專利名稱：一種基于wams及機組對的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線量化評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基于廣域測量系統(tǒng)(WAMS)的電網(wǎng)安全運行實時監(jiān)控和預(yù)警領(lǐng)域，具體涉及ー種基于WAMS及機組對的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線量化評估方法。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定問題是影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的主要問題之一?，F(xiàn)代電網(wǎng)互聯(lián)及間歇性新能源電源并網(wǎng)規(guī)模的擴大，以及各種新電力電子元器件的應(yīng)用，使得電網(wǎng)運行エ況更加復(fù)雜，電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞程度更大。大停電主要原因之一是在電網(wǎng)發(fā)生故障的前期及過程中，電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)缺少有效的運行態(tài)勢在線量化分析方法與實時自適應(yīng)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(tài)穩(wěn)定態(tài)勢量化評估及薄弱環(huán)節(jié)識別是實現(xiàn)電網(wǎng)在線安全監(jiān)控與預(yù)警的關(guān)鍵。近年來，廣域測量系統(tǒng)(wide area measurement system, WAMS)在工程中得以廣泛應(yīng)用。由于WAMS系統(tǒng)可在時空角度且具有足夠的精度和速度獲得電網(wǎng)真實動態(tài)響應(yīng)信息，為基于響應(yīng)的電網(wǎng)在線靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制研究提供了新契機。而近年來，國內(nèi)外提出了不同的智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，而智能電網(wǎng)重要的功能之一，就是提高電網(wǎng)的可視化和預(yù)警能力。顯然，以往依賴于電網(wǎng)復(fù)雜動態(tài)模型及時域仿真分析的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析及控制方法，在規(guī)模、速度及對策上都很難適應(yīng)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線監(jiān)控這一要求，必須尋求新的基于WAMS系統(tǒng)的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線快速量化評估方法。目前，基于WAMS測量信息的暫態(tài)穩(wěn)定研究主要聚焦于功角趨勢預(yù)測和暫態(tài)穩(wěn)定特征挖掘兩個方向。雖然軌跡預(yù)測可以預(yù)估功角未來變化軌跡，但無法給出暫態(tài)穩(wěn)定程度的等量化信息。而在基于響應(yīng)(或軌跡)的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定研究方面，主要有基于慣性中心和分群等值兩類方法?；趹T性中心的方法需要電網(wǎng)全部發(fā)電機信息，其實質(zhì)屬于ー種加權(quán)平均的處理方法，往往會淹沒ー些敏感的相對失穩(wěn)機組，某些時候存在滯后判斷或者誤判。分群等值類方法分析結(jié)果依賴于同調(diào)機群的正確識別，這類方法由于機群的等值簡化也存在關(guān)鍵機組的漏判或者滯判問題。還有ー些方法抓住暫態(tài)失穩(wěn)的臨界特征，從軌跡幾何特征、能量變化率、能量函數(shù)入手構(gòu)造暫態(tài)穩(wěn)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(yīng)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(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定問題實質(zhì)是注入的機械動能和網(wǎng)絡(luò)吸收的電磁勢能間的能量轉(zhuǎn)化和平衡性問題。從客觀物理及觀測角度來看，大擾動后，電網(wǎng)總存在受擾(轉(zhuǎn)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范圍內(nèi)變化(保證系統(tǒng)頻率有界穩(wěn)定)，則可認為系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，否則暫態(tài)失穩(wěn)。實際上，電網(wǎng)中每臺發(fā)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(xiàn)了電網(wǎng)整體相互作用對該機的影響。因此，在WAMS基礎(chǔ)上可用故障后臨界機組對(不一定為最超前和最滯后功角差)的等效相互作用行為包羅量化評估電網(wǎng)整體的暫態(tài)穩(wěn)定態(tài)勢，具有更加清晰和直觀的物理意義。在現(xiàn)有采用機組對或者類似機組對暫態(tài)穩(wěn)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(shù)進行辨識，曲線擬合及等效機群參數(shù)辨識的準確性和合理性制約最終評估結(jié)果的可信性，而且還増加了暫態(tài)穩(wěn)定在線評估的計算負擔。目前，在基于WAMS系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定在線評估工程應(yīng)用上，主要是通過觀測最大發(fā)電機相對功角差是否大于某ー預(yù)警閥值進行識別，這種預(yù)警閥值的設(shè)定一般是基于經(jīng)驗。顯然，暫態(tài)穩(wěn)定量化評估中機組間的相對功角差臨界閥值與實際電網(wǎng)動態(tài)特性、初始運行狀態(tài)、故障類型以及所觀測的機組對等密切相關(guān)，具有時變性，需要實時在線識別。采用經(jīng)驗設(shè)定的最大相對功角預(yù)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(xiàn)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線有效監(jiān)控和預(yù)警額效果。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于WAMS及機組對的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線量化評估方法，該方法將充分利用現(xiàn)有WAMS系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)和技術(shù)條件，在線精確求得機組對相對功角虛擬穩(wěn)定平衡點，進而實現(xiàn)擾動后電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的在線快速量化評估和預(yù)警，有利于智能調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)自動快速采取緊急控制措施，避免大停電事故的發(fā)生，提高電網(wǎng)安全運行水平。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于WAMS及機組對的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線量化評估方法，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟(I). WAMS系統(tǒng)實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組運行狀態(tài)或者節(jié)點電壓發(fā)生大的變化，并持續(xù)超過一定的時間段時，對所述發(fā)電機組或者節(jié)點電壓進行暫態(tài)穩(wěn)定在線量化評估；(2).根據(jù)WAMS系統(tǒng)采集的各個發(fā)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(fā)電機的動能ND ；(3).依據(jù)各個發(fā)電機的ND權(quán)利要求
1.一種基于WAMS及機組對的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線量化評估方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1).WAMS系統(tǒng)實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組運行狀態(tài)或者節(jié)點電壓發(fā)生大的變化，并持續(xù)超過一定的時間段時，對所述發(fā)電機組或者節(jié)點電壓進行暫態(tài)穩(wěn)定在線量化評估； (2).根據(jù)WAMS系統(tǒng)采集的各個發(fā)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(fā)電機的動能ND ； (3).依據(jù)各個發(fā)電機的ND、5、0
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟I中，通過WAMS的PMU實時采集數(shù)據(jù)突變自動啟動暫態(tài)穩(wěn)定評估程序，發(fā)電機組運行狀態(tài)包括機端母線電壓相量和電磁輸出功率，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用PMU采集電壓相量信息；一定的時間段是IOms 40ms。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟2中，發(fā)電機動能ND計算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟7中，按下式求得節(jié)點機端等效負荷電阻Re和電抗Xe:
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟8中，機端電壓計算值U。，計算公式為
8.根據(jù)權(quán)利要求1、7所述的方法，其特征在于，在所述步驟9中，根據(jù)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(fā)電機次暫態(tài)電抗給出。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟11中，發(fā)電機i、j的入網(wǎng)電磁有功功率pEi和Pw分別為
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，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(zhuǎn)子運動方程為
12.根據(jù)權(quán)利要求1、11所述的方法，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟14中，Ssrai滿足方程
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟15中，DTSI滿足方程
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于WAMS系統(tǒng)及機組對的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定在線實用量化評估方法，屬于基于WAMS的電網(wǎng)安全穩(wěn)定在線監(jiān)控與預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先基于WAMS廣域測量信息篩選電網(wǎng)受擾相對最嚴重的發(fā)電機集合Ω，將Ω內(nèi)任意兩臺發(fā)電機等效為單機系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了一種動態(tài)相對暫態(tài)穩(wěn)定裕度指標DTSI，并以最小機組對的DTSI作為電網(wǎng)DTSI。本發(fā)明基于電網(wǎng)實測響應(yīng)軌跡信息并采用了動態(tài)相對的思想，適用于電網(wǎng)任何復(fù)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(diào)機群識別、曲線擬合及能量積分假設(shè)路徑等問題，具有較小計算量和較高可靠性，有望應(yīng)用于基于WAMS的電網(wǎng)在線安全監(jiān)控與預(yù)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(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)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(wǎng)有限公司