一種基于臨界系統(tǒng)等效阻抗的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于臨界系統(tǒng)等效阻抗的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，包括以下步驟：系統(tǒng)發(fā)生故障時，選擇監(jiān)測母線；求取監(jiān)測母線看進去的系統(tǒng)的初始等效阻抗曲線與等效電勢曲線，以及監(jiān)測母線處直流或負荷動態(tài)模型在故障清除時刻的狀態(tài)變量和代數(shù)變量；建立等效系統(tǒng)模型；求取臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線；根據(jù)初始和臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線，計算系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估指標。本發(fā)明充分考慮直流、負荷等元件的動態(tài)響應(yīng)特性，實現(xiàn)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的量化評估。本發(fā)明可運用于電力系統(tǒng)在線分析控制以及離線仿真分析，利于交直流系統(tǒng)運行、分析人員進行暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判別和薄弱節(jié)點辨識，及時采取有效的措施，提高大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平。
【專利說明】一種基于臨界系統(tǒng)等效阻抗的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種評估方法，具體講涉及一種基于臨界系統(tǒng)等效阻抗的暫態(tài)電壓穩(wěn) 定量化評估方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟和社會發(fā)展，裝機容量和負荷水平不斷增長，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，系統(tǒng)運 行點越來越接近穩(wěn)定極限，所以存在整個系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰的風險。暫態(tài)電壓穩(wěn)定問題相 對復(fù)雜，穩(wěn)定性評估方法和判別指標一直是研究熱點。暫態(tài)電壓穩(wěn)定最常用的是時域仿真 法，該方法雖然可以精確計及元件動態(tài)特性，但只能給出系統(tǒng)是否穩(wěn)定結(jié)論，無法給出穩(wěn)定 程度信息。而現(xiàn)有的暫態(tài)電壓穩(wěn)定評估方法中，缺乏有效的量化評估方法。
[0003] 可以監(jiān)測電力系統(tǒng)動態(tài)行為的PMU，為電壓穩(wěn)定在線監(jiān)測提供了新手段。利用PMU 量測和戴維南等效模型進行電壓穩(wěn)定在線監(jiān)測，是其中一個重要的研究方向。但由于動態(tài) 負荷模型中存在微分方程，難以根據(jù)單一或多個斷面形成較為精確的量化評估指標。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于臨界系統(tǒng)等效阻抗的暫態(tài)電 壓穩(wěn)定量化評估方法，該方法可以充分考慮直流、負荷等元件的動態(tài)響應(yīng)特性，實現(xiàn)暫態(tài)電 壓穩(wěn)定的量化評估。本發(fā)明可運用于電力系統(tǒng)在線分析控制以及離線仿真分析，利于交直 流系統(tǒng)運行、分析人員進行暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判別和薄弱節(jié)點辨識，及時采取有效的措施，提 高大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平。
[0005] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明提供一種基于臨界系統(tǒng)等效阻抗的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，其改進之 處在于，所述方法包括下述步驟：
[0007] 步驟1 :電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，選取監(jiān)測母線；
[0008] 步驟2 :求取監(jiān)測母線的系統(tǒng)初始等效阻抗曲線和等效電勢曲線；
[0009] 步驟3 :求取監(jiān)測母線處直流或負荷動態(tài)模型在故障清除時刻的狀態(tài)變量和代數(shù) 變量；
[0010] 步驟4 :建立等效系統(tǒng)模型；
[0011] 步驟5 :求取臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線；
[0012] 步驟6 :根據(jù)初始等效阻抗曲線和臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線，計算電力系統(tǒng)暫態(tài)電 壓穩(wěn)定量化評估指標。
[0013] 進一步地，所述步驟1中，選取的監(jiān)測母線為直流的換流母線或負荷母線。
[0014] 進一步地，所述步驟2包括下述情況：
[0015] 情況2-1 :離線方式下，對全網(wǎng)進行時域仿真，根據(jù)每個仿真時刻的導(dǎo)納陣確定電 力系統(tǒng)等效阻抗和等效電勢；
[0016] 設(shè)監(jiān)視母線的節(jié)點編號為i ;
[0017] 在t時刻，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程為：
[0018] Yfil = I1 (1)；
[0019] 其中，Yt為t時刻系統(tǒng)的導(dǎo)納矩陣；^為t時刻系統(tǒng)各個節(jié)點的注入電流向量；t;, 為t時刻系統(tǒng)各個節(jié)點的電壓向量；
[0020] 系統(tǒng)的阻抗矩陣Zt為：
[0021] Zi = Fi1 (2)，
[0022] 則系統(tǒng)等效阻抗Zeq為：
[0023] Zeq = Ztii (3)；
[0024] 其中，Ztii為Zt第i列對角元；
[0025] 系統(tǒng)等效電勢為：
[0026] Eeq =IJti+ItiZeij (4);
[0027] 其中，&為第i個母線的電壓，怠為流出第i個母線的電流；
[0028] 情況2-2 :在線方式下，根據(jù)相量量測單元PMU量測的監(jiān)測母線處的電壓和電流 值，確定系統(tǒng)等效阻抗和等效電勢；
[0029] 設(shè)t時刻相量量測單元PMU量測的電壓和電流（流入直流或負荷為正）分別為 么'和4 '，系統(tǒng)等效阻抗和等效電勢分別為釔'和Z:，則有：
[0030] ^/,,.1Zi./ (5);
[0031] 選取多個相鄰時刻的相量量測單元PMU量測，采取最小二乘法、卡爾曼濾波法、基 于全微分的戴維南等值參數(shù)跟蹤算法確定系統(tǒng)等效阻抗和等效電勢。
[0032] 進一步地，所述步驟3包括下述情況：
[0033] 情況3-1 :離線方式下，根據(jù)時域仿真結(jié)果，直接讀取故障清除時刻監(jiān)測母線處直 流或負荷動態(tài)模型的狀態(tài)變量和代數(shù)變量；
[0034] 情況3-2 :在線方式下，根據(jù)故障前至故障清除時刻連續(xù)多組相量量測單元PMU量 測和直流或負荷的動態(tài)模型計算其狀態(tài)變量和代數(shù)變量；
[0035] 故障前，直流或負荷處于穩(wěn)態(tài)，狀態(tài)變量的導(dǎo)數(shù)均為零，根據(jù)直流或負荷動態(tài)模型 參數(shù)和PMU量測計算出狀態(tài)變量和代數(shù)變量；
[0036] 故障中，由于直流或負荷母線電壓和注入電流用PMU直接量測；仿真至故障清除 時刻得到該時刻直流或負荷動態(tài)模型的狀態(tài)變量和代數(shù)變量。
[0037] 進一步地，所述步驟4中，將監(jiān)測母線處的系統(tǒng)等效模型與直流或負荷等效模型 拼接，建立等效系統(tǒng)模型。
[0038] 進一步地，所述步驟5中，不斷增加系統(tǒng)等效阻抗，對等效系統(tǒng)進行時域仿真，直 至電力系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，得到臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線。
[0039] 進一步地，所述步驟6中，根據(jù)初始等效阻抗曲線和臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線，計算 電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估指標k TVSI :

【權(quán)利要求】
1. 一種基于臨界系統(tǒng)等效阻抗的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，其特征在于，所述方法 包括下述步驟： 步驟1 :選取電力系統(tǒng)發(fā)生故障時的監(jiān)測母線； 步驟2 :求取監(jiān)測母線的系統(tǒng)初始等效阻抗曲線和等效電勢曲線； 步驟3 :求取監(jiān)測母線處直流或負荷動態(tài)模型在故障清除時刻的狀態(tài)變量和代數(shù)變 量； 步驟4:建立等效系統(tǒng)模型； 步驟5 :求取臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線； 步驟6:根據(jù)初始等效阻抗曲線和臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線，計算電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn) 定量化評估指標。
2. 如權(quán)利要求1所述的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，其特征在于，所述步驟1中，選取 的監(jiān)測母線為直流的換流母線或負荷母線。
3. 如權(quán)利要求1所述的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，其特征在于，所述步驟2包括下述 離線和在線方式下的步驟： 離線方式下：對全網(wǎng)進行時域仿真，根據(jù)每個仿真時刻的導(dǎo)納陣確定電力系統(tǒng)等效阻 抗和等效電勢； 設(shè)監(jiān)視母線的節(jié)點編號為i; 在t時刻，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)方程為： Yfit =It ⑴； 其中，Yt為t時刻系統(tǒng)的導(dǎo)納矩陣；為t時刻系統(tǒng)各個節(jié)點的注入電流向量；G為t 時刻系統(tǒng)各個節(jié)點的電壓向量； 系統(tǒng)的阻抗矩陣Zt為： Zi =?；1 (2)； 則系統(tǒng)等效阻抗Zrai為： Zeq=Ztii (3); 其中，Ztii為Zt第i列對角元； 系統(tǒng)等效電勢我^為： K =?η +IllZey⑷； 其中，為第i個母線的電壓，4為流出第i個母線的電流； 在線方式下：根據(jù)相量量測單元PMU量測的監(jiān)測母線處的電壓和電流值，確定系統(tǒng)等 效阻抗和等效電勢； 設(shè)t時刻相量量測單元PMU量測的電壓和電流（流入直流或負荷為正）分別為和 /tf'，系統(tǒng)等效阻抗和等效電勢分別為之/和Z:，則有： Eeq'=Oti^Iti'Zeq' (5)； 選取多個相鄰時刻的相量量測單元PMU量測，采取最小二乘法、卡爾曼濾波法、基于全 微分的戴維南等值參數(shù)跟蹤算法確定系統(tǒng)等效阻抗和等效電勢。
4. 如權(quán)利要求1所述的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，其特征在于，所述步驟3包括下述 離線和在線方式下的步驟： 離線方式下：根據(jù)時域仿真結(jié)果，直接讀取故障清除時刻監(jiān)測母線處直流或負荷動態(tài) 模型的狀態(tài)變量和代數(shù)變量； 在線方式下：根據(jù)故障前至故障清除時刻連續(xù)多組相量量測單元PMU量測和直流或負 荷的動態(tài)模型計算其狀態(tài)變量和代數(shù)變量； 故障前，直流或負荷處于穩(wěn)態(tài)，狀態(tài)變量的導(dǎo)數(shù)均為零，根據(jù)直流或負荷動態(tài)模型參數(shù) 和PMU量測計算出狀態(tài)變量和代數(shù)變量； 故障中，由于直流或負荷母線電壓和注入電流用PMU直接量測；仿真至故障清除時刻 得到該時刻直流或負荷動態(tài)模型的狀態(tài)變量和代數(shù)變量。
5. 如權(quán)利要求1所述的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，其特征在于，所述步驟4中，將監(jiān) 測母線處的系統(tǒng)等效模型與直流或負荷等效模型拼接，建立等效系統(tǒng)模型。
6. 如權(quán)利要求1所述的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，其特征在于，所述步驟5中，不斷 增加系統(tǒng)等效阻抗，對等效系統(tǒng)進行時域仿真，直至電力系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，得到臨界系統(tǒng)等效 阻抗曲線。
7. 如權(quán)利要求1所述的暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估方法，其特征在于，所述步驟6中，根 據(jù)初始等效阻抗曲線和臨界系統(tǒng)等效阻抗曲線，計算電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定量化評估指標 kTVSI :
其中，ZJt)為t時刻的初始系統(tǒng)等效阻抗，Z_it(t)為t時刻的臨界系統(tǒng)等效阻抗，t/+)為故障清除后瞬間，t2為時域仿真結(jié)束時刻； 當kTVSI>0時，電力系統(tǒng)穩(wěn)定；當kTVSI =O時，電力系統(tǒng)臨界穩(wěn)定。
【文檔編號】G06Q10/06GK104240036SQ201410499355
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】張健, 劉明松, 印永華, 林偉芳, 王 琦, 劉麗萍, 邵瑤, 李柏青 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院