一種基于雙相平面幾何特征的電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的暫態(tài)不穩(wěn)定性識別方法，具體涉及一種基于雙相平 面幾何特征的電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的分析和判別是電力系統(tǒng)研究中經(jīng)典問題之一。迄今為止， 研究暫態(tài)穩(wěn)定問題的分析方法主要有四大類，即數(shù)值積分法、直接法、混合分析法以及基于 軌跡信息的穩(wěn)定性分析法。
[0003] 數(shù)值積分法是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的基本方法，它可以適應(yīng)各種詳細元件的數(shù) 學(xué)模型，且分析結(jié)果準確、可靠。其固有缺陷是缺乏工程上的定性穩(wěn)定識別判據(jù)，只能采用 有限的觀察時間及足夠大門檻值作為系統(tǒng)是否穩(wěn)定的判據(jù)。此外，它是完全依賴于元件的 模型和參數(shù)，當(dāng)模型或參數(shù)不完全準確時，其結(jié)果必然有誤差。
[0004] 直接法是一種嚴格定量的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法，能基于靈敏度方法給出系統(tǒng)的暫態(tài) 穩(wěn)定極限，但暫態(tài)能量的計算受模型的限制，所采用的能量函數(shù)的誤差將影響計算的結(jié)果。 另外，直接法僅適用于分析電力系統(tǒng)第一擺的穩(wěn)定性，具有一定的局限性。
[0005] 為了兼顧以上兩種方法的優(yōu)點，G.A.Maria等人提出了混合法，其基本思路為：首 先逐步積分計算持續(xù)故障和故障后軌線，再使用直接法評估系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。近十年來，基 于混合法思想的在線安全穩(wěn)定預(yù)防控制技術(shù)已日趨成熟，并已得到了實際應(yīng)用，是一種比 較實用的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析方法。但是其在穩(wěn)定能量裕度計算的精度和仿真計算的速 度兩方面仍存在問題。
[0006] 軌跡分析方法是一種沿著混合法思路的新嘗試。隨著基于全球時鐘定位系統(tǒng) (Global Positioning System，GPS)技術(shù)的發(fā)展，實時獲得統(tǒng)一時標下的母線相角和發(fā)電 機功角已不再困難。于是，可以利用建立在GPS基礎(chǔ)上的PMU來測量各機組的功角，利用功 角和角速度大于某一臨界值作為穩(wěn)定判據(jù)；或者根據(jù)角速度的變化率利來預(yù)測未來一段時 間的相角，當(dāng)預(yù)測出相角差大于某一門檻，而且繼續(xù)增加時則判斷系統(tǒng)失穩(wěn)。此類基于直接 測量功角及角速度的裝置原理簡單直觀，但是，由于測量的某臺發(fā)電機的功角和角速度無 法構(gòu)成嚴格的失步判據(jù)，此類裝置在穩(wěn)定性識別時只能與預(yù)先設(shè)定的功角或角速度的臨界 門檻值比較，而實際運行中，由于故障前的運行方式、故障情況以及故障切除后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的 不同，門檻值將難以確定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 針對上述問題，本發(fā)明提出一種效率高、準確性好，且適用于實時預(yù)測與控制的基 于雙相平面幾何特征的電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性識別方法。
[0008] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種基于雙相平面幾何特征的電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性識別方法，其特征在于：其包括如下 步驟： 1) 根據(jù)WAMS測量的當(dāng)前時刻的發(fā)電機功角_和發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度&利用公式（I) 計算反映第一相平面的角速度-功角相平面幾何特性的指標f ;;
公式（1)中，i代表某時刻； 2) 根據(jù)步驟1)得到的指標T，當(dāng):？;< 〇時，返回步驟1)，重新計算下一時刻的指標礦； 當(dāng)肀> O時，進行步驟3)的計算； 3) 根據(jù)WAMS測量的與步驟1)相同時刻的發(fā)電機功角?和發(fā)電機的不平衡功率ΔΡ， 利用公式（2)計算反映第二相平面的不平衡功率-功角相平面幾何特性的指標# :
公式（2)中，i代表某時刻，ΔΡ為發(fā)電機的不平衡功率，即機械功率與電磁功率的差 值； 4) 根據(jù)步驟3)得到的指標A，當(dāng)#:< O時，返回步驟1)，重新計算下一時刻的指標Γ ; 當(dāng):# > O時，可得出系統(tǒng)將失去暫態(tài)穩(wěn)定的判斷。
[0009] 本發(fā)明的有益效果在于： 1、 不但計及了角速度-功角相平面的幾何特征，而且考慮了更高一階的相平面一一不 平衡功率-功角相平面的幾何特征，更符合實際系統(tǒng)； 2、 同混合法相比，本發(fā)明通過應(yīng)用WAMS數(shù)據(jù)平臺，使得動態(tài)過程中各機組的運動曲線 可以直接測量而不必依賴數(shù)值計算，這就大大提高了識別速度與精度，為電力系統(tǒng)實時的 緊急控制提供了新的發(fā)展契機； 3、 同直接法和數(shù)值積分法相比，本發(fā)明對電力系統(tǒng)的暫態(tài)分析過程不再需要預(yù)先獲得 電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及元件的模型和參數(shù)，方法所需參數(shù)是根據(jù)實時測量數(shù)據(jù)獲得或計算 得到，能適應(yīng)系統(tǒng)的復(fù)雜模型，能準確地反映系統(tǒng)的真實運行情況，因而它更適用于實時預(yù) 測與控制。
[0010] 4、同軌跡分析法相比，本發(fā)明不需要預(yù)設(shè)與故障前運行方式、故障情況以及故障 切除后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等信息有關(guān)的門檻值，其實用性更加廣泛。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
[0012] 圖2是仿真的WEPRI-36系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖3是0. 32s切除故障時對應(yīng)的雙相平面曲線。
[0014] 圖4是0. 32s切除故障時計算的不穩(wěn)定指標曲線。
[0015] 圖5是0. 36s切除故障時對應(yīng)的雙相平面曲線。
[0016] 圖6是0. 36s切除故障時計算的不穩(wěn)定指標曲線。
[0017] 圖7是0. 32s切除故障時對應(yīng)的功角搖擺曲線。
[0018] 圖8是0. 36s切除故障時對應(yīng)的功角搖擺曲線。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0020] 實施例1 本發(fā)明一種基于雙相平面幾何特征的電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性識別方法，其流程如圖1所 示，根據(jù)WAMS測量的當(dāng)前時刻功角_和角速度Α??，利用公式（1)計算反映角速度-功角 相平面的幾何特征指標，，當(dāng)乇以〇:時才進行后續(xù)計算，否則返回計算下一時刻的τ ;根據(jù) WAMS測量的當(dāng)1： > ?時刻功角&和不平衡功率ΛΡ，利用公式（2)計算反映不平衡功率-功 角相平面的幾何特征指標麫，當(dāng)A G時，可以得出系統(tǒng)失穩(wěn)的判斷，否則返回計算下一時 刻的:T，重新進行計算。
[0021] 應(yīng)用本發(fā)明的方法對圖2所示的WEPRI-36系統(tǒng)進行仿真，故障切除時間分別設(shè)為 0. 32s和0. 36s，采樣間隔為0. 01s，即每隔0.0 ls可以得到一組實測的系統(tǒng)功角、角速度、不 平衡功率等狀態(tài)信息。
[0022] 針對0. 32s切除故障的情況，以計算i=0. 5s時的兩個指標為例詳細說明本發(fā)明的 識別方法。
[0023] i=0. 48s時，可實測得出系統(tǒng)的各狀態(tài)量：功角5 (0. 48)，角速度43)，以及 不平衡功率(0.48); i=0. 49s時，可實測得出系統(tǒng)的各狀態(tài)量：功角5 (0. 49):，角速度〔0. 4辦，以及不平 衡功率Cl 49); i=0. 5s時，可實測得出系統(tǒng)的各狀態(tài)量：功角5 (0. 5)，角速度Λ':0. Ε；)，以及不平衡 功率ΛΡ (；0. 5)。
[0024] 于是，首先根據(jù)公式（1)計算得到?=0· 5s時的指標：
由于T (0. 5) >0_::，進入下一步指標A (〇. 5)的計算。注：如果上述計算得到的 0,則需返回到測量數(shù)據(jù)，計算下一時刻的τ(0.珀。
[0025] 由于#(0.5) < 0,不滿足本發(fā)明的不穩(wěn)定判據(jù)，需返回到測量數(shù)據(jù)，重新計算下 一時刻的τ(0. 51)。注：如果上述計算得到的A (〇 Θ $ Q，則可以得出系統(tǒng)將不穩(wěn)定的判 斷。
[0026] 上面是以i=0. 5s為例進行的詳細計算說明，采用同樣的方法可以計算出其他時 亥IJ對應(yīng)的兩個指標值，并繪制出它們隨時間變化的曲線。
[0027] 圖3和圖4是0.32s切除故障時對應(yīng)的軌跡曲線以及不穩(wěn)定指標曲線。由該圖可 以看到，雖然在一開始指標#大于零，若沒有考慮到高階相平面的幾何特性，會得出系統(tǒng)將 失去穩(wěn)定的誤判。而考慮了不平衡功率-功角相平面后，此時刻的指標A <?，從而不會做 出系統(tǒng)失穩(wěn)的判斷，與仿真結(jié)果相符。
[0028] 圖5和圖6是0.36s切除故障時對應(yīng)的軌跡曲線以及不穩(wěn)定指標曲線。由該圖可 以看到，在〇. 56s時指標龍和為同時大于零，從而可以得出系統(tǒng)失穩(wěn)的判斷，與仿真結(jié)果相 符。
[0029] 為了便于直觀的看出系統(tǒng)穩(wěn)定與否，圖7和圖8給出了 0. 32s和0. 36s兩種情況 下對應(yīng)的功角搖擺曲線。
[0030] 根據(jù)上述的實施例對本發(fā)明作了詳細描述。需說明的是，以上的實施例僅僅為了 舉例說明發(fā)明而已。在不偏離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出 本發(fā)明的多種替換方案和改進方案，其均應(yīng)被理解為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于雙相平面幾何特征的電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性識別方法，其特征在于：其包括如 下步驟： 1) 根據(jù)WAMS測量的當(dāng)前時刻的發(fā)電機功角5和發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度Am，利用公式（1) 計算指標T;公式（1)中，i代表某時刻； 2) 根據(jù)步驟1)得到的指標f:，當(dāng)妒< 〇時，返回步驟1)，重新計算下一時刻的指標r; 當(dāng)T>O時，進行步驟3)的計算； 3) 根據(jù)WAMS測量的與步驟1)相同時刻的發(fā)電機功角議和發(fā)電機的不平衡功率AP， 利用公式（2)計算指標藏：公式（2)中，i代表某時刻，基於為發(fā)電機的不平衡功率，即機械功率與電磁功率的差 值； 4)根據(jù)步驟3)得到的指標，當(dāng)<O時，返回步驟1)，重新計算下一時刻的指標T; 當(dāng)#>O時，可得出系統(tǒng)將失去暫態(tài)穩(wěn)定的判斷。
【專利摘要】本發(fā)明采用涉及一種基于雙相平面幾何特征的電力系統(tǒng)不穩(wěn)定性識別方法，其包括如下步驟：根據(jù)WAMS測量的當(dāng)前時刻的發(fā)電機功角？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？和發(fā)電機轉(zhuǎn)子角速度，計算反映第一相平面的角速度-功角相平面幾何特性的指標；根據(jù)WAMS測量的與上述步驟相同時刻的發(fā)電機功角和發(fā)電機的不平衡功率，計算反映第二相平面的不平衡功率-功角相平面幾何特性的指標：當(dāng)和不同時大于0時，重新計算下一時刻的指標和；當(dāng)和同時大于0時，可得出系統(tǒng)將失去暫態(tài)穩(wěn)定的判斷。本發(fā)明效率高、準確性好，且適用于實時預(yù)測與控制。
【IPC分類】H02J3/00
【公開號】CN105048454
【申請?zhí)枴緾N201510426023
【發(fā)明人】胡雪凱, 胡文平
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月20日