專利名稱：電力系統(tǒng)低頻振蕩實時控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)低 頻振蕩實時控制的方法。
背景技術(shù)：
低頻振蕩是大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)可能存在的問題之一。受監(jiān)測技術(shù)和分析技術(shù)的限 制，目前對低頻振蕩的抑制措施主要包括安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、直流裝置和靈活交流裝置 的附加控制功能。系統(tǒng)的運行點一旦超出了控制器的設(shè)計范圍就有可能出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn) 象。此時，調(diào)度員只能根據(jù)經(jīng)驗采取保守的控制措施，而且有可能延誤控制的時機?；?廣域測量系統(tǒng)(WAMS)數(shù)據(jù)平臺，低頻振蕩在線分析功能可以得到系統(tǒng)的主導(dǎo)模式及設(shè)備 分群信息，識別強相關(guān)的機組并計算參與因子，但無法在線分析計算抑制振蕩的控制措施。 小干擾穩(wěn)定性輔助決策功能基于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA)量測和狀態(tài)估計結(jié)果，可以提供提高弱阻尼模式的控制措施，但受狀 態(tài)估計刷新速度和控制措施計算時間的限制，無法實現(xiàn)實時控制。另一方面，計算的準(zhǔn)確性 受制于模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，一旦模型參數(shù)存在誤差，則控制措施可能無法有效地抑制低頻 振蕩。通過確定小干擾穩(wěn)定性分析得到的模式集中與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式，將小干擾 輔助決策得到的控制措施應(yīng)用于低頻振蕩的實時控制；如果在小干擾穩(wěn)定性分析得到的模 式集中無法找到與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式，則通過匹配事先制定的離線策略表獲取輔助 決策信息。如此可以同時保證控制措施的有效性和及時性。電力系統(tǒng)低頻振蕩實時控制方 法可以在檢測到低頻振蕩發(fā)生時，實時給出控制措施并立即執(zhí)行，對抑制低頻振蕩、保障互 聯(lián)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在檢測到電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，將小干擾輔助決策得到控 制措施或事先制定的離線策略表應(yīng)用于低頻振蕩的實時控制，并給出機組出力調(diào)整控制措 施的實施方案。本發(fā)明在獲取狀態(tài)估計結(jié)果數(shù)據(jù)后采用小干擾穩(wěn)定性分析得到系統(tǒng)的弱阻尼模 式，計算將各弱阻尼模式的阻尼提高到不同檔位值對應(yīng)的控制措施，包括機組出力調(diào)整和 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power System Stabilizator,PSS)投運等。根據(jù)振蕩中心的物理特征確 定各弱阻尼模式的振蕩中心，將系統(tǒng)在振蕩中心處分為兩個獨立網(wǎng)絡(luò)，得到所有節(jié)點的分 群信息。在檢測到電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，以實測主導(dǎo)模式的頻率作為篩選條件，從前一 時間斷面的小干擾穩(wěn)定性分析結(jié)果中篩選出候選的模式集，根據(jù)實測的設(shè)備分群信息確定 與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式。根據(jù)實測主導(dǎo)模式阻尼與臨界安全阻尼門檻值的差值確定對 應(yīng)的控制措施。如果在小干擾穩(wěn)定性分析得到的模式集中無法找到與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的 模式，則通過匹配事先制定的離線策略表獲取輔助決策信息。最后，通過自動發(fā)電控制系統(tǒng) (Automatic Generation Control, AGC)或者調(diào)度員遙控的方法執(zhí)行相應(yīng)的控制策略。
具體地說，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的，包括下列步驟1)阻尼小于臨界安全門檻值ο thres的模式為弱阻尼模式，在線獲取狀態(tài)估計結(jié) 果、元件模型參數(shù)數(shù)據(jù)和PSS投退信息，采用給定范圍的特征值計算得到電網(wǎng)的弱阻尼模 式；2)分別計算將各弱阻尼模式的阻尼提高到不同檔位值的控制措施，模式i當(dāng)前的 阻尼為σ w，將該模式的阻尼最大調(diào)整量Δ 分為隊檔，分別計算將ο ^提高Δ Omax ^jVNi (j = 1，-,Ni)的控制措施，控制措施包括機組出力調(diào)整和PSS投運等；3)根據(jù)振蕩中心的物理特征確定各弱阻尼模式的振蕩中心，將電網(wǎng)在振蕩中心處 分為兩個獨立網(wǎng)絡(luò)，得到所有節(jié)點的分群信息；4)在檢測到電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，根據(jù)相量測量單元(PhasorMeasurement Unit, PMU)實測的動態(tài)數(shù)據(jù)分析主導(dǎo)振蕩模式，并確定電網(wǎng)的振蕩中心大致區(qū)域，對安裝 PMU的設(shè)備進行分群；5)從小干擾穩(wěn)定計算得到的弱阻尼模式中篩選出與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式；6)計算實測主導(dǎo)模式的阻尼0^和Qthres之間的差值Δ σ，若Δ σ max. 一 (j_l) / Ni < Δ σ < Δ σ·.Λ /Χ，其中，Δ omax.i為與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的小干擾穩(wěn)定計算模式 的阻尼最大調(diào)整量，Ni為Δ σ 劃分的檔位數(shù)，1彡j彡Ni,則低頻振蕩實時控制的措施 為△ 對應(yīng)的小干擾穩(wěn)定分析模式的控制措施；7)若在小干擾穩(wěn)定計算得到的模式中無法找到與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式，則根 據(jù)實測主導(dǎo)模式從事先制定的離線策略表中匹配獲取輔助決策措施；8)調(diào)整機組出力的執(zhí)行手段包括(1)將機組調(diào)整量作為AGC調(diào)節(jié)的限值，由AGC 自動執(zhí)行；(2)通過AGC裝置的通信通道，將機組出力調(diào)整量下發(fā)給電廠的自動控制系統(tǒng)， 由其自動執(zhí)行。PSS投運的執(zhí)行手段是通過電廠的自動控制系統(tǒng)自動執(zhí)行；(2)電廠的運行 人員依據(jù)調(diào)度員命令進行操作。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明將低頻振蕩監(jiān)測、小干擾穩(wěn)定性輔助決策和匹配 離線低頻振蕩控制策略表相結(jié)合，給出低頻振蕩實時控制的方法。通過模式匹配確定小干 擾穩(wěn)定性分析得到模式集中與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式。根據(jù)振蕩中心的物理特征采用功 率攝動法確定振蕩中心附近的節(jié)點。將系統(tǒng)在振蕩中心附近解列為兩個獨立的孤網(wǎng)，可以 實現(xiàn)將所有節(jié)點分為兩群，在模式匹配時可以同時利用機組和變電站的分群信息。根據(jù)實 測主導(dǎo)模式匹配事先制定的離線策略表解決小干擾穩(wěn)定性分析模式集中無法找到與實測 主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式的問題。通過AGC執(zhí)行或者調(diào)度員遙控的方法將控制措施立即執(zhí)行， 可以滿足低頻振蕩實時控制對時間性的要求。低頻振蕩實時控制方法可以在檢測到低頻振 蕩發(fā)生時，實時給出控制措施并立即執(zhí)行，對抑制低頻振蕩、保障互聯(lián)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 有著重大意義。


圖1為本發(fā)明方法的流程圖；圖2為將電網(wǎng)在振蕩中心處分為兩個獨立網(wǎng)絡(luò)的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1和附圖2，對本發(fā)明方法進行詳細(xì)描述。圖1中步驟1描述的是在線獲取狀態(tài)估計結(jié)果、元件模型參數(shù)數(shù)據(jù)及PSS投退信 息，采用給定范圍的特征值計算得到系統(tǒng)當(dāng)中的弱阻尼模式。圖1中步驟2描述的是分別計算將各弱阻尼模式的阻尼提高到不同檔位值的控制 措施，模式i當(dāng)前的阻尼為σ w，將該模式的阻尼最大調(diào)整量Δ σ隱」分為Ni檔，分別計算 將提高Δ Omax ^jVNiU = 1，…，Ni)的控制措施，控制措施包括機組出力調(diào)整和PSS 投運等。圖1中步驟3描述的是根據(jù)模態(tài)相角將參與因子較大的機組分成兩群；設(shè)定機組 功率的攝動量Pe,step，從兩群機組中任選一群減功率，而另一群增功率，將Pytep平均分配到 各機組；采用潮流計算的方法統(tǒng)計功率攝動前后各節(jié)點的電壓幅值變化；選取電壓幅值變 化最大節(jié)點附近的機組作為平衡機組，統(tǒng)計功率攝動前后各節(jié)點的電壓相角變化。根據(jù)振 蕩中心的物理特征確定各弱阻尼模式的振蕩中心，將系統(tǒng)在振蕩中心處分為兩個獨立的網(wǎng) 絡(luò)，得到所有節(jié)點的分群信息。圖1中步驟4描述的是在檢測到電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，根據(jù)PMU實測的動態(tài) 數(shù)據(jù)分析主導(dǎo)模式，確定系統(tǒng)的振蕩中心大致區(qū)域并對安裝PMU的設(shè)備進行分群。圖1中步驟5描述的是根據(jù)實測主導(dǎo)模式的頻率從前一時間斷面小干擾穩(wěn)定性分 析結(jié)果中篩選出候選模式，篩選原則為候選模式頻率與實測主導(dǎo)模式頻率差的絕對值小于 門檻值。通過尋找與實測主導(dǎo)模式PMU設(shè)備分群情況一致的模式，確定候選模式集中與實 測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式。圖1中步驟6描述的是計算實測主導(dǎo)模式的阻尼σ r-和ο thres之間的差值Δ σ， 若Δ Δ σ < Δ 0_.^]_/隊，其中，Δ ο max.,為與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的小 干擾穩(wěn)定計算模式的阻尼最大調(diào)整量，Ni為Δ σ _」劃分的檔位數(shù)，1彡j彡Ni，則低頻振 蕩實時控制的措施為Δ o.jj/Ni對應(yīng)的小干擾穩(wěn)定分析模式的控制措施。圖1中步驟7描述的是若在小干擾穩(wěn)定計算得到的模式中無法找到與實測主導(dǎo)模 式對應(yīng)的模式，則根據(jù)實測主導(dǎo)模式從事先制定的離線策略表中匹配獲取輔助決策措施。圖1中步驟8描述的是調(diào)整機組出力的執(zhí)行手段包括(1)將機組調(diào)整量作為AGC 調(diào)節(jié)的限值，由AGC自動執(zhí)行；(2)通過AGC裝置的通信通道，將機組出力調(diào)整量下發(fā)給電 廠的自動控制系統(tǒng)，由其自動執(zhí)行。PSS投運的執(zhí)行手段是通過電廠的自動控制系統(tǒng)自動執(zhí) 行。附圖2為將電網(wǎng)在振蕩中心處分為兩個獨立網(wǎng)絡(luò)的流程圖。圖2中步驟1描述的是按照電壓幅值變化量由大到小選擇N個節(jié)點，按照電壓相 角變化量由小到大選擇N個節(jié)點；圖2中步驟2描述的是依次將與篩選出的節(jié)點相連的支路斷開，在選擇開斷支路 時，優(yōu)先選擇另一端節(jié)點排序靠前的支路；圖2中步驟3描述的是利用拓?fù)浞治雠袛嘞到y(tǒng)是否分成獨立的孤網(wǎng)并且參與因子 較大的兩群機組間不存在路徑，否則轉(zhuǎn)向步驟1)；圖2中步驟4描述的是分別將斷開的支路閉合，如果系統(tǒng)仍然可以分成獨立的孤 網(wǎng)，則將該支路從開斷列表中去掉，否則確認(rèn)該線路為關(guān)鍵線路并保留；
圖2中步驟5描述的是最終保留的關(guān)鍵線路即為振蕩中心所在的線路。將系統(tǒng)在關(guān)鍵線路處開斷，則系統(tǒng)分成分別包含兩群機組的兩獨立網(wǎng)絡(luò)，由此實現(xiàn)對所有節(jié)點進行 分群。
權(quán)利要求
電力系統(tǒng)低頻振蕩實時控制方法，其特征在于包括下列步驟1)阻尼小于臨界安全門檻值σthres的模式為弱阻尼模式，在線獲取狀態(tài)估計結(jié)果、元件模型參數(shù)數(shù)據(jù)及PSS投退信息，采用給定范圍的特征值計算得到電網(wǎng)的弱阻尼模式；2)分別計算將各弱阻尼模式的阻尼提高到不同檔位值的控制措施，模式i當(dāng)前的阻尼為σi，0，將該模式的阻尼最大調(diào)整量Δσmax，i分為Ni檔，分別計算將σi，0提高Δσmax，i*j/Ni，其中，j＝1，…，Ni，的控制措施，控制措施包括機組出力調(diào)整和PSS投運；3)根據(jù)振蕩中心的物理特征確定各弱阻尼模式的振蕩中心，將電網(wǎng)在振蕩中心處分為兩個獨立網(wǎng)絡(luò)，得到所有節(jié)點的分群信息；4)在檢測到電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，根據(jù)PMU實測的動態(tài)數(shù)據(jù)分析主導(dǎo)振蕩模式，并確定電網(wǎng)的振蕩中心大致區(qū)域，對安裝PMU的設(shè)備進行分群；5)從小干擾穩(wěn)定計算得到的弱阻尼模式中篩選出與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式；6)計算實測主導(dǎo)模式的阻尼σreal和σthres之間的差值Δσ，若Δσmax，i*(j-1)/Ni＜Δσ＜Δσmax，i*j/Ni，其中，Δσmax，i為與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的小干擾穩(wěn)定計算模式的阻尼最大調(diào)整量，Ni為Δσmax，i劃分的檔位數(shù)，1≤j≤Ni，則低頻振蕩實時控制的措施為Δσmax，i*j/Ni對應(yīng)的小干擾穩(wěn)定分析模式的控制措施；7)若在小干擾穩(wěn)定計算得到的模式中無法找到與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式，則根據(jù)實測主導(dǎo)模式從事先制定的離線策略表中匹配獲取輔助決策措施；8)調(diào)整機組出力的執(zhí)行手段包括(1)將機組調(diào)整量作為AGC調(diào)節(jié)的限值，由AGC自動執(zhí)行；(2)通過AGC裝置的通信通道，將機組出力調(diào)整量下發(fā)給電廠的自動控制系統(tǒng)，由其自動執(zhí)行；PSS投運的執(zhí)行手段是通過電廠的自動控制系統(tǒng)自動執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩實時控制方法，其特征在于，所述步驟3) 中確定各弱阻尼模式的振蕩中心的方法如下設(shè)置參與因子門檻值Pthres,根據(jù)模態(tài)相角將 參與因子大于PthresW機組分成兩群；設(shè)定機組功率的攝動量Pe,step，從兩群機組中任選一群 減功率，而另一群增功率，將P。step平均分配到各機組；采用潮流計算的方法統(tǒng)計功率攝動 前后各節(jié)點的電壓幅值變化；選取電壓幅值變化最大節(jié)點附近的機組作為平衡機組，統(tǒng)計 功率攝動前后各節(jié)點的電壓相角變化，根據(jù)電壓幅值變化量和電壓相角變化量確定振蕩中 心附近的節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩實時控制方法，其特征在于，所述步驟3) 中將電網(wǎng)在振蕩中心處分為兩個獨立網(wǎng)絡(luò)的步驟如下步驟1)按照電壓幅值變化量由大到小選擇N個節(jié)點，按照電壓相角變化量由小到大選 擇N個節(jié)點；步驟2)依次將與篩選出的節(jié)點相連的支路斷開，在選擇開斷支路時，優(yōu)先選擇另一端 節(jié)點排序靠前的支路；步驟3)利用拓?fù)浞治雠袛嚯娋W(wǎng)是否分成兩個獨立的電網(wǎng)并且參與因子較大的兩群機 組間不存在連通路徑，否則轉(zhuǎn)向步驟1)；步驟4)分別將斷開的支路閉合，如果電網(wǎng)仍然可以分成兩個獨立的電網(wǎng)，則將該支路 從開斷列表中去掉，否則確認(rèn)該線路為關(guān)鍵線路并保留；步驟5)最終保留的關(guān)鍵線路即為振蕩中心所在的線路，將電網(wǎng)在關(guān)鍵線路處開斷，則 電網(wǎng)分成分別包含兩群機組的兩個獨立網(wǎng)絡(luò)，由此實現(xiàn)對所有節(jié)點的分群。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩實時控制方法，其特征在于，所述步驟5) 中確定小干擾穩(wěn)定計算模式中與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式方法如下根據(jù)實測主導(dǎo)模式 的頻率從振蕩起始前電網(wǎng)運行斷面小干擾穩(wěn)定計算結(jié)果中篩選出候選模式，篩選原則為候 選模式頻率與實測主導(dǎo)模式頻率差的絕對值小于門檻值；通過尋找與實測主導(dǎo)模式中安裝 PMU的設(shè)備分群情況一致的模式，確定候選模式集中與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)低頻振蕩實時控制方法，其特征在于，所述步驟8) 中執(zhí)行機組出力調(diào)整措施時，如果AGC的調(diào)節(jié)速度滿足低頻振蕩實時控制的要求，則由AGC 自動執(zhí)行；否則將機組出力調(diào)整量作為命令下發(fā)到電廠，由電廠的自動控制系統(tǒng)執(zhí)行。
全文摘要
本方法適用于將小干擾穩(wěn)定在線控制策略或設(shè)定的離線策略應(yīng)用于控制實際發(fā)生的低頻振蕩。通過小干擾穩(wěn)定計算得到電網(wǎng)的弱阻尼模式，分別計算將各弱阻尼模式的阻尼提高到不同檔位的控制措施，并根據(jù)振蕩中心的物理特征確定各弱阻尼模式的振蕩中心，將電網(wǎng)在振蕩中心處分為兩個獨立網(wǎng)絡(luò)。在電網(wǎng)發(fā)生低頻振蕩時，采用實測主導(dǎo)模式的頻率篩選出候選的模式集，并根據(jù)實測的設(shè)備分群信息確定與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式，根據(jù)實測主導(dǎo)模式阻尼與臨界安全阻尼門檻值的差值確定對應(yīng)的控制措施。若沒有與實測主導(dǎo)模式對應(yīng)的模式，則從離線策略表獲取輔助決策信息。最后，通過自動發(fā)電控制系統(tǒng)(AGC)或者電廠的自動控制系統(tǒng)實施相應(yīng)的控制策略。
文檔編號H02J3/24GK101814739SQ20101014263
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者劉福鎖, 勵剛, 徐偉, 徐泰山, 李建華, 楊衛(wèi)東, 鄭偉, 鮑顏紅 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院;南京南瑞集團公司;華東電網(wǎng)有限公司