一種電力系統(tǒng)不同緊急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)不同 緊急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制作為防止暫態(tài)失穩(wěn)最有效的控制措施之一，已被廣泛 的應(yīng)用于電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中。電力系統(tǒng)緊急控制措施包括切除發(fā)電機(jī)（包括同步發(fā)電機(jī) 和風(fēng)電/光伏）、直流輸電功率緊急調(diào)制、集中切負(fù)荷、發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁、汽輪機(jī)快速控制汽 門、串聯(lián)或并聯(lián)電容強(qiáng)行補(bǔ)償、動態(tài)電阻制動等。傳統(tǒng)的緊急控制一般采用切同步機(jī)和集中 切負(fù)荷的控制措施。近些年來，隨著新能源的發(fā)展和高壓直流輸電線路的大量建設(shè)，切風(fēng) 電/光伏和直流輸電功率緊急調(diào)制這幾種緊急控制措施也成為了有效的緊急控制手段。因 此，在電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障后，可選的緊急控制措施變得多樣化，在眾多備選緊急控制措施中 快速選出性價(jià)比較高的緊急控制措施，對提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)安全穩(wěn)定性，提升控制的經(jīng) 濟(jì)性、有效性具有重要的意義。
[0003] -般在備選緊急控制措施一定的情況下，不同緊急控制措施的控制代價(jià)已知，因 此問題的關(guān)鍵在于不同緊急控制措施之間的性能比較?，F(xiàn)有不同緊急控制措施的性能比較 方法主要包括：暫態(tài)能量裕度的靈敏度分析法、受控的微分一一代數(shù)系統(tǒng)靈敏度分析法、基 于脆弱割集的靈敏度分析方法和攝動法。但由于電力系統(tǒng)的強(qiáng)非線性，控制量對暫態(tài)穩(wěn)定 的靈敏度求解十分復(fù)雜，甚至很難得到精確的解析表達(dá)式；雖然攝動法無需求解靈敏度的 解析表達(dá)式，但其計(jì)算量較大。因此，工程上主要利用綜合電氣距離、動態(tài)鞍點(diǎn)同步機(jī)的動 能等指標(biāo)近似表示緊急控制措施的性能指標(biāo)，其精度不高，甚至在某些情況下可能存在較 大的誤差。
[0004] 基于此，本申請?zhí)岢霾煌o急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法，該方法基于擴(kuò) 展等面積準(zhǔn)則和系統(tǒng)仿真分析，可精確、快速計(jì)算不同緊急控制措施的性能指標(biāo)，評價(jià)緊急 控制措施的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是：為克服傳統(tǒng)緊急控制措施性能指標(biāo)計(jì)算方法的缺點(diǎn)，提供一種 電力系統(tǒng)不同緊急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法，實(shí)現(xiàn)精確、快速計(jì)算不同緊急控制 的性能指標(biāo)。有益于改善電力系統(tǒng)的暫態(tài)安全穩(wěn)定性，提電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
[0006] 具體地說，本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括下列步驟：
[0007] 1)根據(jù)電力系統(tǒng)模型和參數(shù)、運(yùn)行工況和預(yù)想故障，利用擴(kuò)展等面積方法進(jìn)行不 考慮控制措施的暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度量化評估，若此時(shí)的暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度大于0,則認(rèn)為預(yù) 想故障發(fā)生后不需要實(shí)施相應(yīng)的緊急控制措施，結(jié)束本方法，否則進(jìn)入步驟2);
[0008] 2)根據(jù)預(yù)想故障的控制區(qū)間，按照控制措施類型搜索可能的切同步發(fā)電機(jī)措施、 切風(fēng)電/光伏措施、切負(fù)荷措施和緊急直流功率調(diào)制措施，形成備選緊急控制措施集；
[0009] 選擇備選緊急控制措施集中的第一個(gè)緊急控制措施作為待評估的緊急控制措施， 進(jìn)入步驟3);
[0010] 3)針對待評估的緊急控制措施，計(jì)算該緊急控制措施實(shí)施后緊急控制時(shí)刻系統(tǒng)中 各同步機(jī)的電磁功率；
[0011] 4)針對待評估的緊急控制措施，計(jì)算該緊急控制措施下緊急控制時(shí)刻OMIB等值 機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差的變化量；
[0012] 5)針對待評估的緊急控制措施，計(jì)算該緊急控制措施的性能指標(biāo)；
[0013] 6)判斷備選緊急控制措施集中所有的緊急控制措施的性能指標(biāo)是否都完全計(jì)算 完，若計(jì)算完則保存所有緊急控制措施的性能指標(biāo)信息，結(jié)束本方法，否則依次選擇下一個(gè) 緊急控制措施作為待評估的緊急控制措施，返回步驟3)進(jìn)行下一個(gè)緊急控制措施的性能 指標(biāo)的計(jì)算。
[0014] 上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于：所述步驟3)中，根據(jù)式（3)計(jì)算緊急控制措施 實(shí)施后緊急控制時(shí)刻同步機(jī)電磁功率：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電力系統(tǒng)不同緊急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法，其特征在于，包括如下 步驟： 1) 根據(jù)電力系統(tǒng)模型和參數(shù)、運(yùn)行工況和預(yù)想故障，利用擴(kuò)展等面積方法進(jìn)行不考慮 控制措施的暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度量化評估，若此時(shí)的暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度大于0,則認(rèn)為預(yù)想故 障發(fā)生后不需要實(shí)施相應(yīng)的緊急控制措施，結(jié)束本方法，否則進(jìn)入步驟2); 2) 根據(jù)預(yù)想故障的控制區(qū)間，按照控制措施類型搜索可能的切同步發(fā)電機(jī)措施、切風(fēng) 電/光伏措施、切負(fù)荷措施和緊急直流功率調(diào)制措施，形成備選緊急控制措施集； 選擇備選緊急控制措施集中的第一個(gè)緊急控制措施作為待評估的緊急控制措施，進(jìn)入 步驟3); 3) 針對待評估的緊急控制措施，計(jì)算該緊急控制措施實(shí)施后緊急控制時(shí)刻系統(tǒng)中各同 步機(jī)的電磁功率； 4) 針對待評估的緊急控制措施，計(jì)算該緊急控制措施下緊急控制時(shí)刻OMIB等值機(jī)電 磁功率與機(jī)械功率差的變化量； 5) 針對待評估的緊急控制措施，計(jì)算該緊急控制措施的性能指標(biāo)Y ; 6) 判斷備選緊急控制措施集中所有的緊急控制措施的性能指標(biāo)是否都完全計(jì)算完，若 計(jì)算完則保存所有緊急控制措施的性能指標(biāo)信息，結(jié)束本方法，否則選擇下一個(gè)緊急控制 措施作為待評估的緊急控制措施，返回步驟3)進(jìn)行下一個(gè)緊急控制措施的性能指標(biāo)的計(jì) 算。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)不同緊急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法，其特 征在于，所述步驟3)中，根據(jù)式（3)計(jì)算緊急控制措施實(shí)施后緊急控制時(shí)刻系統(tǒng)中各同步 機(jī)的電磁功率：
(3) 式（3)中，為緊急控制措施實(shí)施后緊急控制時(shí)刻系統(tǒng)中第k臺同步機(jī)的電磁功率，E"jPE"d分別為d_q坐標(biāo)下同步機(jī)q軸和d軸暫態(tài)電勢，緊急控制時(shí)刻不發(fā)生突變；gK、 bK、bpgl、GK、BK、Gz分別為與同步機(jī)參數(shù)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角相關(guān)的系數(shù)；G和f分別為 緊急控制措施實(shí)施后緊急控制時(shí)刻R-I公用坐標(biāo)下同步機(jī)機(jī)端電壓的實(shí)部和虛部，通過式 (2)求得： Ur = [Yr (2) 式（2)中，U'為實(shí)施緊急控制措施后的節(jié)點(diǎn)電壓向量，I'為電力系統(tǒng)流入節(jié)點(diǎn)的電 流向量，Y'為電力系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣，I'和Y'根據(jù)將要實(shí)施的緊急控制措施直接獲得，根據(jù) U'得到同步機(jī)機(jī)端電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力系統(tǒng)不同緊急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法，其特 征在于，所述步驟4)中，緊急控制時(shí)刻OMIB等值機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差的變化量的計(jì)算 方法如下： 若待評估的緊急控制措施為切同步發(fā)電機(jī)措施，則根據(jù)式（9)計(jì)算緊急控制時(shí)刻OMIB等值機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差的變化量： (9) 若待評估的緊急控制措施為切風(fēng)電/光伏措施，則根據(jù)式（13)計(jì)算緊急控制時(shí)刻OMIB等值機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差的變化量：
(13 ) 若待評估的緊急控制措施為切負(fù)荷措施，則根據(jù)式（15)計(jì)算緊急控制時(shí)刻0MIB等值 機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差的變化量：
(15) 若待評估的緊急控制措施為緊急直流功率調(diào)制措施，則根據(jù)式（17)計(jì)算緊急控制時(shí) 刻OMTR等倌機(jī)電磁功鑾與機(jī)械功鑾差的變化量：
(17) 以上各式中，〇為不考慮緊急控制措施時(shí)0MIB等值機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差，〇#為 實(shí)施緊急控制措施后0MIB等值機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差，〇#-〇表示緊急控制時(shí)刻0MIB 等值機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差的變化量； S和A分別表示臨界群和余下群，S#表示實(shí)施緊急控制后的臨界群； MjPMA分別為臨界群和余下群慣量和，MT為所有同步機(jī)慣量和，Mg為被切除的同步機(jī) 慣量和； UPPu分別為不考慮緊急控制措施時(shí)臨界群中第i臺和余下群中第j臺同步機(jī)的電 磁功率；和/^?分別為實(shí)施緊急控制后臨界群中第i臺和余下群中第j臺同步機(jī)的電磁 功率，通過步驟3)中的計(jì)算獲得； 若待評估的緊急控制措施為切同步發(fā)電機(jī)措施，則△匕為緊急控制時(shí)刻被切同步機(jī)電 磁功率和；若待評估的緊急控制措施為切風(fēng)電/光伏措施，則△匕為緊急控制時(shí)刻被切風(fēng) 力發(fā)電機(jī)輸送到電網(wǎng)的有功功率和；若待評估的緊急控制措施為切負(fù)荷措施，則為緊 急控制時(shí)刻被切負(fù)荷的有功功率和。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力系統(tǒng)不同緊急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法，其特 征在于，所述步驟5)中，根據(jù)以式（18)計(jì)算緊急控制措施的性能指標(biāo)Y:
式（18)中，An為實(shí)施緊急控制前后系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的變化量；AP為緊急控制量;A3 為實(shí)施緊急控制后OMIB等值機(jī)增加的減速面積；^^為對應(yīng)緊急控制措施下OMIB等值機(jī)的 加速面積，計(jì)算公式如下：
以上式中，為不實(shí)施緊急控制措施時(shí)故障切除時(shí)刻或穩(wěn)定平衡點(diǎn)時(shí)刻等值機(jī)的轉(zhuǎn) 子角速度；表示緊急控制時(shí)刻0MIB等值機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差的變化量，根據(jù) 待評估的緊急控制措施的類型在步驟4)中計(jì)算獲得；為緊急控制時(shí)刻等值機(jī)轉(zhuǎn)子角， SDSP為不實(shí)施緊急控制時(shí)動態(tài)鞍點(diǎn)時(shí)刻的轉(zhuǎn)子角，為緊急控制后動態(tài)鞍點(diǎn)時(shí)刻的轉(zhuǎn) 子角；a、b、c為相關(guān)系數(shù)、利用不實(shí)施緊急控制時(shí)動態(tài)鞍點(diǎn)時(shí)刻及其前兩個(gè)時(shí)刻的仿真數(shù) 據(jù)二次擬合獲得。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)不同緊急控制措施性能指標(biāo)的快速評估方法，屬于電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明依據(jù)電力系統(tǒng)暫態(tài)計(jì)算模型、候選緊急控措施信息和一次不實(shí)施任何控制的時(shí)域仿真數(shù)據(jù)，直接計(jì)算實(shí)施不同候選緊急控制后緊急控制時(shí)刻同步機(jī)的電磁功率，從而快速確定緊急控制時(shí)刻不同緊急控制措施下單機(jī)無窮大等值機(jī)電磁功率與機(jī)械功率差的變化量；進(jìn)一步基于擴(kuò)展等面積法則，計(jì)算不同緊急控制措施下減速面積的增量，從而確定不同緊急控制措施的性能指標(biāo)。本發(fā)明可用于離線緊急控制策略計(jì)算或在線預(yù)決策緊急控制措施計(jì)算，有益于不同緊急控制措施間的優(yōu)化協(xié)調(diào)，改善系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
【IPC分類】G06Q10-04, G06Q50-06
【公開號】CN104809512
【申請?zhí)枴緾N201410798155
【發(fā)明人】周野, 宋曉芳, 方勇杰, 薛峰, 周玲, 崔曉丹, 李吉晨
【申請人】國電南瑞科技股份有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)四川省電力公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年12月18日