基于響應(yīng)信息的復(fù)雜電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法
【專利摘要】基于響應(yīng)信息的復(fù)雜電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法，控制主站收集測量單元依據(jù)故障后實(shí)測的各發(fā)電機(jī)響應(yīng)，預(yù)測下一時(shí)刻各發(fā)電機(jī)功角，按照功角間隙大小排序并實(shí)時(shí)將其分為兩群即超前群和滯后群，預(yù)測兩群間的暫態(tài)穩(wěn)定性；對于將要失去暫態(tài)穩(wěn)定性的兩群系統(tǒng)，實(shí)時(shí)計(jì)算在超前群中需要施加的減發(fā)電量及減發(fā)電的機(jī)組，執(zhí)行減發(fā)電后，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；對于不會(huì)失去暫態(tài)穩(wěn)定性的系統(tǒng)，不施加緊急控制措施，保持其穩(wěn)定運(yùn)行；本發(fā)明方法能夠用于復(fù)雜電力系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。
【專利說明】基于響應(yīng)信息的復(fù)雜電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法，具體涉及一種基于響應(yīng)信息的復(fù)雜電力 系統(tǒng)閉環(huán)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前電力系統(tǒng)中的安全穩(wěn)定緊急控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)一般是由分散測量、執(zhí)行控 制的前置單元和集中決策的控制中心經(jīng)高速、專用通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。前置單元是以微機(jī)為基 礎(chǔ)的數(shù)字測量、通信及控制裝置，控制中心主站以專用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作站擔(dān)任，構(gòu)成緊急控 制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成熟。
[0003] 目前電力系統(tǒng)制定和投入緊急控制策略主要有兩種方法，1 :大量離線計(jì)算大擾動(dòng) 場景，提取特征量，用特征量的組合反應(yīng)暫態(tài)穩(wěn)定性，對不穩(wěn)定場景，通過反復(fù)試湊計(jì)算獲 得穩(wěn)定控制方案，將其植入穩(wěn)定控制系統(tǒng)，稱為"穩(wěn)控策略表"。大擾動(dòng)發(fā)生后，根據(jù)穩(wěn)定控 制系統(tǒng)實(shí)測的特征量組合，查詢預(yù)植的策略表，判別是否需要執(zhí)行緊急控制及何種控制方 案，簡稱"離線預(yù)決策，實(shí)時(shí)匹配"；由于電力系統(tǒng)在逐季發(fā)展、電網(wǎng)方式不停變化，離線預(yù)決 策需要考慮的樣本量太大，且制定的控制策略難于保證在各種系統(tǒng)方式、運(yùn)行狀態(tài)下的有 效與經(jīng)濟(jì)性。為了適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展和減少樣本的計(jì)算量，結(jié)合計(jì)算手段的進(jìn)步，嘗試采用2 : 大量簡化實(shí)際系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)前的在線潮流，穩(wěn)定控制中心根據(jù)給定的預(yù)想大擾動(dòng)事故集，進(jìn) 行在線穩(wěn)定性仿真計(jì)算，總結(jié)特征量及其組合的門限，制定控制啟動(dòng)決策表，而控制策略表 難于自動(dòng)詳細(xì)計(jì)算匹配，可以離線計(jì)算給定幾種策略。大擾動(dòng)發(fā)生后根據(jù)實(shí)時(shí)測量的特征 量查詢事先制定的控制策略表執(zhí)行控制，稱為"在線預(yù)決策，實(shí)時(shí)匹配"。這兩種方式都是基 于預(yù)想的大擾動(dòng)事故集，穩(wěn)定性的判別與制定的控制策略，取決于實(shí)際的擾動(dòng)與事故集的 貼近度，并且依賴于系統(tǒng)模型及參數(shù)的仿真計(jì)算方法，而系統(tǒng)的模型（特別是負(fù)荷模型）和 參數(shù)（特別是調(diào)節(jié)器響應(yīng)參數(shù)）是難于精確獲得的（系統(tǒng)在不斷的發(fā)展），因此仿真結(jié)果存 在可彳目性問題。
[0004] 隨著PMU在各發(fā)電廠和變電站的安裝和現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，廣域測量系統(tǒng) (WAMS)在電力系統(tǒng)已經(jīng)逐步建立，如果系統(tǒng)中每個(gè)發(fā)電廠都裝有相角測量裝置（APMU)，且 信息更新周期為l〇ms-30ms，解決了過去很難獲取的狀態(tài)量（如發(fā)電機(jī)的功角、角速度、功 率等）同步獲取問題，而這些狀態(tài)量又是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性狀況最直接的反映和體現(xiàn)， 直接使用這些實(shí)時(shí)測量的狀態(tài)量對暫態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行評估與控制，比離線的仿真評估要準(zhǔn)確 得多。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于響應(yīng)信息的 復(fù)雜電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法，能夠用于復(fù)雜電力系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 基于響應(yīng)信息的復(fù)雜電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法，其特征在于：控制主站收集測量單 元依據(jù)故障后實(shí)測的各發(fā)電機(jī)響應(yīng)（如輸出功率、速度、角度等），預(yù)測下一時(shí)刻各發(fā)電機(jī) 功角，按照功角間隙大小排序并實(shí)時(shí)將其分為兩群即超前群和滯后群，預(yù)測兩群間的暫態(tài) 穩(wěn)定性；對于將要失去暫態(tài)穩(wěn)定性的兩群系統(tǒng)，實(shí)時(shí)計(jì)算在超前群中需要施加的減發(fā)電量 及減發(fā)電的機(jī)組，執(zhí)行減發(fā)電后，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；對于不會(huì)失去暫態(tài)穩(wěn)定性的系統(tǒng)，不 施加緊急控制措施，保持其穩(wěn)定運(yùn)行。
[0008] 上述基于響應(yīng)信息的復(fù)雜電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法，：具體包括如下步驟：
[0009] 步驟1 :控制子站周期性采集本發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)的機(jī)械輸入功率和電磁輸出功 率、慣性、角速度及功角，并根據(jù)本周期輸出功率、母線電壓的變化，判別控制子站附近有無 大擾動(dòng)發(fā)生，將以上信息發(fā)送到控制主站；
[0010] 步驟2 :當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)，機(jī)組的功率會(huì)發(fā)生突變；控制主站通過收到控制 子站送來的大擾動(dòng)檢出信號與監(jiān)測發(fā)電廠功率是否發(fā)生突變來啟動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)；
[0011] 步驟3 :當(dāng)大擾動(dòng)發(fā)生后，進(jìn)行不穩(wěn)定性預(yù)測；
[0012] 1)通過WAMS的實(shí)測數(shù)據(jù)，根據(jù)式⑴計(jì)算復(fù)合功角

【權(quán)利要求】
1. 基于響應(yīng)信息的復(fù)雜電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法，其特征在于：控制主站收集測量單元 依據(jù)故障后實(shí)測的各發(fā)電機(jī)響應(yīng)，預(yù)測下一時(shí)刻各發(fā)電機(jī)功角，按照功角間隙大小排序并 實(shí)時(shí)將其分為兩群即超前群和滯后群，預(yù)測兩群間的暫態(tài)穩(wěn)定性；對于將要失去暫態(tài)穩(wěn)定 性的兩群系統(tǒng)，實(shí)時(shí)計(jì)算在超前群中需要施加的減發(fā)電量及減發(fā)電的機(jī)組，執(zhí)行減發(fā)電后， 維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；對于不會(huì)失去暫態(tài)穩(wěn)定性的系統(tǒng)，不施加緊急控制措施，保持其穩(wěn)定運(yùn) 行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于響應(yīng)信息的復(fù)雜電力系統(tǒng)閉環(huán)控制方法，其特征在于： 具體包括如下步驟： 步驟1 :控制子站周期性采集本發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)的機(jī)械輸入功率和電磁輸出功率、慣 性、角速度及功角，并根據(jù)本周期輸出功率、母線電壓的變化，判別控制子站附近有無大擾 動(dòng)發(fā)生，將以上信息發(fā)送到控制主站； 步驟2 :當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)，機(jī)組的功率會(huì)發(fā)生突變；控制主站通過收到控制子站 送來的大擾動(dòng)檢出信號與監(jiān)測發(fā)電廠功率是否發(fā)生突變來啟動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)； 步驟3 :當(dāng)大擾動(dòng)發(fā)生后，進(jìn)行不穩(wěn)定性預(yù)測； 1) 通過WAMS的實(shí)測數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1)計(jì)算復(fù)合功角（i>i;
式中：SJt)，APi (t)分別為t時(shí)刻第i臺(tái)機(jī)的功角、角速度和不平衡功率，Mi 為第i臺(tái)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，AT是數(shù)據(jù)時(shí)間間隔； 2) 將復(fù)合功角從大到小對發(fā)電機(jī)排序，依次計(jì)算相鄰兩發(fā)電機(jī)間功角間隙，取最大角 間隙處劃界，其界上的發(fā)電機(jī)為超前機(jī)群S，其下的發(fā)電機(jī)為滯后機(jī)群A; 3) 將上述兩群等值為兩機(jī)，再將兩機(jī)等值為單機(jī)無限大母線系統(tǒng)； 4) 根據(jù)式（2)和式（3)判別單機(jī)無限大母線系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)T>〇&y>〇,單機(jī)無 限大母線系統(tǒng)將會(huì)失去穩(wěn)定；
式中：T和y是系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)，Sraj和A? %分別是等值單機(jī)無限大母線系統(tǒng)的 功角和角速度，AP是等值單機(jī)無限大母線系統(tǒng)的不平衡功率； 步驟4 :控制策略的實(shí)時(shí)制定和控制命令的下達(dá)： 1)當(dāng)判別出無限大母線系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，根據(jù)式（4)計(jì)算等值單機(jī)無限大母線系統(tǒng)所需 要的控制量n:
式中：Pm是等值單機(jī)無限大母線系統(tǒng)的機(jī)械功率，△?。和S。分別是等值單機(jī)無限大 母線系統(tǒng)在控制時(shí)刻T。時(shí)的角速度和功角，Mt是等值單機(jī)無限大母線系統(tǒng)的慣性時(shí)間常 數(shù)，匕。是等值單機(jī)無限大母線系統(tǒng)在控制時(shí)刻T。時(shí)的電磁功率。Su是等值單機(jī)無限大母 線系統(tǒng)的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)； 2) 再根據(jù)等值單機(jī)無限大母線系統(tǒng)的切機(jī)量，通過式（5)歸算到復(fù)雜電力系統(tǒng)超前群 所需要的切機(jī)量APms:
其中，MJPMs是滯后機(jī)群A和超前機(jī)群S的慣性時(shí)間常數(shù)，Pms是超前機(jī)群S的機(jī)械功 率，Pma是滯后機(jī)群A的機(jī)械功率； 3) 計(jì)算超前機(jī)群S中各發(fā)電機(jī)的當(dāng)前有符號動(dòng)能與功角的乘積，按照有大到小排序：
其中，電是第i臺(tái)發(fā)電機(jī)在超前機(jī)群S局部慣性中心坐標(biāo)下T。時(shí)刻的角速度，武是故 障發(fā)生時(shí)刻到T。時(shí)刻的功角差； 得到初始的優(yōu)先切機(jī)地點(diǎn)集合D(i): D(i) =U|Wji)>0，iGS} 4) 剔除超前機(jī)群中被動(dòng)失穩(wěn)機(jī)組；切機(jī)后如果等值單機(jī)無限大母線系統(tǒng)的機(jī)械輸入 功率減小，該機(jī)是切機(jī)控制負(fù)效應(yīng)機(jī)組，應(yīng)該從切機(jī)備選群中剔除，切機(jī)前等值機(jī)械功率與 所有發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率關(guān)系為式（7) Pffl=(MaPfflS-MsPj/(Ma+Ms) (7) 逐次試探計(jì)算切除超前機(jī)群S中的每臺(tái)發(fā)電機(jī)，來觀察其對等值系統(tǒng)機(jī)械輸入功率Pm 的影響，第i臺(tái)發(fā)電機(jī)被切除時(shí)，則等值機(jī)械功率P'm變?yōu)椋?br> 其中，Pmi為第i臺(tái)機(jī)的機(jī)械輸入功率。 如果P'm(i) >Pm，則第i臺(tái)發(fā)電機(jī)就是被動(dòng)失穩(wěn)機(jī)組，應(yīng)該從候選切機(jī)S群中除去這 臺(tái)發(fā)電機(jī)，則被切機(jī)組在以下集合中選取，記為D' (i): V(1) = {1|1上）>0且1^力）<?"￡5} 5) 在Q' (i)中依次取機(jī)組作為被切除機(jī)組，當(dāng)總?cè)萘看笥贏Pm且最接近于APJt 所選出的機(jī)組就是最終的切機(jī)控制策略，將其下達(dá)給相應(yīng)的發(fā)電廠控制子站執(zhí)行切機(jī)； 步驟5 :閉環(huán)控制的目標(biāo)是保持系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，檢測系統(tǒng)功角曲線連續(xù)三次擺動(dòng)的最 大搖擺角均逐次遞減時(shí)，即可復(fù)歸本次閉環(huán)控制計(jì)算，監(jiān)視下次大擾動(dòng)發(fā)生。
【文檔編號】H02J3/00GK104505827SQ201410829746
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】張保會(huì), 王懷遠(yuǎn), 楊松浩, 郝治國 申請人:西安交通大學(xué)