵在於，在所述步驟13中，將所述步驟11中的PEi和P&.帶入步驟12中的P&q表達式中，可推得Ptol為
13.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟14中，Ssrai滿足方程
14.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟15中，DTSI滿足方程
全文摘要
本發明提供了一種基於WAMS系統及機組對的電網暫態穩定在線實用量化評估方法，屬於基於WAMS的電網安全穩定在線監控與預警技術領域。該方法首先基於WAMS廣域測量信息篩選電網受擾相對最嚴重的發電機集合Ω，將Ω內任意兩臺發電機等效為單機系統，在此基礎上構造了一種動態相對暫態穩定裕度指標DTSI，並以最小機組對的DTSI作為電網DTSI。本發明基於電網實測響應軌跡信息並採用了動態相對的思想，適用於電網任何複雜模型及過渡模式，可充分利用PMU有效測量信息。避免了同調機群識別、曲線擬合及能量積分假設路徑等問題，具有較小計算量和較高可靠性，有望應用於基於WAMS的電網在線安全監控與預警工程中。
文檔編號H02J3/46GK102709953SQ20121015325
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者任玲玉, 侯俊賢, 劉道偉, 吳為, 孫華東, 張雋, 李軼群, 王蓓, 王虹富, 董毅峰, 許曉菲, 賈琳, 馬世英, 高洵 申請人:中國電力科學研究院, 華北電網有限公司