一種基于wams的電網(wǎng)嚴(yán)重事故隔離控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于電力系統(tǒng)失步振蕩分析和解列控制領(lǐng)域的一種基于WAMS的電網(wǎng)嚴(yán)重事故隔離控制方法。該方法利用WAMS實(shí)測數(shù)據(jù)以及失步振蕩的特點(diǎn)，提出一種由基于發(fā)電機(jī)功角的啟動判據(jù)和反應(yīng)振蕩中心兩端電壓相角差變化的主判據(jù)構(gòu)成的復(fù)合隔離判據(jù)。啟動判據(jù)用以提高隔離控制的及時性，啟動判據(jù)和主判據(jù)一起用于判斷系統(tǒng)失步并采取隔離措施，以避免誤判。該方法的啟動判據(jù)和主判據(jù)同均依據(jù)WAMS全局信息進(jìn)行在線判斷，提高了準(zhǔn)確性和自適應(yīng)性。本發(fā)明為電網(wǎng)嚴(yán)重事故隔離提出了一種新的思路。
【專利說明】—種基于WAMS的電網(wǎng)嚴(yán)重事故隔離控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)失步振蕩分析和解列控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于WAMS的電網(wǎng)嚴(yán)重事故隔離控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在西電東送、南北互供條件下，全國聯(lián)網(wǎng)的巨型電力系統(tǒng)已經(jīng)成為我國電網(wǎng)的一種必然趨勢。隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，特別是特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，使得區(qū)域電網(wǎng)之間聯(lián)系越來越緊密。如果出現(xiàn)重大事故，其影響的規(guī)模和造成的損失將有可能大幅度的增加。例如，2012年7月30日和31日，印度相繼發(fā)生了兩次大停電事故，創(chuàng)下了影響人口規(guī)模的世界紀(jì)錄，造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)億美元，社會影響也極其深遠(yuǎn)。電力行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱，電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)、社會穩(wěn)定與人民生活，因而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有極其重大的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。因此，保證大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一個重大而迫切的問題，必須作為一個重大戰(zhàn)略問題來解決。
[0003]電力系統(tǒng)長期的運(yùn)行實(shí)踐表明，不論如何嚴(yán)格的要求穩(wěn)定性，如何完善措施，總可能會發(fā)生一些事先不可預(yù)料的因素，導(dǎo)致穩(wěn)定被破壞。如果處理不當(dāng)，最終將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隔離作為現(xiàn)在的一種重要的控制措施，通常將該控制作為穩(wěn)定控制的后備，是防止系統(tǒng)大面積停電的重要措施。當(dāng)電力系統(tǒng)遭受大擾動失去同步時，恰當(dāng)?shù)母綦x措施能夠?qū)⑾嗷ナР降母鞑糠謹(jǐn)嚅_，阻止事故蔓延，減少停電范圍，防止系統(tǒng)崩潰，保證大系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，最大程度地減小經(jīng)濟(jì)損失。它是確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最后一道防線，在電力系統(tǒng)中占有十分重要的位置。因此，針對現(xiàn)今電網(wǎng)向大規(guī)?；ヂ?lián)發(fā)展的新階段，研究適用于大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)，準(zhǔn)確、快速的隔離方法，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]隔離控制的關(guān)鍵是隔離判據(jù)。對于現(xiàn)在聯(lián)系密切的互聯(lián)大電網(wǎng)，簡單的解列控制，故障部分可能還間接的存在聯(lián)系。因此，傳統(tǒng)概念的解列判據(jù)已經(jīng)不完全適用于當(dāng)代的電力系統(tǒng)，從全局角度來說，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生重大事故時，僅靠解列裝置解列開離線時的預(yù)設(shè)線路，不能適應(yīng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化或運(yùn)行方式的變化，且有時解列并不能完全隔離開失步機(jī)組。因此，針對大電網(wǎng)，以解列為基礎(chǔ)的隔離控制方法具有重要意義。
[0005]目前的失步解列判據(jù)大致有3種:一是由間接反映功角的電氣量，如線路電流、電壓、測量阻抗、視在阻抗及其變化量、有功功率、無功功率等，構(gòu)成的失步解列判據(jù)，該判據(jù)只有在系統(tǒng)已經(jīng)明顯失步時才能做出判斷，不能滿足某些系統(tǒng)快速隔離的需要；二是利用等面積準(zhǔn)則進(jìn)行失步預(yù)測和判斷；三是由線路兩端的電勢夾角或電壓的相角差構(gòu)成的失步解列判據(jù)，這兩種判據(jù)具有預(yù)測功能，為快速解列贏得了寶貴的時間。
[0006]但傳統(tǒng)的失步解列判據(jù)大都是基于雙機(jī)模型或者單機(jī)無窮大模型，考慮的范圍較小，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入失步狀態(tài)時，只能以小范圍的局部系統(tǒng)為控制對象，這樣的控制策略有兩個明顯的缺點(diǎn):無法做到優(yōu)化控制；面向局部的失步解列基于就地信息，控制難以防止大規(guī)模連鎖崩潰事故的發(fā)生；多數(shù)判據(jù)不完善，本身就存在問題；并且實(shí)際應(yīng)用中多套裝置的配合存在困難等。如果將這些判據(jù)運(yùn)用于復(fù)雜多機(jī)失步振蕩，它們在失步振蕩判據(jù)和解列點(diǎn)的選擇上將失效。因此，對于復(fù)雜電網(wǎng)，僅靠基于本地量的某一解列判據(jù)作為隔離判據(jù)已經(jīng)不能達(dá)到控制要求，研究利用多端變量的復(fù)合隔離判據(jù)將具有重要意義。
[0007]現(xiàn)有的復(fù)合判據(jù)都是基于傳統(tǒng)判據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)，將兩個簡單的解列判據(jù)進(jìn)行組合，相互協(xié)調(diào)，共同對復(fù)雜電網(wǎng)故障進(jìn)行判別?，F(xiàn)有的復(fù)合判據(jù)雖然提高了判據(jù)的準(zhǔn)確性，但判據(jù)中相關(guān)電氣量的閾值難以確定，不利于工程實(shí)現(xiàn)，工程實(shí)用性較差。因此，研究具有工程實(shí)用性的復(fù)合判據(jù)將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0008]工程中采用的失步解列措施是解列裝置按照設(shè)定的解列判據(jù)判斷系統(tǒng)是否發(fā)生了異步振蕩，失步中心是否落在聯(lián)絡(luò)線上，然后確定是否動作以解列系統(tǒng)。但隨著電網(wǎng)的發(fā)展，各電網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線越來越模糊，電網(wǎng)的失步振蕩中心可能不是落在一條聯(lián)絡(luò)線上，而是落在一個斷面上，若只是解列振蕩中心所在的聯(lián)絡(luò)線有可能引起振蕩中心的轉(zhuǎn)移，引起更強(qiáng)或更大范圍的振蕩。因此，隔離斷面的確定對隔離控制來說也有十分重要的作用。
[0009]互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展，要求系統(tǒng)的解列控制能夠具有更高的及時性和準(zhǔn)確性，電網(wǎng)能在線進(jìn)行判別，針對電網(wǎng)的故障情況，根據(jù)實(shí)際情況自動提出解決方案，即能夠自動判別系統(tǒng)失步振蕩的特征，及時準(zhǔn)確的進(jìn)行隔離控制以防止失步振蕩造成更大的影響和損失。當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時，隔離斷面可能不止一個，就會出現(xiàn)如何識別出正確優(yōu)化的隔離斷面等問題。因此，研究利用簡單的電氣量、采用多端變量、從全局角度考慮的隔離判據(jù)具有重要的實(shí)際意義，并已經(jīng)成為電力系統(tǒng)迫切需要解決的問題。
[0010]隨著自動化技術(shù)和通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，廣域測量系統(tǒng)已經(jīng)成為各大電網(wǎng)的重要組成部分。廣域測量系統(tǒng)(WAMS, Wide Area Measurement System)是以相量測量裝置(PMU，Phase Measurement Unit)為低層測量裝置，經(jīng)過通信系統(tǒng)將測量值實(shí)時地傳送到數(shù)據(jù)采集器，并經(jīng)一定的數(shù)據(jù)處理后對電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和實(shí)現(xiàn)其他的高級功能。PMU使電網(wǎng)相量實(shí)時異地的測量成為了可能，為進(jìn)一步研究電網(wǎng)實(shí)時動態(tài)監(jiān)測技術(shù)提供了新的手段，進(jìn)而也為隔離控制提供了新的途徑。對于額定頻率為50Hz的電力系統(tǒng)而言，PMU在I μ s的時間誤差引起的相位變化僅有0.018°，滿足電力系統(tǒng)中不同應(yīng)用情況下對測量精度的要求。因此，基于PMU的WAMS具有精確授時功能，能很好地解決了相量測量的時間同步性問題，為隔離判據(jù)的研究提供了新的技術(shù)支持。
[0011]廣域系統(tǒng)可以提供電網(wǎng)多測量點(diǎn)的振蕩信息，全面反映大區(qū)電網(wǎng)振蕩特性，能夠準(zhǔn)確地判斷系統(tǒng)是否發(fā)生振蕩，實(shí)現(xiàn)大區(qū)電網(wǎng)廣域多測點(diǎn)起振時序的追蹤功能。廣域信息可以對全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜失步振蕩中心的捕捉與定位，即使在振蕩中心發(fā)生漂移的情況下也能準(zhǔn)確找到振蕩中心位置，解決了振蕩中心轉(zhuǎn)移的問題，因此，廣域信息在失步隔離控制中有一定的應(yīng)用前景。
[0012]失步振蕩對系統(tǒng)影響較大，當(dāng)系統(tǒng)失步后應(yīng)盡快將失步機(jī)組隔離，這就要求隔離控制所需時間要盡可能少，即隔離判據(jù)在考慮全局性的同時應(yīng)具有及時性。以失步解列裝置為基礎(chǔ)的失步隔離控制是解決上述問題的方案之一，其關(guān)鍵技術(shù)在于如何捕捉復(fù)雜失步斷面。通過研究，可行隔離斷面必然位于異步機(jī)群之間，可以在同調(diào)機(jī)群劃分的基礎(chǔ)上，對群間聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行斷面搜索，實(shí)現(xiàn)隔離控制的及時性和全局性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】中所描述的目前電力系統(tǒng)失步振蕩分析和控制【技術(shù)領(lǐng)域】存在的問題，提出了一種基于WAMS的電網(wǎng)嚴(yán)重事故的隔離控制方法。
[0014]一種基于WAMS的電網(wǎng)嚴(yán)重事故的隔離控制方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟:
[0015]步驟1:依據(jù)廣域測量系統(tǒng)WAMS，實(shí)時監(jiān)視各發(fā)電機(jī)功角，并判斷各發(fā)電機(jī)的功角是否滿足失步隔離啟動判據(jù)，若滿足，則進(jìn)入步驟2 ;否則，解列裝置不啟動；
[0016]步驟2:進(jìn)行同調(diào)機(jī)群的劃分，并進(jìn)行隔離斷面的預(yù)設(shè)；
[0017]步驟3:監(jiān)測預(yù)設(shè)隔離斷面中各條線路的兩端電壓相角差和與隔離斷面相連線路的兩端電壓相角差，判斷預(yù)設(shè)隔離斷面中的線路是否滿足隔離主判據(jù)，若滿足，則解列裝置動作，在預(yù)設(shè)隔離斷面進(jìn)行解列；否則，閉鎖解列裝置。
[0018]所述失步隔離啟動判據(jù)為發(fā)電機(jī)功角大于120°。
[0019]所述同調(diào)機(jī)群劃分的過程為:對于系統(tǒng)中任意兩臺發(fā)電機(jī)i和j，以其功角差在時間域[0，τ]內(nèi)的最大值來反映同調(diào)、非同調(diào)程度；設(shè)定閾值ε ( ε >0)，當(dāng)兩機(jī)的功角差在[0，τ]內(nèi)的最大值小于等于ε時，認(rèn)為兩機(jī)同調(diào)，即
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種基于WAMS的電網(wǎng)嚴(yán)重事故的隔離控制方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟: 步驟1:依據(jù)廣域測量系統(tǒng)WAMS，實(shí)時監(jiān)視各發(fā)電機(jī)功角，并判斷各發(fā)電機(jī)的功角是否滿足失步隔離啟動判據(jù)，若滿足，則進(jìn)入步驟2 ;否則，解列裝置不啟動； 步驟2:進(jìn)行同調(diào)機(jī)群的劃分，并進(jìn)行隔離斷面的預(yù)設(shè)； 步驟3:監(jiān)測預(yù)設(shè)隔離斷面中各條線路的兩端電壓相角差和與隔離斷面相連線路的兩端電壓相角差，判斷預(yù)設(shè)隔離斷面中的線路是否滿足隔離主判據(jù)，若滿足，則解列裝置動作，在預(yù)設(shè)隔離斷面進(jìn)行解列；否則，閉鎖解列裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述失步隔離啟動判據(jù)為發(fā)電機(jī)功角大于 120。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述同調(diào)機(jī)群劃分的過程為:對于系統(tǒng)中任意兩臺發(fā)電機(jī)i和j，以其功角差在時間域[0，τ ]內(nèi)的最大值來反映同調(diào)、非同調(diào)程度；設(shè)定閾值ε ( ε≥0)，當(dāng)兩機(jī)的功角差在[0，τ]內(nèi)的最大值小于等于ε時，認(rèn)為兩機(jī)同調(diào)，即
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述隔離斷面的預(yù)設(shè)的過程是: 步驟201:在同調(diào)機(jī)群劃分的基礎(chǔ)上，基于圖論確定各機(jī)群之間的聯(lián)絡(luò)線，則每組聯(lián)絡(luò)線集合對應(yīng)一個斷面割集，判斷該斷面割集是否滿足各子系統(tǒng)內(nèi)的功率平衡約束，從而得到滿足約束條件的斷面割集集合； 步驟202:計算步驟1得到的各斷面割集中包含線路的傳輸功率總和，并選擇傳輸功率總和最小的斷面作為預(yù)設(shè)隔離斷面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述隔離主判據(jù)為線路兩端電壓相角差大于180。。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述子系統(tǒng)內(nèi)的功率平衡約束條件為:
【文檔編號】H02H7/26GK103887773SQ201410036683
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】胡永強(qiáng), 趙書強(qiáng), 馬燕峰, 梁慧媛 申請人:華北電力大學(xué)（保定）, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)四川省電力公司, 中國電力科學(xué)研究院