基于功率振蕩次數(shù)評(píng)估系統(tǒng)阻尼比的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于功率振蕩次數(shù)評(píng)估系統(tǒng)阻尼比的方法。該方法基于廣域測(cè)量系統(tǒng)和電力系統(tǒng)分析綜合程序軟件提供的數(shù)據(jù)生成互聯(lián)電網(wǎng)的小干擾線性化方程，解方程得到各支路功率振蕩的時(shí)域表達(dá)式；結(jié)合各支路功率振蕩的時(shí)域表達(dá)式和有效擾動(dòng)的判定方法求得在區(qū)域間振蕩頻率范圍內(nèi)兩區(qū)域間各聯(lián)絡(luò)線的有效擾動(dòng)次數(shù)和互聯(lián)電網(wǎng)總有效擾動(dòng)次數(shù)的理論比值與區(qū)域間阻尼比的關(guān)系式；由廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取區(qū)域間各聯(lián)絡(luò)線每日有效擾動(dòng)次數(shù)和互聯(lián)電網(wǎng)總每日有效擾動(dòng)次數(shù)，計(jì)算得到兩者之間的實(shí)測(cè)比值；繪制關(guān)系式對(duì)應(yīng)的曲線圖，獲取區(qū)域間阻尼比的評(píng)估值。本發(fā)明針對(duì)WAMS歷史數(shù)據(jù)能夠評(píng)估系統(tǒng)阻尼比的大小及變化情況，為運(yùn)行調(diào)度人員提供參考依據(jù)。
【專利說明】基于功率振蕩次數(shù)評(píng)估系統(tǒng)阻尼比的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制領(lǐng)域，具體涉及電力系統(tǒng)阻尼比的評(píng)估，提出了 一種基于功率振蕩次數(shù)評(píng)估系統(tǒng)阻尼比的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)，有功功率振蕩逐漸成為影響大型互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的 主要威脅之一。電網(wǎng)網(wǎng)架的日益龐大，快速勵(lì)磁、電液伺服調(diào)速裝置等的廣泛應(yīng)用，使得互 聯(lián)電網(wǎng)出現(xiàn)有功功率振蕩的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，一方面抑制了電網(wǎng)的輸電能力，另一方面也增 加了電網(wǎng)出現(xiàn)停電事故的概率。因此，大電網(wǎng)有功功率振蕩問題是國內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展必須面 臨的一個(gè)難題。對(duì)于運(yùn)行調(diào)度人員而言，根據(jù)廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS)的數(shù)據(jù)監(jiān)控并預(yù)測(cè)電 網(wǎng)阻尼比的變化，在互聯(lián)電網(wǎng)阻尼減弱時(shí)采取相應(yīng)措施是有效避免有功功率振蕩的方法之 〇
[0003] 廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS)源自互聯(lián)電網(wǎng)對(duì)于時(shí)間上同步和空間上廣域的實(shí)際需求， 它是以相量測(cè)量單位（PMU)為基層單元采集信息，經(jīng)過通信系統(tǒng)上傳至調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)對(duì) 互聯(lián)電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系3統(tǒng)。PMU利用全球定位系統(tǒng)（GPS)時(shí)鐘同步的特 點(diǎn)，測(cè)量各節(jié)點(diǎn)以及線路在同一時(shí)間坐標(biāo)下的各種狀態(tài)量。WAMS信息目前主要被用于在線 分析互聯(lián)電網(wǎng)振蕩阻尼，擾動(dòng)定位等方面，選取的是監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而其歷史數(shù)據(jù)在電網(wǎng) 中應(yīng)用很少。廣域測(cè)量的歷史數(shù)據(jù)中有電網(wǎng)每日發(fā)生的有效擾動(dòng)次數(shù)，這里有效擾動(dòng)定義 為：
[0004] 當(dāng)廣域測(cè)量系統(tǒng)中有聯(lián)絡(luò)線有功功率振蕩曲線同時(shí)滿足：
[0005] a、振蕩頻率在0· 1?2. 5Hz ;
[0006] b、聯(lián)絡(luò)線功率振蕩連續(xù)r個(gè)周波的幅值大于給定閾值M ;
[0007] 時(shí)，判定該聯(lián)絡(luò)線發(fā)生了有效擾動(dòng)；否則，判定該聯(lián)絡(luò)線沒有發(fā)生有效擾動(dòng)；M即 為有效擾動(dòng)閾值。
[0008] 電力系統(tǒng)分析綜合程序（Power System Analysis Software Package)簡(jiǎn)稱 PSASP。它是一套歷史長(zhǎng)久、功能強(qiáng)大、使用方便的商用電力系統(tǒng)分析程序，由中國電力科學(xué) 研究院技術(shù)分公司開發(fā)，具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是資源共享，使用方便，高度集成和開放 的大型軟件包。電力系統(tǒng)分析綜合程序基于電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、固定模型庫以及用戶自定義 模型庫的支持，可進(jìn)行電力系統(tǒng)（輸電、供電和配電系統(tǒng)）的各種計(jì)算分析。能實(shí)現(xiàn)如下功 能：潮流計(jì)算，暫態(tài)穩(wěn)定，短路電流，網(wǎng)損分析，電壓穩(wěn)定，靜態(tài)安全分析，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等值， 直接法暫態(tài)穩(wěn)定，小干擾穩(wěn)定，最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化，參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào)，繼電保護(hù)整定與仿真 等。
[0009] 互聯(lián)電網(wǎng)小干擾線性化分析互聯(lián)電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定的步驟（何仰贊，溫增銀.電力系 統(tǒng)分析（下冊(cè)）[M] ·華中科技大學(xué)出版社，2002:226-229.)如下：
[0010] (1)列寫電力系統(tǒng)各元件的微分方程以及聯(lián)系各元件間關(guān)系的代數(shù)方程；
[0011] (2)分別對(duì)微分方程和代數(shù)方程線性化；
[0012] (3)消去方程中的非狀態(tài)變量，求出線性化小擾動(dòng)狀態(tài)方程及矩陣A ;
[0013] (4)進(jìn)行給定運(yùn)行情況的初態(tài)計(jì)算，確定A矩陣各元素的值；
[0014] (5)確定或判斷A矩陣特征值實(shí)部的符號(hào)，判斷系統(tǒng)在給定的運(yùn)行條件下是否具 有靜態(tài)穩(wěn)定性。
[0015] 楊東俊等的"基于WAMS量測(cè)數(shù)據(jù)的低頻振蕩機(jī)理分析"（電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2009,33(23) :24-28)針對(duì)華中電網(wǎng)WAMS)基于記錄到的一次區(qū)域間低頻振蕩事件，采用 Prony方法分析振蕩各階段特征確定其振蕩類型，并結(jié)合電網(wǎng)歷史小干擾事件頻率分布統(tǒng) 計(jì)情況驗(yàn)證結(jié)論。但是文中沒有對(duì)小干擾事件頻率分布統(tǒng)計(jì)情況進(jìn)行分析解釋。楊東俊等 的"基于WAMS的負(fù)阻尼低頻振蕩與強(qiáng)迫振蕩的特征判別"（電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013, 37(13): 57-62)在WAMS的歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合負(fù)阻尼振蕩和強(qiáng)迫功率振蕩事件發(fā)生前振蕩 模式分布統(tǒng)計(jì)特征，對(duì)電力系統(tǒng)低頻振蕩性質(zhì)進(jìn)行了分析和判斷。但是文中并未給出聯(lián)絡(luò) 線有效擾動(dòng)次數(shù)與系統(tǒng)阻尼比對(duì)應(yīng)關(guān)系的理論分析，難以定量確定有效擾動(dòng)次數(shù)與系統(tǒng)阻 尼比的對(duì)應(yīng)關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于功率振蕩次數(shù)評(píng)估系統(tǒng)阻尼比的方法，該方法首 先通過廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取所有節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角以及有效擾動(dòng)次數(shù)的信息，通過電力 系統(tǒng)分析綜合程序軟件得到互聯(lián)電網(wǎng)中各發(fā)電機(jī)的參數(shù)和所有線路的參數(shù)，將上述信息和 參數(shù)生成互聯(lián)電網(wǎng)的小干擾線性化方程；然后求解小干擾線性化方程，得到各支路功率振 蕩的時(shí)域表達(dá)式；結(jié)合各支路功率振蕩的時(shí)域表達(dá)式和有效擾動(dòng)的判定方法求得區(qū)域4和 區(qū)域A t間在[fi，f2]的頻率范圍內(nèi)聯(lián)絡(luò)線Ih的有效擾動(dòng)次數(shù)和互聯(lián)電網(wǎng)總有效擾動(dòng)次數(shù)的 理論比值與區(qū)域4和區(qū)域A t間阻尼比的關(guān)系式；通過廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取歷史數(shù)據(jù)中區(qū)域As 和區(qū)域At間在[f i，f2]的頻率范圍內(nèi)各聯(lián)絡(luò)線每日有效擾動(dòng)次數(shù)和互聯(lián)電網(wǎng)總每日有效擾 動(dòng)次數(shù)，計(jì)算得到區(qū)域4和區(qū)域A t間各聯(lián)絡(luò)線每日有效擾動(dòng)次數(shù)和互聯(lián)電網(wǎng)總每日有效擾 動(dòng)次數(shù)的實(shí)測(cè)比值；最后將理論比值與區(qū)域As和區(qū)域A t間阻尼比的關(guān)系式繪制成曲線圖， 根據(jù)實(shí)測(cè)比值查圖得到對(duì)應(yīng)的阻尼比。該方法具有機(jī)理明確、計(jì)算簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，為運(yùn)行調(diào)度 人員提供互聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的參考。
[0017] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0018] 一種基于功率振蕩次數(shù)評(píng)估系統(tǒng)阻尼比的方法，該方法包括以下步驟：
[0019] (a)在有H個(gè)區(qū)域、L條區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線、N條支路、η個(gè)節(jié)點(diǎn)、其中發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)m個(gè) 的互聯(lián)電網(wǎng)中裝設(shè)廣域測(cè)量系統(tǒng)，該電網(wǎng)在所有支路上均裝設(shè)同步相量測(cè)量單元；
[0020] (b)在廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取所有節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角以及有效擾動(dòng)次數(shù)的信息， 通過電力系統(tǒng)分析綜合程序軟件得到互聯(lián)電網(wǎng)中各發(fā)電機(jī)的參數(shù)和所有線路的參數(shù)，將上 述信息和參數(shù)生成互聯(lián)電網(wǎng)的小干擾線性化方程；
[0021] (C)求解步驟（b)的小干擾線性化方程，得到各支路功率振蕩的時(shí)域表達(dá)式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于功率振蕩次數(shù)評(píng)估系統(tǒng)阻尼比的方法，其特征在于，該方法包括以下步 驟： (a) 在有H個(gè)區(qū)域、L條區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線、N條支路、η個(gè)節(jié)點(diǎn)、其中發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)m個(gè)的互 聯(lián)電網(wǎng)中裝設(shè)廣域測(cè)量系統(tǒng)，該電網(wǎng)在所有支路上均裝設(shè)同步相量測(cè)量單元； (b) 在廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取所有節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相角以及有效擾動(dòng)次數(shù)的信息，通過 電力系統(tǒng)分析綜合程序軟件得到互聯(lián)電網(wǎng)中各發(fā)電機(jī)的參數(shù)和所有線路的參數(shù)，將上述信 息和參數(shù)生成互聯(lián)電網(wǎng)的小干擾線性化方程； (c) 求解小干擾線性化方程，得到各支路功率振蕩的時(shí)域表達(dá)式
其中：ΛΘJPΛΘ」分別表示第i節(jié)點(diǎn)和j個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓相角變化量，AVJPΛVj分 別表示第i節(jié)點(diǎn)和j個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值的變化量，Θi(i和Θjti分別表示第i節(jié)點(diǎn)和j個(gè)節(jié) 點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)電壓相角，Vitl和VjQ分別表示第i節(jié)點(diǎn)和j個(gè)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)電壓幅值，Xu表示第i 節(jié)點(diǎn)和j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的支路電抗值，上述i= 1，2,…，n;j= 1，2,…，η; (d) 在區(qū)域As和區(qū)域At間有g(shù)條聯(lián)絡(luò)線，這兩個(gè)區(qū)域間的振蕩頻率在[fi，f2]之間，s、 t= 1，2,…，H，s尹t，結(jié)合步驟（c)中各支路功率振蕩的時(shí)域表達(dá)式和有效擾動(dòng)的判定方 法求得在[Lf2]的頻率范圍內(nèi)聯(lián)絡(luò)線Ip的有效擾動(dòng)次數(shù)91)和互聯(lián)電網(wǎng)總有效擾動(dòng)次數(shù)Q 的理論比值Qp與區(qū)域As和區(qū)域At間阻尼比ξ的關(guān)系式
其中：
"，g，M為有效擾動(dòng)閾值， Κ1(ρ) (ξ)為第P條聯(lián)絡(luò)線功率振蕩幅值在t=O時(shí)亥Ij的初始值，μrσ汾別為沖擊擾動(dòng)面 積F服從的正態(tài)分布的均值和方差； (e) 通過廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取歷史數(shù)據(jù)中區(qū)域As和區(qū)域At間在[fi，f2]的頻率范圍內(nèi) 各聯(lián)絡(luò)線每日有效擾動(dòng)次數(shù)qaw和互聯(lián)電網(wǎng)總每日有效擾動(dòng)次數(shù)Q'，計(jì)算得到區(qū)域As和區(qū) 域At間各聯(lián)絡(luò)線每日有效擾動(dòng)次數(shù)和互聯(lián)電網(wǎng)總每日有效擾動(dòng)次數(shù)的實(shí)測(cè)比值QAw=qaw/ Q'，w= 1，2,…，g; (f) 將步驟（d)的關(guān)系式繪制成區(qū)域As和區(qū)域At間各聯(lián)絡(luò)線對(duì)應(yīng)的曲線圖，共g個(gè)， 并根據(jù)步驟（e)求得的g個(gè)聯(lián)絡(luò)線每日有效擾動(dòng)次數(shù)qaw和互聯(lián)電網(wǎng)總每日有效擾動(dòng)次數(shù) Q'的實(shí)測(cè)比值QAg圖得到g個(gè)比值對(duì)應(yīng)的阻尼比ξp，p= 1，2,…，g;取作 g p=i 為區(qū)域As和區(qū)域At間阻尼比的評(píng)估值。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104459409SQ201410770911
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】許漢平, 陳偉彪, 楊東俊, 劉子全, 魏聰, 文勁宇 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 華中科技大學(xué)