專利名稱：一種用于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的實時仿真試驗研究方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制技術(shù)和實時仿真領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種用于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的實時仿真試驗研究方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代大型電網(wǎng)動態(tài)特性復(fù)雜、投入運行的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)種類繁多、規(guī)模龐大，安穩(wěn)技術(shù)的研究與設(shè)計、安穩(wěn)系統(tǒng)試驗及控制策略驗證的工作量、工作難度都很大。但是，現(xiàn)有安穩(wěn)系統(tǒng)的研發(fā)、試驗手段具有很大局限性?，F(xiàn)有電網(wǎng)安穩(wěn)控制技術(shù)的試驗研究手段大致有電力系統(tǒng)離線數(shù)字仿真、繼電保護(hù)測試儀、動模試驗和錄波回放測試儀等。
電力系統(tǒng)離線數(shù)字仿真可以較為準(zhǔn)確地仿真電力系統(tǒng)各種暫態(tài)行為；可以進(jìn)行大型電網(wǎng)的仿真分析；應(yīng)用廣泛，是當(dāng)前電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的主要手段；建模容易，易于維護(hù)；價格便宜，使用方便。但是其主要缺點是1)只能進(jìn)行離線仿真，無法進(jìn)行實時的仿真；
2)元件控制器模型受到限制，無法自定義建模，仿真精度不夠；3)只能對預(yù)想的控制邏輯進(jìn)行軟件實現(xiàn)，從而進(jìn)行開環(huán)的測試，而無法進(jìn)行閉環(huán)的測試；4)不能直接與安穩(wěn)系統(tǒng)的硬件裝置進(jìn)行連接。因此，電力系統(tǒng)離線數(shù)字仿真軟件比較適合安穩(wěn)技術(shù)的原理性研究。繼電保護(hù)測試儀成本較低、規(guī)模較小、使用方便、精度較高等諸多優(yōu)點，常被用作單裝置的測試，例如單臺裝置的精度校驗、裝置本體的邏輯功能校驗，也常被用作穩(wěn)控系統(tǒng)的出廠驗收使用與現(xiàn)場調(diào)試試驗。動模試驗可以較真實的反映被研究系統(tǒng)的全動態(tài)過程，克服了繼電保護(hù)測試儀的孤立無法協(xié)調(diào)的缺點，現(xiàn)象直觀明了，物理意義明確。但由于它仿真的規(guī)模受實驗室設(shè)備和場地限制，設(shè)備昂貴，占地面積大，無法模擬大型電力系統(tǒng)，運行方式調(diào)整不方便，試驗效率較低，試驗成本較大，一般僅用于穩(wěn)控新產(chǎn)品開發(fā)時驗證故障判據(jù)的試驗或部分出廠驗收試驗。錄波回放測試儀所用數(shù)據(jù)一般為BPA、PSASP等機電暫態(tài)仿真軟件，受到原機電暫態(tài)仿真軟件模型和參數(shù)的限制、對直流系統(tǒng)的控制與保護(hù)、電力電子設(shè)備控制與保護(hù)的仿真有很大局限性。因而，一般只適合對裝置的軟硬件可靠性和策略匹配程序的正確性進(jìn)行驗證，無法起到全面測試的效果。未來電網(wǎng)將大量應(yīng)用輕型直流SVC-HVDC、大量電力電子技術(shù)和裝置，對電磁和機電暫態(tài)實時仿真提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明建立一種安穩(wěn)系統(tǒng)研發(fā)和試驗的實時仿真方法，可以對安穩(wěn)系統(tǒng)研究、設(shè)計、試驗和運行全生命周期進(jìn)行技術(shù)支撐。這里電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)是指電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定三道防線中的各種技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種用于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的實時仿真試驗研究方法，包括以下步驟
I)建立大電網(wǎng)計算和穩(wěn)定分析的實時仿真模型及其控制系統(tǒng)的邏輯參數(shù)；2)在同一個仿真模型的同一個仿真中對從毫秒級的電力電子器件控制到秒級的機組控制以及多區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)；
3)構(gòu)建電網(wǎng)廣域安穩(wěn)系統(tǒng)實時仿真場景；即大電網(wǎng)基于PMU廣域量測安穩(wěn)控制系統(tǒng)的構(gòu)建接近實際電力系統(tǒng)工況的仿真場景
其中步驟2)所述的在同一個仿真模型的同一個仿真中對從毫秒級的電力電子器件控制到秒級的機組控制以及多區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)具體為在同一個仿真模型的同一個仿真中對從毫秒級的電力電子器件控制到秒級的機組控制和多區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合，并通過試驗研究多時間尺度穩(wěn)定控制對電網(wǎng)穩(wěn)定的協(xié)調(diào)控制效果。步驟3)所述的實時仿真場景為接近實際電力系統(tǒng)工況的仿真場景，如各種可能發(fā)生的電網(wǎng)故障、測量和控制系統(tǒng)通信延時和多類型電網(wǎng)控制器綜合作用等。它首先應(yīng)用復(fù)雜大電網(wǎng)實時仿真的建模技術(shù)來搭建用于某個電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)研發(fā)用的仿真環(huán)境。 所述步驟I)的建立大電網(wǎng)計算和穩(wěn)定分析的實時仿真模型和參數(shù)的方法包括交流網(wǎng)架實時仿真模型的構(gòu)建、發(fā)電機控制系統(tǒng)實時仿真模型的構(gòu)建、電力系統(tǒng)HVDC，F(xiàn)ACTS實時仿真模型的構(gòu)建和安穩(wěn)控制系統(tǒng)實時仿真模型的構(gòu)建。首先應(yīng)用復(fù)雜大電網(wǎng)實時房展的建模技術(shù)來搭建用于某個電網(wǎng)安全控制系統(tǒng)試驗用的仿真環(huán)境，建模方法包括11)交流網(wǎng)架實時仿真模型的構(gòu)建，12)發(fā)電機控制系統(tǒng)實時仿真模型的構(gòu)建，13)電力系統(tǒng)HVDC、FACTS實時仿真模型的構(gòu)建，14)安穩(wěn)控制系統(tǒng)實時仿真模型的構(gòu)建。11)構(gòu)建交流網(wǎng)架實時仿真模型
大型交流電網(wǎng)架實時仿真一般分為以下三步(I)系統(tǒng)動態(tài)等值；(2)實時仿真建模；
(3)仿真模型調(diào)試和校核。(I)系統(tǒng)動態(tài)等值
(I. I)確定等值化簡原則和條件
電力系統(tǒng)實時仿真器有多種，這里以加拿大RTDS公司開發(fā)的RTDS為例來描述。RTDS進(jìn)行大型交直流電力系統(tǒng)實時仿真，首先需要根據(jù)RTDS硬件資源以及研究目的確定合適的等值系統(tǒng)規(guī)模。接下來在RTDS仿真模型建立之前，應(yīng)首先對整個等值網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，將整個等值網(wǎng)絡(luò)劃分為若干子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)在仿真中將在不同的RACK中進(jìn)行計算，因此，每個子系統(tǒng)的規(guī)模也應(yīng)該根據(jù)其所在的RACK的硬件情況決定。分別編譯各回直流系統(tǒng)的模型，再逐步加入交流網(wǎng)絡(luò)部分。RTDS仿真模型的調(diào)試和校核分為初始潮流計算、靜態(tài)校驗和動態(tài)校驗三部分，經(jīng)過了以上步驟后，仿真模型才可以用于電網(wǎng)各種實時仿真試驗研究。在交直流電力系統(tǒng)仿真中，根據(jù)不同的研究目的和現(xiàn)有RTDS硬件資源，進(jìn)行合理的交流網(wǎng)絡(luò)動態(tài)等值，以建立詳細(xì)程度適當(dāng)?shù)碾娋W(wǎng)仿真模型是非常重要的。交流網(wǎng)絡(luò)動態(tài)等值的原則如下
(I. I. I)如果研究直流輸電系統(tǒng)的控制保護(hù)特性和動態(tài)性能，分析由各種故障引起的直流系統(tǒng)暫態(tài)過電壓、過電流和直流控制保護(hù)裝置的響應(yīng)特性。則必須對直流輸電系統(tǒng)建立詳細(xì)的模型。而對交流系統(tǒng)則可以在系統(tǒng)等值的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化，可將該直流系統(tǒng)以外的交流網(wǎng)絡(luò)化簡為等值電源。這樣在保證仿真結(jié)果可信性的基礎(chǔ)上，將大大節(jié)省實驗資源。(I. I. 2)如果研究交直流之間、各回直流之間的相互影響，進(jìn)行動態(tài)等值時應(yīng)保留以下子系統(tǒng)各回直流系統(tǒng)均應(yīng)保留并詳細(xì)描述；多回直流落點的交流主框架、與直流系統(tǒng)并聯(lián)運行的交流通道、發(fā)電容量較大的發(fā)電機組和各直流系統(tǒng)附近的發(fā)電機組均應(yīng)保
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(I. 2)動態(tài)等值
動態(tài)等值化簡一般基于同調(diào)等值法。同調(diào)等值的核心是根據(jù)發(fā)電機在某種確定的干擾下，暫態(tài)過程中具有相同形式的搖擺這一原則劃分同調(diào)機群，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)電機的聚合和網(wǎng)絡(luò)的化簡。采用同調(diào)等值法的基本步驟如下
(I. 2. I)確定研究系統(tǒng)，即要保留的詳細(xì)研究系統(tǒng)；
(I. 2. 2)判別同調(diào)機群；
(I. 2. 3)對同調(diào)發(fā)電機母線進(jìn)行合并化簡；
(I. 2. 4)網(wǎng)絡(luò)的化簡；
(I. 2. 5)發(fā)電機及其控制系統(tǒng)模型的聚合以及參數(shù)的確定。(I. 3)從靜態(tài)和暫態(tài)兩個方面比較簡化模型與原始模型
靜態(tài)潮流比較包括節(jié)點電壓比較、線路潮流和斷面潮流比較。短路電流比較包括三相短路電流比較和單相短路電流比較。暫態(tài)特性比較就是對于預(yù)設(shè)的三相短路故障，分別用原始模型和簡化模型進(jìn)行計算，比較其電壓和功率曲線。(I. 4)模型修正
如果兩者的誤差較大，會造成仿真結(jié)果不可信，則需要對等值模型進(jìn)行手工調(diào)整。(2)實時仿真模型
實時仿真模型的建立主要工作包括
等值網(wǎng)絡(luò)劃分。根據(jù)試驗研究需要，并考慮實驗室RTDS硬件資源配置情況，確定仿真試驗中采用的BPA等值系統(tǒng)規(guī)模。將等值網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的子系統(tǒng)，由不同的RACK分別進(jìn)行仿真計算。等值網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)劃分的四個原則為由RACK的配置情況確定子系統(tǒng)的仿真規(guī)模；盡量減少各子系統(tǒng)相互之間的電氣連接；各分割點應(yīng)選在不短于15km的輸電線路上；在個RACK之間盡量做到平均分配計算，將可以有效地減少仿真步長，提高仿真精度。目前RTDS的RACK模塊劃分有人工劃分法和基于子圖同構(gòu)算法的自動劃分法。常用的是人工劃分法，將電網(wǎng)等值系統(tǒng)模型按照地域進(jìn)行劃分，盡量使每一 RACK模塊中所含有的線路、發(fā)電機和各種控制模型能在本RACK中計算。每個直流換流站占用一個RACK，每個RACK都能滿足分塊中的計算量，并保留一定的裕度，相鄰交流系統(tǒng)盡可能占用有直接物理連接的RACK。對于RACK模塊內(nèi)處理器的資源分配，若RACK內(nèi)部包含有發(fā)電機、變壓器、輸電線路以及各種控制模塊、直流系統(tǒng)時，采用指定處理器資源分配方式比自動分配方式要更有效地均衡處理器資源，節(jié)約仿真步長，利于大規(guī)模電網(wǎng)實時仿真穩(wěn)定運行。12)構(gòu)建發(fā)電機控制系統(tǒng)的實時仿真模型
發(fā)電機控制系統(tǒng)即勵磁器和調(diào)試器等的模型參數(shù)要進(jìn)行現(xiàn)場實測。而現(xiàn)場實測目的是為調(diào)度運行方式計算提供一套模型和參數(shù)(基于離線仿真程序)，因此機組實測無論是勵磁還是調(diào)速，均以離線仿真程序(如BPA)提供的模型作為目標(biāo)模型，其不足之處很多。離線仿真模型關(guān)注的是機電暫態(tài)過程，特別對發(fā)電機調(diào)速控制的PID、電液傳動和水輪機模型作了較大簡化；發(fā)電機實際控制邏輯存在多種限制環(huán)節(jié)(如勵磁控制的低勵限制、過勵限制環(huán)節(jié))、邏輯切換(如調(diào)速控制器中聯(lián)網(wǎng)和孤島運行的PID切換等)、非線性環(huán)節(jié)(如水輪發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)中反映調(diào)門開度與水輪機轉(zhuǎn)矩輸出關(guān)系的非線性特性等)。在以實時仿真為基礎(chǔ)的安穩(wěn)系統(tǒng)研發(fā)與試驗中，實時仿真模型可直接連接發(fā)電機調(diào)速器、勵磁器及監(jiān)控的現(xiàn)場實際裝置，也可采用現(xiàn)場實測所得到的模型，具有仿真反應(yīng)快速，精度聞等優(yōu)點。調(diào)速器和勵磁器建模
(I)根據(jù)發(fā)電機容量，性能等不同，可采取不同策略的建模方式。(2)根據(jù)功能環(huán)節(jié)進(jìn)行建模。(3)根據(jù)實測得到的模型進(jìn)行建模，參數(shù)也與現(xiàn)場參數(shù)具有大體一致性，使得仿真結(jié)果更與實測接近。13)構(gòu)建HVDC，F(xiàn)ACTS實時仿真模型
本發(fā)明中，高壓直流HVDC和靈活交流輸電系統(tǒng)FACTS的一次系統(tǒng)采用數(shù)字模型來仿·真，但是其二次控制保護(hù)系統(tǒng)可以有兩種實現(xiàn)方式。一種方式是實時仿真器直接連接實際的控制保護(hù)裝置，它們能輸出直流控制保護(hù)系統(tǒng)的真實時序和信號。另一種方式是采用數(shù)學(xué)建模數(shù)字仿真的方式，與交流網(wǎng)架的建模類似，該方式比較靈活。14)安穩(wěn)控制系統(tǒng)的實時仿真建模
安穩(wěn)控制系統(tǒng)的實時仿真建模也是兩種，一種是直接接已經(jīng)生產(chǎn)出的安穩(wěn)系統(tǒng)，一種是采用仿真安穩(wěn)技術(shù)的軟件程序來模擬。這取決于安穩(wěn)系統(tǒng)全生命周期的不同階段，如在研究設(shè)計階段，則可以采用軟件來仿真，如果是可靠性測試和試驗研究階段，則一般直接連接實際安穩(wěn)系統(tǒng)(可做適當(dāng)簡化)。本發(fā)明的基于實時仿真平臺的安穩(wěn)技術(shù)試驗研究方法可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)第二道防線穩(wěn)控系統(tǒng)與第三道防線穩(wěn)定控制系統(tǒng)的集成，更能實現(xiàn)同一道防線內(nèi)不同區(qū)域不同目的安穩(wěn)控制系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。一個大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行不是單純靠一個安穩(wěn)系統(tǒng)來實現(xiàn)的，而是靠多個地域不同、管理層級不同的穩(wěn)控系統(tǒng)、多種實現(xiàn)方式的穩(wěn)控技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制來實現(xiàn)的?；赗TDS的實時仿真平臺可以實現(xiàn)全過程長時間的穩(wěn)定仿真計算，可以實現(xiàn)大型電網(wǎng)的仿真建模，則可以同時集成多套多種安穩(wěn)系統(tǒng)于平臺上，從而進(jìn)行大型交直流電網(wǎng)綜合穩(wěn)定控制策略的研究和試驗。2)多時間尺度多區(qū)域穩(wěn)定控制綜合協(xié)調(diào)
本發(fā)明電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)的實時仿真試驗方法可進(jìn)行多時間尺度多區(qū)域安穩(wěn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。圖2給出了電網(wǎng)不同穩(wěn)控技術(shù)的時間尺度分布。由圖2可知，微秒級的HVDC極控、FACTS控制、毫秒級的直流頻率限制控制FLC、HVDC保護(hù)、百毫秒級的基于事件檢測快速暫態(tài)控制如切機切負(fù)荷控制、秒級至分鐘級的連續(xù)控制如基于廣域信息的多直流協(xié)調(diào)控制和廣域功率振蕩源定位和解列等，均能在安穩(wěn)技術(shù)研發(fā)實時仿真平臺上集成、研究和測試，提高多種時間尺度穩(wěn)定控制策略的協(xié)調(diào)性。所述步驟3)的構(gòu)建電網(wǎng)廣域安穩(wěn)系統(tǒng)實時仿真場景的方式包括基于三相瞬變量的模擬、基于通信延時的模擬、基于電力系統(tǒng)廣域多區(qū)域連鎖故障模擬、基于電力系統(tǒng)多種模式強迫擾動振蕩模擬。3)廣域安穩(wěn)系統(tǒng)實時仿真場景構(gòu)建 31)基于三相瞬變量的模擬
許多安全穩(wěn)定控制的核心算法是基于瞬時電氣量，而不是基于有效值的。只有實時電磁暫態(tài)仿真工具可以輸出三相不平衡瞬時量，從而可以發(fā)現(xiàn)安穩(wěn)控制系統(tǒng)核心算法中潛在的隱患。本發(fā)明在安穩(wěn)技術(shù)的實時仿真試驗中，要考慮設(shè)計三相不平衡擾動信號的項目，以測試和考驗安穩(wěn)技術(shù)的綜合可靠性。32)通信延時的模擬
在廣域安穩(wěn)系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計和試驗中，通信延時的技術(shù)是一個關(guān)鍵問題。本發(fā)明基于實時仿真的電網(wǎng)安穩(wěn)技術(shù)試驗研究方法可以實現(xiàn)廣域安穩(wěn)系統(tǒng)多裝置之間通信延時的模擬。一種方法是在RTDS實時仿真中增加輸出信號的時滯環(huán)節(jié)；另一種方法是通過RTDS與實際電網(wǎng)通信回路的接口，讓信號通過實際電網(wǎng)的閉環(huán)通信路徑來仿真實際系統(tǒng)的通信延時。

33)廣域多區(qū)域連鎖故障模擬
大型交直流混聯(lián)電網(wǎng)的廣域安穩(wěn)技術(shù)主要應(yīng)對的是跨區(qū)域復(fù)雜連鎖故障、交直流復(fù)合故障，故障往往由多個彼此相關(guān)的跨區(qū)域事件構(gòu)成。對這些廣域多區(qū)域連鎖故障的模擬是新型廣域安穩(wěn)技術(shù)研發(fā)和方案設(shè)計的基礎(chǔ)。本發(fā)明給出的基于實時仿真的試驗研究方法可以靈活設(shè)計系統(tǒng)真實時序的連鎖故障仿真，即實時仿真平臺可以給出這些連鎖故障中相繼的真實時序。34)多種模式強迫擾動振蕩模擬
在安穩(wěn)系統(tǒng)的研發(fā)和試驗中，不同頻段的擾動對于安穩(wěn)系統(tǒng)的影響分析非常重要。本發(fā)明方法采用的是電磁暫態(tài)仿真技術(shù)，可以制造不同模式的強迫擾動，從而可以對安穩(wěn)系統(tǒng)進(jìn)行多角度全方位的綜合可靠性測試和詳細(xì)的研究設(shè)計。


圖I為本發(fā)明電網(wǎng)安全穩(wěn)定技術(shù)的實時仿真試驗研究方法示意 圖2為本發(fā)明不同穩(wěn)定控制技術(shù)的時間尺度分布圖。
具體實施例如圖I所示，為本發(fā)明電網(wǎng)安全穩(wěn)定技術(shù)的實時仿真試驗方法示意圖，在本發(fā)明的實施例中的實時仿真器選用加拿大RTDS公司開發(fā)的RTDS。(I)中國南方電網(wǎng)云南小水電群廣域振蕩解列系統(tǒng)的實時仿真試驗
中國南方電網(wǎng)云南小水電群廣域振蕩解列系統(tǒng)是南方電網(wǎng)自主研發(fā)的基于廣域相量測量進(jìn)行低頻振蕩監(jiān)視和控制的安穩(wěn)控制技術(shù)，屬于電力系統(tǒng)第三道防線的安穩(wěn)技術(shù)。其研發(fā)過程中，需要檢驗并改進(jìn)提高系統(tǒng)振蕩解列原理的正確性和完備性，尤其是檢驗低頻振蕩解列原理的正確性。檢驗并改進(jìn)振蕩裝置失步振蕩解列功能并提高其準(zhǔn)確性。驗證主站和子站間振蕩策略配合執(zhí)行的正確性，以及策略執(zhí)行的有效性。利用本發(fā)明電網(wǎng)安全穩(wěn)定技術(shù)實時仿真試驗研究平臺，對該系統(tǒng)進(jìn)行了試驗研究。試驗內(nèi)容按系統(tǒng)故障模擬、強迫振蕩模擬，以及通訊故障模擬等3大類上百小項設(shè)計，重點是500kV大理變主站_220kV蘭坪變子站、220kV保山變子站、220kV迪慶變子站間失步解列功能測試；500kV大理變主站-220kV蘭坪變子站、220kV保山變子站、220kV迪慶變子站間低頻振蕩解列功能測試；500kV大理變主站-500kV德宏變子站間低頻振蕩解列功能測試；還包括系統(tǒng)整體策略配合測試。
整個試驗分兩個階段進(jìn)行，第一階段的RTDS仿真試驗結(jié)果表明目前采用的振蕩解列判別原理基本能夠判斷出滇西地區(qū)的振蕩，并按預(yù)定策略動作。但某些情況下，會造成誤動或拒動。第二階段試驗針對前一階段RTDS試驗中出現(xiàn)的問題，裝置以及服務(wù)器解列策略進(jìn)行了相應(yīng)修改，試驗表明改進(jìn)效果較明顯，減少了部分誤動和拒動情況的發(fā)生，但仍存在少量問題，如1)大理或德宏小水電分支發(fā)生主網(wǎng)振蕩模式頻率的擾動時，大理或德宏出口斷面振幅較小，但云南出口羅平斷面振蕩明顯。若此時采用500kV大理和平雙線或德宏博尚雙線振幅作為裝置動作條件之一，裝置可能拒動；2)當(dāng)系統(tǒng)等幅振蕩時，裝置動作取決于幅值定值，對及早平息振蕩有所制約。步驟I :RTDS仿真建模
仿真試驗的等值模型保留了云南電網(wǎng)重點關(guān)注區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對云南電網(wǎng)和南方主網(wǎng)進(jìn)行了大幅化簡，同時等值模型基本保留了關(guān)注區(qū)域的主要動態(tài)特征。仿真試驗和系統(tǒng)等值具有以下特點
(1)仿真試驗重點關(guān)注的僅是大理、德宏500kV主變以下的地區(qū)電網(wǎng)及云南出口斷面；
(2)原始數(shù)據(jù)由以下兩部分?jǐn)?shù)據(jù)拼接而成大理、德宏500kV主變以下的電網(wǎng)采用云南中調(diào)的方式數(shù)據(jù)；電網(wǎng)其余部分采用南方電網(wǎng)2010年規(guī)劃數(shù)據(jù)。等值網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點
Cl)大理、德宏500kV主變以下電網(wǎng)等值網(wǎng)絡(luò)保留了大理、德宏500kV主變以下的主要220kV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此外考慮到蘭坪、迪慶、保山的解列裝置還具有解列220kV主變的功能，等值網(wǎng)絡(luò)中還保留了上述三個站的主變。各220kV變電站以下的電網(wǎng)原則上分別等值為I臺等值機，負(fù)荷等值到等值機機端和保留母線上。 (2)云南主網(wǎng)和出口斷面等值網(wǎng)絡(luò)中保留了云南主網(wǎng)和出口斷面的500kV網(wǎng)架，對500kV變壓器及以下電網(wǎng)進(jìn)行了化簡。(3)南方電網(wǎng)主網(wǎng)對南寧、平果、平果二、興仁、八河以東的南網(wǎng)主網(wǎng)進(jìn)行了大幅化簡，將機組聚合為兩臺等值機，負(fù)荷等值到等值機機端和南寧、八河等邊界母線上。等值系統(tǒng)中的保留線路參數(shù)與原始數(shù)據(jù)中的參數(shù)基本一致，此外還經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化簡，得到了部分等值線路、等值發(fā)電機和相應(yīng)的變壓器。對于等值發(fā)電機的勵磁和調(diào)速器模型參數(shù)，還進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。試驗研究發(fā)現(xiàn)的問題及解決措施
目前采用的振蕩解列判別原理能夠按預(yù)定策略判斷出滇西地區(qū)的振蕩，并能正確動作。但在一定情況下會造成誤動或拒動。裝置采用的振蕩解列原理存在的主要問題及原因分析如下
I.如果在大理、德宏小水電分支發(fā)生強迫振蕩，引起羅平斷面以及大理、德宏小水電分支持續(xù)振蕩，以下兩種情況無法準(zhǔn)確解列振蕩源。情況I :振蕩源能量較小且頻率不在滇西低頻振蕩相關(guān)頻段上時，大理、德宏小水電分支將持續(xù)等幅振蕩，裝置不動作。原因大理、德宏小水電分支的振蕩幅值不滿足裝置動作定值。由于系統(tǒng)振蕩隨振蕩源的頻率、幅值、地點的變化而不同，無法找到適合所有振蕩情況的定值。情況2 :某分支上的振蕩源激發(fā)了其它分支之的低頻振蕩模式，而自身所在分支振蕩較小，裝置將會解列其它參與振蕩的分支，振蕩源所在分支卻沒有被解列。
原因振蕩源所在分支振幅沒有達(dá)到裝置動作定值，所以沒有被解列。參與低頻振蕩的分支達(dá)到動作定值被解列。雖然解列的分支不是振蕩源所在分支(這與預(yù)定策略有所不同)，但是由于所解列分支參與了低頻振蕩，這有利于振蕩的平息。2.如果在大理、德宏小水電分支外云南電網(wǎng)內(nèi)發(fā)生系統(tǒng)故障或強迫振蕩，引起羅平斷面以及大理、德宏小水電分支持續(xù)振蕩并且達(dá)到裝置動作定值，裝置有可能動作。原因由于小水電分支與羅平斷面起振時差不確定，且本系統(tǒng)布點有限，量測信息不全，裝置有可能解列大理、德宏小水電分支。3. RTDS試驗中進(jìn)行云南電網(wǎng)外的系統(tǒng)故障或強迫振蕩實驗時，無法激發(fā)出小水電分支參與的振蕩模式，這種情況下的裝置策略及振蕩判別原理沒有得到充分檢驗。4.由于計算模型的誤差，RTDS或BPA仿真結(jié)果會與實際電網(wǎng)振蕩波形有所差別， 尤其是在起振時間的判別上差距較大。這會對裝置間配合及定值整定帶來困難。整改措施
同時保留基于振幅的解列原理以及PRONY分析的解列原理，兩者本質(zhì)一致，都是通過有功功率波形分析尋找振蕩源，但在數(shù)據(jù)處理上各有優(yōu)缺點，前者更依賴與定值的設(shè)定，后者對定值相對不敏感。兩個原理均要根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)行策略修改。A :裝置策略本次修改具體如下
I.增加德宏三個分支功率與羅平功率進(jìn)行起振先后的判別，即德宏分支比羅平先振才允許解列德宏三個分支，同時起振或后振均不解列德宏分支。2.修改大理、德宏區(qū)域內(nèi)同時起振時差選擇邏輯修改時差時差選擇邏輯，該定值以裝置實測振蕩周期為準(zhǔn)，取區(qū)域內(nèi)最先滿足起振條件的分支振蕩周期作為同時起振的時差判別定值。以大理地區(qū)為例，如果蘭坪變高分支先振，則以蘭坪變高分支的振蕩周期作為同時起振的時差定值，判別該時間范圍內(nèi)是否有其他分支起振。判別邏輯保持目前的做法不變。大理、德宏取各自的同時起振定值，方法同上。3.修改大理、德宏區(qū)域與羅平起振先后時差選擇邏輯修改時差定值選擇邏輯，該定值以裝置實測振蕩周期為準(zhǔn)，取區(qū)域內(nèi)最先滿足起振條件的分支振蕩周期作為起振先后的時差判別基準(zhǔn)，然后給出一個可配置但不需要整定的倍數(shù)定值，該定值與時差判別基準(zhǔn)的乘積作為區(qū)域與羅平起振先后的時差定值。以大理地區(qū)為例，如果蘭坪變高分支先振，則以蘭坪變高分支的振蕩周期T作為起振先后的時差判別基準(zhǔn)，配置文件中的大理地區(qū)倍數(shù)定值k，實際取k*T作為大理區(qū)域與羅平起振先后的時差定值判別大理地區(qū)是否比羅平先起振。判別邏輯保持目前的做法不變。大理、德宏取各自的起振先后時差選擇邏輯，方法同上。4.弱化區(qū)域內(nèi)同時判別結(jié)果的作用若某個區(qū)域內(nèi)判別為同時起振，則改變目前的做法，此時仍然允許解列，在滿足動作條件的各個分支取振幅最大的分支解列；若沒有判別為同時起振，則保持目前的做法不變，仍然在滿足動作條件的各個分支取最先滿足動作條件的分支解列。5.所有時差定值需要作防誤，用定值中的周期上下限定值來限定范圍防止程序周期計算失敗的情況。裝置實際取的時差數(shù)據(jù)在錄波數(shù)據(jù)中顯示以便分析動作邏輯。6.德宏德博線與大理大和線的起振先后判別結(jié)果不用，邏輯仍然保留為了防止大理、德宏與羅平振蕩先后判別結(jié)果、德博大和起振先后的判別結(jié)果相互沖突導(dǎo)致邏輯互鎖最終羅平雖然后振但仍然邏輯拒動。因此去掉德博與大和的起振先后判別結(jié)果不用，以便在試驗中觀察。7.兩輪動作之間的最小間隔由目前的5秒改為10秒，減少過切可能。B :服務(wù)器策略本次修改具體如下
針對每種振蕩模式添加時標(biāo)信息。裝置實現(xiàn)接收到Prony分析服務(wù)器的解列命令則轉(zhuǎn)發(fā)該出口命令解列相應(yīng)斷路器。試驗結(jié)論及意見
采用RTDS開展云南小水電群振蕩解列系統(tǒng)的試驗充分發(fā)揮了大規(guī)模RTDS系統(tǒng)實時、閉環(huán)、連續(xù)、數(shù)字仿真的優(yōu)勢，滿足試驗要求，全面校驗了振蕩解列的原理；RTDS試驗?zāi)M并詳細(xì)記錄了小水電群各種振蕩的波形、裝置響應(yīng)(判斷起振點、振幅、解列時序)、服務(wù)器 Prony分析(趨勢、阻尼、解列時序等)，為結(jié)果的正確分析和策略改進(jìn)提供了依據(jù)。采用的振蕩解列判別原理基本能夠判斷出滇西地區(qū)的振蕩，并按預(yù)定策略動作。但某些情況下，會造成誤動或拒動。特別是，針對第一階段RTDS試驗中出現(xiàn)的問題，裝置以及服務(wù)器解列策略進(jìn)行了相應(yīng)修改，效果較明顯，減少了部分誤動和拒動情況的發(fā)生，存在的問題有
一、目前裝置采用的振蕩解列原理存在的主要問題及原因分析。I.大理或德宏小水電分支發(fā)生主網(wǎng)振蕩模式頻率的擾動時，大理或德宏出口斷面(500kV大理和平雙線或德宏博尚雙線)振幅不一定很大，但會激發(fā)云南出口羅平斷面的明顯振蕩。若此時采用500kV大理和平雙線或德宏博尚雙線振幅作為裝置動作條件之一，裝置將不會動作。原因不同振蕩模式下引起的各主要斷面的振蕩程度不一致，因此建議在策略中增加羅平斷面的振幅也作為裝置動作條件之一。2.動作幅值定值難以整定。當(dāng)系統(tǒng)增幅振蕩時，動作定值肯定會滿足；當(dāng)系統(tǒng)減幅振蕩時，動作定值肯定不會滿足(振蕩次數(shù)不滿足)；但是當(dāng)系統(tǒng)等幅振蕩時，裝置動作與否與動作幅值定值密切相關(guān)。原因不同的擾動對電網(wǎng)的影響不同，特別是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩時，裝置的幅值動作定值成為能否振蕩的關(guān)鍵因素。因此建議系統(tǒng)在完成升級改造后繼續(xù)掛網(wǎng)試運行，積累經(jīng)驗，探索合適定值。3.無論是RTDS試驗還是BPA仿真，由于其計算模型的誤差，會與實際電網(wǎng)振蕩波形有所差別，尤其是在起振時間的判別上差距較大。這會對裝置間配合及定值整定帶來困難。二、目前服務(wù)器采用的振蕩解列原理存在的主要問題及原因分析。I. PRONY分析中的模式時標(biāo)信息不可靠。原因故障初期，各振蕩模式均不穩(wěn)定，此時判斷的時間不準(zhǔn)確。并且PRONY分析是每秒鐘一次，精度也不夠。因此建議服務(wù)器解列策略中不考慮模式的時標(biāo)信息。2.與裝置一樣，服務(wù)器出口動作幅值定值也存在難以整定的問題。原因與裝置一樣。
權(quán)利要求
1.一種用于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的實時仿真試驗研究方法，其特征在于包括以下步驟 1)建立大電網(wǎng)計算和穩(wěn)定分析的實時仿真模型及其控制系統(tǒng)的邏輯參數(shù)； 2)在同一個仿真模型的同一個仿真中對從毫秒級的電力電子器件控制到秒級的機組控制以及多區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)； 3)構(gòu)建電網(wǎng)廣域安穩(wěn)系統(tǒng)實時仿真場景；即大電網(wǎng)基于PMU廣域量測安穩(wěn)控制系統(tǒng)的構(gòu)建接近實際電力系統(tǒng)工況的仿真場景。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的實時仿真試驗研究方法，其特征在于所述步驟I)的建立大電網(wǎng)計算和穩(wěn)定分析的實時仿真模型和參數(shù)的方法包括交流網(wǎng)架實時仿真模型的構(gòu)建、發(fā)電機控制系統(tǒng)實時仿真模型的構(gòu)建、電力系統(tǒng)HVDC，F(xiàn)ACTS實時仿真模型的構(gòu)建和安穩(wěn)控制系統(tǒng)實時仿真模型的構(gòu)建。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的實時仿真試驗研究方法，其特征在于所述步驟3)的構(gòu)建電網(wǎng)廣域安穩(wěn)系統(tǒng)實時仿真場景的方式包括基于三相瞬變量的模擬、基于通信延時的模擬、基于電力系統(tǒng)廣域多區(qū)域連鎖故障模擬、基于電力系統(tǒng)多種模式強迫擾動振蕩模擬。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的實時仿真研究試驗方法，包括大電網(wǎng)實時仿真模型和參數(shù)的建立方法、多時間尺度多區(qū)域穩(wěn)定控制技術(shù)綜合協(xié)調(diào)方法和廣域安穩(wěn)系統(tǒng)實時仿真場景構(gòu)建技術(shù)。將實時仿真系統(tǒng)連接實際的交直流控制保護(hù)裝置、安全穩(wěn)定控制裝置進(jìn)行安穩(wěn)控制的研發(fā)和試驗是本發(fā)明的特色，本發(fā)明為大型電網(wǎng)安穩(wěn)控制的研發(fā)和試驗提供了重要支撐平臺、實現(xiàn)了安穩(wěn)技術(shù)原理研究、安穩(wěn)系統(tǒng)方案設(shè)計、安穩(wěn)裝置全面測試、控制策略綜合驗證和電網(wǎng)動態(tài)特性分析的完美結(jié)合。
文檔編號G05B17/02GK102707628SQ20121007423
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者吳小辰, 張勇, 徐光虎, 曾勇剛, 李偉, 李建設(shè), 趙晉泉, 郭琦, 韓偉強, 黃河 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 河海大學(xué)