本發(fā)明涉及一種互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定的安控策略優(yōu)化方法，具體涉及一種基于阻尼貢獻的互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

由于能源資源的分布不均和用電需求的不斷增長，我國互聯(lián)電網(wǎng)的規(guī)模逐漸增大。遠距離大容量輸電在實現(xiàn)電力資源大范圍支配的同時，也容易導(dǎo)致區(qū)域電網(wǎng)間的弱阻尼或負阻尼低頻振蕩?，F(xiàn)代普遍采用的高放大倍數(shù)快速勵磁系統(tǒng)能夠有效提高系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定水平，但是在重負荷下可能弱化系統(tǒng)阻尼，引發(fā)低頻振蕩問題。

與單一擾動源的低頻振蕩不同，互聯(lián)系統(tǒng)的振蕩由于負阻尼機組數(shù)量較多，不能全部切除進行控制，而應(yīng)該采用降低關(guān)鍵機組出力的方法。工程上對于可能激發(fā)電網(wǎng)低頻振蕩的故障，都離線制定了相應(yīng)的安控策略，但是在切機對象的選擇上主要依靠仿真曲線和運行人員的主觀經(jīng)驗，缺乏嚴格的計算分析，難以適應(yīng)電網(wǎng)的變化發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于阻尼貢獻的互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略優(yōu)化方法，該方法將發(fā)電機在某一振蕩模式中的阻尼貢獻量化，對機組進行切機優(yōu)先度排序，優(yōu)化安控策略的實施效果，減小控制代價，能夠應(yīng)用于離線方案的制定和在線振蕩監(jiān)測。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種基于阻尼貢獻的互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟：

1)提取機組參數(shù)和電氣量數(shù)據(jù)，確定阻尼貢獻指標；

2)計算未知電氣量；

3)辨識電氣量穩(wěn)態(tài)運行點；

4)辨識電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)和機械阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；

5)計算阻尼貢獻指標；

6)生成電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略。

進一步地，所述步驟1)中，機組參數(shù)包括定子電阻、直軸暫態(tài)電抗和交軸同步電抗，電氣量數(shù)據(jù)包括機端電壓、機端電流、發(fā)電機機械功率、發(fā)電機轉(zhuǎn)子角度和發(fā)電機轉(zhuǎn)子頻率；確定阻尼貢獻指標包括：

發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢變化量ΔE′_q和機械力矩變化量ΔT_m分解成同步力矩和阻尼力矩疊加的形式，即：

ΔE′_q＝K_eΔδ+D_eΔω (1)

ΔT_m＝K_mΔδ+D_mΔω (2)

其中：Δδ為發(fā)電機功角相對于穩(wěn)態(tài)運行點δ₀的變化量；Δω為發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度相對于穩(wěn)態(tài)運行點ω₀的變化量；K_e為發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢變化量的電磁同步力矩系數(shù)；D_e為發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢變化量的電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；K_m為機械力矩變化量的電磁同步力矩系數(shù)；D_m為機械力矩變化量的電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；K_eΔδ為發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢變化量的電磁同步力矩分量；D_eΔω為發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢變化量的電磁阻尼力矩分量；K_mΔδ為機械力矩變化量的電磁同步力矩分量；

式(1)和式(2)中的同步力矩分量與低頻振蕩無關(guān)，將其中的同步力矩分量和阻尼力矩分量解耦，對ΔE′_q和ΔT_m中阻尼力矩分量的作用進行累積計算；式(1)中的參數(shù)D_e反映勵磁繞組、勵磁系統(tǒng)和PSS的綜合阻尼，式(2)中的參數(shù)D_m反映調(diào)速系統(tǒng)的阻尼，則(D_e-D_m)Δω與Δω的相位關(guān)系反映機組控制系統(tǒng)整體的阻尼性質(zhì)；

定義從t₁時刻到t₂時刻發(fā)電機阻尼狀態(tài)的量化表達式為：

若式(3)的計算結(jié)果為負，則說明發(fā)電機組在t₁到t₂的時間段內(nèi)處于負阻尼狀態(tài)，絕對值越大說明負阻尼越嚴重；

將式(3)表示的阻尼狀態(tài)與發(fā)電機出力相乘，作為真正的阻尼貢獻，t₁時刻到t₂時刻的發(fā)電機阻尼貢獻指標如式(4)所示：

式(4)的負數(shù)絕對值越大，表明發(fā)電機組在振蕩中越關(guān)鍵，優(yōu)先切除；P_e為發(fā)電機出力。

進一步地，所述步驟2)中，未知電氣量包括發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢和機械轉(zhuǎn)矩；發(fā)電 機直軸暫態(tài)電動勢利用各采樣時刻的機端電壓機端電流定子電阻R_a、直軸暫態(tài)電抗X′_d和交軸同步電抗X_q進行計算，計算公式如下：

式中：E_Q為發(fā)電機虛構(gòu)電動勢；δ為發(fā)電機功角；δ′為暫態(tài)電動勢對于母線電壓的相對角；為暫態(tài)電動勢；E′_q為直軸暫態(tài)電動勢幅值；E′暫態(tài)電動勢幅值；

發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩按照式(6)進行計算：

式中：T_m為發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩，P_m為發(fā)電機機械功率，ω為發(fā)電機轉(zhuǎn)子頻率。

進一步地，所述步驟3)中，將振蕩曲線的中軸線作為發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行點，通過擬合振蕩曲線的上下包絡(luò)線來求取振蕩中軸線；辨識電氣量穩(wěn)態(tài)運行點包括下述步驟：

①辨識振蕩曲線轉(zhuǎn)折點：

將采樣點i的切線斜率f′(t_i)和切線斜率變化速度f″(t_i)分別以一次差分和二次差分的形式近似表示：

上包絡(luò)線轉(zhuǎn)折點的切線斜率變化速度為極小值點，下包絡(luò)線轉(zhuǎn)折點的切線斜率變化速度為極大值點，如式(8)所示，根據(jù)如下判據(jù)找出振蕩曲線的轉(zhuǎn)折點：

式中，t_i為電氣量第i個采樣點對應(yīng)的時間；f(t_i)為第i個采樣點的電氣量數(shù)值；

②包絡(luò)線擬合：

假設(shè)振蕩曲線的上包絡(luò)線共有m個轉(zhuǎn)折點，表示為[x_j,f(x_j)](j＝1,2…m)；構(gòu)造上包絡(luò)線的三次樣條插值函數(shù)S_up(t)求取振蕩曲線的上包絡(luò)線，其表達式為：

S_up(t)＝a_jt³+b_jt²+c_jt+d_j

(9)

t∈[x_j,x_j+1] j＝1,2…m-1

式中：a_j、b_j、c_j、d_j均為三次樣條插值函數(shù)S_up(t)的系數(shù)；x_j,x_j+1分別為m個轉(zhuǎn)折點中的第j個轉(zhuǎn)折點和j+1個轉(zhuǎn)折點；

根據(jù)插值條件、連續(xù)性條件和邊界條件求取待定系數(shù)；插值條件為：

S_up(x_j)＝f(x_j) j＝1,2,3…m (10)

連續(xù)性條件為：

S_up(x_j+0)＝S_up(x_j-0) j＝2,3…m-1

S′_up(x_j+0)＝S′_up(x_j-0) j＝2,3…m-1 (11)

S″_up(x_j+0)＝S″_up(x_j-0) j＝2,3…m-1

邊界條件為：

S′_up(x₁)＝f′(x₁) S′_up(x_m)＝f′(x_m) (12)

式中：f′(x₁)和f′(x_m)均為振蕩曲線兩端的一階導(dǎo)數(shù)值；

假設(shè)振蕩曲線的下包絡(luò)線共有m個轉(zhuǎn)折點，表示為[x_k,f(x_k)](k＝1,2…m)；構(gòu)造下包絡(luò)線的三次樣條插值函數(shù)S_down(t)求取振蕩曲線的上包絡(luò)線，其表達式為：

S_down(t)＝a_kt³+b_kt²+c_kt+d_k

(13)

t∈[x_k,x_k+1] k＝1,2…m-1

根據(jù)插值條件、連續(xù)性條件和邊界條件求取待定系數(shù)；插值條件為：

S_down(x_k)＝f(x_k) k＝1,2,3…m (14)

連續(xù)性條件為：

S_down(x_k+0)＝S_down(x_k-0) k＝2,3…m-1

S′_down(x_k+0)＝S′_down(x_k-0) k＝2,3…m-1 (15)

S″_down(x_k+0)＝S″_down(x_k-0) k＝2,3…m-1

邊界條件為：

S′_down(x₁)＝f′(x₁) S′_down(x_m)＝f′(x_m) (16)

式中：a_k、b_k、c_k、d_k均為三次樣條插值函數(shù)S_down(t)的系數(shù)；x_k,x_k+1分別為m個轉(zhuǎn)折點中的第k個轉(zhuǎn)折點和k+1個轉(zhuǎn)折點；

③穩(wěn)態(tài)點求?。?/p>

以同一時間下，上下包絡(luò)線三次樣條差值函數(shù)的中值作為時間點的穩(wěn)態(tài)運行點，t_i時刻的有功功率穩(wěn)態(tài)運行點：

式中：P_s,i為t_i時刻的有功功率穩(wěn)態(tài)運行點。

進一步地，所述步驟4)中，采用最小二乘法的矩陣形式辨識電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)D_e和機械阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)D_m，在10°以內(nèi)的振蕩幅度下，發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)和阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)均為常數(shù)；將振蕩數(shù)據(jù)等距分段，采用分段辨識、逐段累加的方法計算發(fā)電機阻尼貢獻；辨識電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)D_e時，取數(shù)據(jù)的采樣間隔為20ms，以相鄰的10組[ΔE′_q,Δδ,Δω]數(shù)據(jù)為一個單位進行參數(shù)辨識，最小二乘法的矩陣形式如下：

B＝(X^TX)^-1X^TY (18)

式(18)中，各矩陣內(nèi)容如下所示：

式中：ΔE′_qh為發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢變化量，Δδ_h為發(fā)電機功角相對于穩(wěn)態(tài)運行點δ₀的變化量；Δω_h為發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度相對于穩(wěn)態(tài)運行點ω₀的變化量；h＝1,2,…10；B為發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩和阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)矩陣；X為功角變化量和頻率變化量矩陣；X^T為X的轉(zhuǎn)置矩陣；Y為直軸暫態(tài)電抗矩陣；計算機械力矩變化量的電磁同步力矩系數(shù)K_m和機械力矩變化量的電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)D_m時，時，將Y和B替換為：

式中：ΔT_mh為機械力矩變化量。

進一步地，所述步驟5)中，計算阻尼貢獻指標包括：利用參數(shù)辨識方法，將電磁力矩和機械力矩中的阻尼力矩成分單獨提取出來，將控制系統(tǒng)的綜合阻尼力矩與轉(zhuǎn)速變化量的相位關(guān)系的積分作為一段時間內(nèi)發(fā)電機阻尼狀態(tài)的量化值，將阻尼狀態(tài)與額定有功出力的乘積作為該時間段內(nèi)發(fā)電機阻尼貢獻的量化值。

進一步地，所述步驟6)中，生成電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略包括：基于阻尼貢獻指標對發(fā) 電機的切機優(yōu)先度進行排序，生成優(yōu)先度列表，按照排序生成電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略，優(yōu)化電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略實施效果，減少控制代價。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有的優(yōu)異效果是：

(1)本發(fā)明提供的方法綜合考慮了發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)的影響，將發(fā)電機在振蕩中的阻尼貢獻量化，明確給出應(yīng)優(yōu)先考慮切除的機組，極大地提升了安控方案的實施效果，且不受故障形式和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化的影響，適應(yīng)性較強。

(2)基于發(fā)電機的阻尼特性分析，利用最小二乘法將電磁轉(zhuǎn)矩和機械轉(zhuǎn)矩中的同步轉(zhuǎn)矩和阻尼轉(zhuǎn)矩解耦。阻尼貢獻指標略去了電磁轉(zhuǎn)矩與阻尼轉(zhuǎn)矩中與抑制低頻振蕩無關(guān)的分量，與目前已提出的反應(yīng)機組阻尼狀態(tài)的指標相比，具有更高的精確度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的單機無窮大系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖；

圖2是本發(fā)明提供的基于阻尼貢獻的互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略優(yōu)化方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明提供的原方案以及利用本發(fā)明方案實施后外呼豐斷面外送功率曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

以下描述和附圖充分地示出本發(fā)明的具體實施方案，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`它們。其他實施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，并且操作的順序可以變化。一些實施方案的部分和特征可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特征。本發(fā)明的實施方案的范圍包括權(quán)利要求書的整個范圍，以及權(quán)利要求書的所有可獲得的等同物。在本文中，本發(fā)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術(shù)語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動地限制該應(yīng)用的范圍為任何單個發(fā)明或發(fā)明構(gòu)思。

互聯(lián)電網(wǎng)低頻振蕩機理如下：

在低頻振蕩中，系統(tǒng)的總能量與振幅對應(yīng)，消耗能量的元件對振蕩衰減的貢獻為正，具有正阻尼，而產(chǎn)生能量的元件是振蕩源，具有負阻尼。在互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，可能有相當數(shù)量的機組對振蕩衰減的貢獻為負。在電網(wǎng)發(fā)生擾動后，發(fā)電機的PSS、勵磁繞組、阻 尼繞組以及機械系統(tǒng)均能提供一定的正阻尼，而勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器則有可能在一定情況下表現(xiàn)為負阻尼，弱化系統(tǒng)整體阻尼，從而引起弱阻尼或負阻尼低頻振蕩。

圖1為單機無窮大系統(tǒng)線性化模型的傳遞函數(shù)框圖，發(fā)電機計及勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)和PSS動態(tài)。

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)通過改變電磁力矩影響轉(zhuǎn)子運動。電磁力矩變化量ΔT_e可以分解成同步力矩和阻尼力矩兩個分量，即：

ΔT_e＝K₁Δδ+K₂ΔE′_q

＝K_eΔδ+D_eΔω

式中：Δδ為發(fā)電機功角相對于穩(wěn)態(tài)運行點δ₀的變化量；Δω為發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度相對于穩(wěn)態(tài)運行點ω₀的變化量；K_e為電磁同步力矩系數(shù)；D_e為電磁阻尼力矩系數(shù)。

同步力矩主要影響振蕩頻率，阻尼力矩則與抑制低頻振蕩直接相關(guān)。D_e>0時，電磁力矩中產(chǎn)生一個和速度變化量Δω同相的正阻尼力矩成分，有助于抑制低頻振蕩。

在圖1中，參數(shù)K₅實質(zhì)是機端電壓對功角的偏導(dǎo)數(shù)，該參數(shù)在發(fā)電機重負荷(功角較大)時可能為負值。K₅<0時，ΔT_e在Δω-Δδ相平面上處于第III、IV象限，即D_e＜0，勵磁系統(tǒng)阻尼為負。

在聯(lián)絡(luò)線遠距離大容量輸電的情況下，送受端端發(fā)電機功角較大。特別是在輸電斷面線路跳閘后，兩側(cè)系統(tǒng)電氣距離加大，送端發(fā)電機功角也相應(yīng)加大，此時送端機組的勵磁系統(tǒng)有可能提供負阻尼。發(fā)生互聯(lián)電網(wǎng)低頻振蕩時，大量送端機組將呈現(xiàn)負阻尼。

調(diào)速系統(tǒng)通過改變機械力矩影響轉(zhuǎn)子運動，它對動態(tài)穩(wěn)定的影響與其本身的參數(shù)配置、振蕩頻率和系統(tǒng)參數(shù)等因素有關(guān)。與電磁力矩類似，原動機的機械力矩變化量ΔT_m也能分解為同步力矩和阻尼力矩兩個分量，即：

ΔT_m＝K_mΔδ+D_mΔω (2)

式中：K_m為機械同步力矩系數(shù)；D_m為機械阻尼力矩系數(shù)。

與電磁力矩不同的是，由于機械力矩是加速力矩，當Δω＞0時，正常的調(diào)速器應(yīng)該產(chǎn)生一個與Δω反相的力矩分量，阻止轉(zhuǎn)子速度繼續(xù)增加。因此，當D_m＜0時，ΔT_m在Δω-Δδ相平面上處于第III、IV象限，調(diào)速器向系統(tǒng)提供正阻尼。

本發(fā)明提供一種基于阻尼貢獻的互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控措施優(yōu)化方法，將發(fā)電機在某一振蕩模式中的阻尼貢獻量化，對機組進行切機優(yōu)先度排序，優(yōu)化安控策略的實施效果，減小 控制代價，能夠應(yīng)用于離線方案的制定和在線振蕩監(jiān)測，其流程圖如圖2所示，包括下述步驟：

1)提取機組參數(shù)和電氣量數(shù)據(jù)，確定阻尼貢獻指標；

機組參數(shù)包括定子電阻、直軸暫態(tài)電抗和交軸同步電抗，電氣量數(shù)據(jù)包括機端電壓、機端電流、發(fā)電機機械功率、發(fā)電機轉(zhuǎn)子角度和發(fā)電機轉(zhuǎn)子頻率；確定阻尼貢獻指標包括：

圖1中，K₂一般是大于0的實數(shù)，因此ΔE′_q即可反應(yīng)發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩的阻尼性質(zhì)，ΔE′_q同樣可以分解成同步力矩和阻尼力矩疊加的形式，即：

ΔE′_q＝K_eΔδ+D_eΔω (1)

式(2)中的參數(shù)D_e反映了勵磁繞組、勵磁系統(tǒng)和PSS的綜合阻尼，再計及調(diào)速系統(tǒng)的阻尼作用，則(D_e-D_m)Δω與Δω的相位關(guān)系反映了機組控制系統(tǒng)整體的阻尼性質(zhì)；式(1)和式(2)中的同步力矩分量與低頻振蕩無關(guān)，將其中的同步力矩和阻尼力矩解耦，單獨對ΔE′_q和ΔT_m中阻尼力矩的作用進行累積計算；其中：ΔE′_q為發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩，Δδ為發(fā)電機功角相對于穩(wěn)態(tài)運行點δ₀的變化量；Δω為發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度相對于穩(wěn)態(tài)運行點ω₀的變化量；K_e為電磁同步力矩系數(shù)；D_e為電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；

定義從t₁時刻到t₂時刻發(fā)電機阻尼狀態(tài)的量化表達式為：

若式(3)的計算結(jié)果為負，則說明發(fā)電機組在t₁到t₂的時間段內(nèi)處于負阻尼狀態(tài)，絕對值越大說明負阻尼越嚴重；D_m為機械阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)，

發(fā)電機的振蕩能量最終是以功率擾動的形式傳播到網(wǎng)絡(luò)中的，機組容量不同，其影響程度也不同。因此，機組的阻尼貢獻除了與機組本身的阻尼特性有關(guān)外，還與發(fā)電機出力P_e有關(guān)。為考慮該因素的影響，將式(3)表示的阻尼狀態(tài)與發(fā)電機出力相乘，作為真正的阻尼貢獻，t₁時刻到t₂時刻的發(fā)電機阻尼貢獻指標如式(4)所示：

式(4)的負數(shù)絕對值越大，表明發(fā)電機組在振蕩中越關(guān)鍵，應(yīng)優(yōu)先考慮切除；P_e為發(fā)電機出力。

2)計算未知電氣量；

未知電氣量包括發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢和機械轉(zhuǎn)矩；發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢無法直接獲 得，利用各采樣時刻的機端電壓機端電流定子電阻R_a、直軸暫態(tài)電抗X′_d和交軸同步電抗X_q進行計算，計算公式如下：

E_Q為發(fā)電機虛構(gòu)電動勢、δ為發(fā)電機功角、δ′為暫態(tài)電動勢對于母線電壓的相對角、為暫態(tài)電動勢、E′_q為直軸暫態(tài)電動勢幅值、E′暫態(tài)電動勢幅值；

發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩也無法直接獲得，但是機械功率可以直接讀取，可按照式(6)進行計算：

T_m為發(fā)電機機械轉(zhuǎn)矩、P_m為發(fā)電機機械功率、ω為發(fā)電機轉(zhuǎn)子頻率。

3)辨識電氣量穩(wěn)態(tài)運行點；

圖1中各電氣量變化量都是相對于穩(wěn)態(tài)運行點而言的。在系統(tǒng)發(fā)生大的擾動后，各發(fā)電機將從原來的穩(wěn)態(tài)運行點振蕩過渡到新的穩(wěn)態(tài)運行點，因此不同時刻的ΔE′_q、Δδ和Δω計算應(yīng)采用不同的穩(wěn)態(tài)值。近似認為振蕩曲線的中軸線即為其穩(wěn)態(tài)運行點，通過擬合振蕩曲線的上下包絡(luò)線來求取振蕩中軸線。穩(wěn)態(tài)點辨識分為“轉(zhuǎn)折點”辨識、包絡(luò)線擬合和振蕩曲線中軸線求取3個步驟。

①辯識振蕩曲線“轉(zhuǎn)折點”；在電力系統(tǒng)漂移振蕩中，有些振蕩曲線有明顯的極大值和極小值，也有一些曲線斜率始終為正。擬合振蕩曲線的上下包絡(luò)線時，需穿過曲線的“轉(zhuǎn)折點”，這些“轉(zhuǎn)折點”是在一個振蕩周期內(nèi)斜率變化速度最快的點。將采樣點i的切線斜率f′(t_i)和切線斜率變化速度f″(t_i)分別以一次差分和二次差分的形式近似表示：

上包絡(luò)線轉(zhuǎn)折點的切線斜率變化速度為極小值點，下包絡(luò)線轉(zhuǎn)折點的切線斜率變化速度為極大值點，如式(8)所示，根據(jù)如下判據(jù)找出振蕩曲線的轉(zhuǎn)折點：

式中，t_i為電氣量第i個采樣點對應(yīng)的時間；f(t_i)為第i個采樣點的電氣量數(shù)值；

假設(shè)振蕩曲線的上包絡(luò)線共有m個轉(zhuǎn)折點，表示為[x_j,f(x_j)](j＝1,2…m)；構(gòu)造上包絡(luò)線的三次樣條插值函數(shù)S_up(t)求取振蕩曲線的上包絡(luò)線，其表達式為：

S_up(t)＝a_jt³+b_jt²+c_jt+d_j

(9)

t∈[x_j,x_j+1] j＝1,2…m-1

式中：a_j、b_j、c_j、d_j均為三次樣條插值函數(shù)S_up(t)的系數(shù)；x_j,x_j+1分別為m個轉(zhuǎn)折點中的第j個轉(zhuǎn)折點和j+1個轉(zhuǎn)折點；

根據(jù)插值條件、連續(xù)性條件和邊界條件求取待定系數(shù)；插值條件為：

S_up(x_j)＝f(x_j) j＝1,2,3…m (10)

連續(xù)性條件為：

S_up(x_j+0)＝S_up(x_j-0) j＝2,3…m-1

S′_up(x_j+0)＝S′_up(x_j-0) j＝2,3…m-1 (11)

S″_up(x_j+0)＝S″_up(x_j-0) j＝2,3…m-1

邊界條件為：

S′_up(x₁)＝f′(x₁) S′_up(x_m)＝f′(x_m) (12)

式中：f′(x₁)和f′(x_m)為振蕩曲線兩端的一階導(dǎo)數(shù)值；

假設(shè)振蕩曲線的下包絡(luò)線共有m個轉(zhuǎn)折點，表示為[x_k,f(x_k)](k＝1,2…m)；構(gòu)造下包絡(luò)線的三次樣條插值函數(shù)S_down(t)求取振蕩曲線的上包絡(luò)線，其表達式為：

S_down(t)＝a_kt³+b_kt²+c_kt+d_k

(13)

t∈[x_k,x_k+1] k＝1,2…m-1

根據(jù)插值條件、連續(xù)性條件和邊界條件求取待定系數(shù)；插值條件為：

S_down(x_k)＝f(x_k) k＝1,2,3…m (14)

連續(xù)性條件為：

S_down(x_k+0)＝S_down(x_k-0) k＝2,3…m-1

S′_down(x_k+0)＝S′_down(x_k-0) k＝2,3…m-1 (15)

S″_down(x_k+0)＝S″_down(x_k-0) k＝2,3…m-1

邊界條件為：

S′_down(x₁)＝f′(x₁) S′_down(x_m)＝f′(x_m) (16)

式中：a_k、b_k、c_k、d_k均為三次樣條插值函數(shù)S_down(t)的系數(shù)；x_k,x_k+1分別為m個轉(zhuǎn)折點中的第k個轉(zhuǎn)折點和k+1個轉(zhuǎn)折點。

③穩(wěn)態(tài)點求取

以同一時間下，上下包絡(luò)線三次樣條差值函數(shù)的中值作為時間點的穩(wěn)態(tài)運行點，t_i時刻的有功功率穩(wěn)態(tài)運行點：

式中：P_s,i為t_i時刻的有功功率穩(wěn)態(tài)運行點。

4)辨識電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)和機械阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；

采用最小二乘法的矩陣形式辨識電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)D_e和機械轉(zhuǎn)矩系數(shù)D_m，在10°以內(nèi)的振蕩幅度()下，發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)和阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)均為常數(shù)；將振蕩數(shù)據(jù)等距分段，采用分段辨識、逐段累加的方法計算發(fā)電機阻尼貢獻；辨識電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)D_e時，取數(shù)據(jù)的采樣間隔為20ms，以相鄰的10組[ΔE′_q,Δδ,Δω]數(shù)據(jù)為一個單位進行參數(shù)辨識，最小二乘法的矩陣形式如下：

B＝(X^TX)^-1X^TY (18)

式(18)中，各矩陣內(nèi)容如下所示：

式中：ΔE′_qh為發(fā)電機直軸暫態(tài)電動勢變化量，Δδ_h為發(fā)電機功角相對于穩(wěn)態(tài)運行點δ₀的變化量；Δω_h為發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度相對于穩(wěn)態(tài)運行點ω₀的變化量；h＝1,2,…10；B為發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩和阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)矩陣；X為功角變化量和頻率變化量矩陣；X^T為X的轉(zhuǎn)置矩陣；Y為直軸暫態(tài)電抗矩陣；計算機械同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)K_m和機械阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)D_m時，將Y和B替換為：

式中：ΔT_mh為機械力矩變化量。

5)計算阻尼貢獻指標；計算阻尼貢獻指標包括：利用參數(shù)辨識方法，將電磁力矩和機械力矩中的阻尼力矩成分單獨提取出來，將控制系統(tǒng)的綜合阻尼力矩與轉(zhuǎn)速變化量的相位關(guān)系的積分作為一段時間內(nèi)發(fā)電機阻尼狀態(tài)的量化值，將阻尼狀態(tài)與額定有功出力的乘積作為該時間段內(nèi)發(fā)電機阻尼貢獻的量化值。

6)生成電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略，包括：基于阻尼貢獻指標對發(fā)電機的切機優(yōu)先度進行排序，生成優(yōu)先度列表，按照排序生成電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略，優(yōu)化電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略實施效果，減少控制代價。

實施例

結(jié)合附圖2，說明電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定安控策略優(yōu)化方法的具體實施過程。

(1)案例介紹

以蒙西電網(wǎng)為例，檢修永圣域—豐泉三回線中的一回，呼豐斷面(武川—察右中、旗下營—汗海和永圣域—豐泉)功率為4724MW。設(shè)置永圣域—豐泉另外兩回線路N-2故障，蒙西電網(wǎng)將發(fā)生增幅振蕩，振蕩頻率為0.33Hz，阻尼比為-0.0023?，F(xiàn)有安控方案為切除河西電廠1#機組、煤矸電廠3#、4#機組和京泰電廠1#機組，總切除量為1560MW。

(2)提取低頻振蕩發(fā)生后，送端可控機組的有功功率P_e，機械功率P_m、定子電阻R_a、直軸暫態(tài)電抗X′_d、交軸同步電抗X_q，以及互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)生振蕩后各個時刻的機械轉(zhuǎn)矩T_m、機端電壓機端電流轉(zhuǎn)子角度δ和轉(zhuǎn)速ω；

(3)計算各個時刻的發(fā)電機交軸暫態(tài)電動勢E′_q，機械轉(zhuǎn)矩T_m；

(4)相關(guān)電氣量穩(wěn)態(tài)點辨識；

(5)采用最小二乘法辨識各時間段的電磁阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)和機械阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；

(6)計算各發(fā)電機的阻尼貢獻，結(jié)果如下：

表1 發(fā)電機阻尼貢獻指標

(7)生成安控方案

由表1可知，阻尼貢獻指標較大的機組是布連1#機組、河西1#機組和河西2#機組?，F(xiàn)有安控方案實施后達到的阻尼比為0.017，而按照阻尼貢獻指標排序進行控制時，只需切除1060MW的功率即可達到同樣的控制效果。其中，布連1#機組切除660MW，河西1#機組切除400MW，切機總量減少了500MW，占原方案切機總量的32％。兩種方案實施后外呼豐斷面外送功率曲線如圖3所示。

圖3中，原方案實施后外送斷面平均功率約為3493MW，改進方案則為3890MW，控制代價相比原方案大幅度減少。因此，本發(fā)明提供的方法完全可以為離線方案制定提供嚴格的數(shù)據(jù)分析。而應(yīng)用于在線振蕩監(jiān)測與控制時時，本發(fā)明提供的方法能更好地適應(yīng)故障形式、電網(wǎng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)的變化，根據(jù)實時數(shù)據(jù)給出優(yōu)化的切機順序，提高系統(tǒng)阻尼。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。