基于功率振荡次数评估系统阻尼比的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于功率振荡次数评估系统阻尼比的方法。该方法基于广域测量系统和电力系统分析综合程序软件提供的数据生成互联电网的小干扰线性化方程，解方程得到各支路功率振荡的时域表达式；结合各支路功率振荡的时域表达式和有效扰动的判定方法求得在区域间振荡频率范围内两区域间各联络线的有效扰动次数和互联电网总有效扰动次数的理论比值与区域间阻尼比的关系式；由广域测量系统获取区域间各联络线每日有效扰动次数和互联电网总每日有效扰动次数，计算得到两者之间的实测比值；绘制关系式对应的曲线图，获取区域间阻尼比的评估值。本发明针对WAMS历史数据能够评估系统阻尼比的大小及变化情况，为运行调度人员提供参考依据。
【专利说明】基于功率振荡次数评估系统阻尼比的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统运行与控制领域，具体涉及电力系统阻尼比的评估，提出了 一种基于功率振荡次数评估系统阻尼比的方法。
【背景技术】
[0002] 随着区域电网的互联，有功功率振荡逐渐成为影响大型互联电网安全稳定运行的 主要威胁之一。电网网架的日益庞大，快速励磁、电液伺服调速装置等的广泛应用，使得互 联电网出现有功功率振荡的风险大大增加，一方面抑制了电网的输电能力，另一方面也增 加了电网出现停电事故的概率。因此，大电网有功功率振荡问题是国内外电网发展必须面 临的一个难题。对于运行调度人员而言，根据广域测量系统（WAMS)的数据监控并预测电 网阻尼比的变化，在互联电网阻尼减弱时采取相应措施是有效避免有功功率振荡的方法之 〇
[0003] 广域测量系统（WAMS)源自互联电网对于时间上同步和空间上广域的实际需求， 它是以相量测量单位（PMU)为基层单元采集信息，经过通信系统上传至调度中心，实现对 互联电网的监测，构成一个实时监控系3统。PMU利用全球定位系统（GPS)时钟同步的特 点，测量各节点以及线路在同一时间坐标下的各种状态量。WAMS信息目前主要被用于在线 分析互联电网振荡阻尼，扰动定位等方面，选取的是监测的实时数据，而其历史数据在电网 中应用很少。广域测量的历史数据中有电网每日发生的有效扰动次数，这里有效扰动定义 为：
[0004] 当广域测量系统中有联络线有功功率振荡曲线同时满足：
[0005] a、振荡频率在0· 1?2. 5Hz ;
[0006] b、联络线功率振荡连续r个周波的幅值大于给定阈值M ;
[0007] 时，判定该联络线发生了有效扰动；否则，判定该联络线没有发生有效扰动；M即 为有效扰动阈值。
[0008] 电力系统分析综合程序（Power System Analysis Software Package)简称 PSASP。它是一套历史长久、功能强大、使用方便的商用电力系统分析程序，由中国电力科学 研究院技术分公司开发，具有我国自主知识产权，是资源共享，使用方便，高度集成和开放 的大型软件包。电力系统分析综合程序基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义 模型库的支持，可进行电力系统（输电、供电和配电系统）的各种计算分析。能实现如下功 能：潮流计算，暂态稳定，短路电流，网损分析，电压稳定，静态安全分析，静态和动态等值， 直接法暂态稳定，小干扰稳定，最优潮流和无功优化，参数优化协调，继电保护整定与仿真 等。
[0009] 互联电网小干扰线性化分析互联电网静态稳定的步骤（何仰赞，温增银.电力系 统分析（下册）[M] ·华中科技大学出版社，2002:226-229.)如下：
[0010] (1)列写电力系统各元件的微分方程以及联系各元件间关系的代数方程；
[0011] (2)分别对微分方程和代数方程线性化；
[0012] (3)消去方程中的非状态变量，求出线性化小扰动状态方程及矩阵A ;
[0013] (4)进行给定运行情况的初态计算，确定A矩阵各元素的值；
[0014] (5)确定或判断A矩阵特征值实部的符号，判断系统在给定的运行条件下是否具 有静态稳定性。
[0015] 杨东俊等的"基于WAMS量测数据的低频振荡机理分析"（电力系统自动化， 2009,33(23) :24-28)针对华中电网WAMS)基于记录到的一次区域间低频振荡事件，采用 Prony方法分析振荡各阶段特征确定其振荡类型，并结合电网历史小干扰事件频率分布统 计情况验证结论。但是文中没有对小干扰事件频率分布统计情况进行分析解释。杨东俊等 的"基于WAMS的负阻尼低频振荡与强迫振荡的特征判别"（电力系统自动化，2013, 37(13): 57-62)在WAMS的历史实测数据基础上，结合负阻尼振荡和强迫功率振荡事件发生前振荡 模式分布统计特征，对电力系统低频振荡性质进行了分析和判断。但是文中并未给出联络 线有效扰动次数与系统阻尼比对应关系的理论分析，难以定量确定有效扰动次数与系统阻 尼比的对应关系。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的在于提供一种基于功率振荡次数评估系统阻尼比的方法，该方法首 先通过广域测量系统获取所有节点的电压幅值和相角以及有效扰动次数的信息，通过电力 系统分析综合程序软件得到互联电网中各发电机的参数和所有线路的参数，将上述信息和 参数生成互联电网的小干扰线性化方程；然后求解小干扰线性化方程，得到各支路功率振 荡的时域表达式；结合各支路功率振荡的时域表达式和有效扰动的判定方法求得区域4和 区域A t间在[fi，f2]的频率范围内联络线Ih的有效扰动次数和互联电网总有效扰动次数的 理论比值与区域4和区域A t间阻尼比的关系式；通过广域测量系统获取历史数据中区域As 和区域At间在[f i，f2]的频率范围内各联络线每日有效扰动次数和互联电网总每日有效扰 动次数，计算得到区域4和区域A t间各联络线每日有效扰动次数和互联电网总每日有效扰 动次数的实测比值；最后将理论比值与区域As和区域A t间阻尼比的关系式绘制成曲线图， 根据实测比值查图得到对应的阻尼比。该方法具有机理明确、计算简单的特点，为运行调度 人员提供互联电网运行状态的参考。
[0017] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0018] 一种基于功率振荡次数评估系统阻尼比的方法，该方法包括以下步骤：
[0019] (a)在有H个区域、L条区域间联络线、N条支路、η个节点、其中发电机节点m个 的互联电网中装设广域测量系统，该电网在所有支路上均装设同步相量测量单元；
[0020] (b)在广域测量系统获取所有节点的电压幅值和相角以及有效扰动次数的信息， 通过电力系统分析综合程序软件得到互联电网中各发电机的参数和所有线路的参数，将上 述信息和参数生成互联电网的小干扰线性化方程；
[0021] (C)求解步骤（b)的小干扰线性化方程，得到各支路功率振荡的时域表达式
【权利要求】
1. 一种基于功率振荡次数评估系统阻尼比的方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤： (a) 在有H个区域、L条区域间联络线、N条支路、η个节点、其中发电机节点m个的互 联电网中装设广域测量系统，该电网在所有支路上均装设同步相量测量单元； (b) 在广域测量系统获取所有节点的电压幅值和相角以及有效扰动次数的信息，通过 电力系统分析综合程序软件得到互联电网中各发电机的参数和所有线路的参数，将上述信 息和参数生成互联电网的小干扰线性化方程； (c) 求解小干扰线性化方程，得到各支路功率振荡的时域表达式
其中：ΛΘJPΛΘ」分别表示第i节点和j个节点的电压相角变化量，AVJPΛVj分 别表示第i节点和j个节点的电压幅值的变化量，Θi(i和Θjti分别表示第i节点和j个节 点的稳态电压相角，Vitl和VjQ分别表示第i节点和j个节点的稳态电压幅值，Xu表示第i 节点和j个节点之间的支路电抗值，上述i= 1，2,…，n;j= 1，2,…，η; (d) 在区域As和区域At间有g条联络线，这两个区域间的振荡频率在[fi，f2]之间，s、 t= 1，2,…，H，s尹t，结合步骤（c)中各支路功率振荡的时域表达式和有效扰动的判定方 法求得在[Lf2]的频率范围内联络线Ip的有效扰动次数91)和互联电网总有效扰动次数Q 的理论比值Qp与区域As和区域At间阻尼比ξ的关系式
其中：
"，g，M为有效扰动阈值， Κ1(ρ) (ξ)为第P条联络线功率振荡幅值在t=O时亥Ij的初始值，μrσ汾别为冲击扰动面 积F服从的正态分布的均值和方差； (e) 通过广域测量系统获取历史数据中区域As和区域At间在[fi，f2]的频率范围内 各联络线每日有效扰动次数qaw和互联电网总每日有效扰动次数Q'，计算得到区域As和区 域At间各联络线每日有效扰动次数和互联电网总每日有效扰动次数的实测比值QAw=qaw/ Q'，w= 1，2,…，g; (f) 将步骤（d)的关系式绘制成区域As和区域At间各联络线对应的曲线图，共g个， 并根据步骤（e)求得的g个联络线每日有效扰动次数qaw和互联电网总每日有效扰动次数 Q'的实测比值QAg图得到g个比值对应的阻尼比ξp，p= 1，2,…，g;取作 g p=i 为区域As和区域At间阻尼比的评估值。
【文档编号】G01R31/00GK104459409SQ201410770911
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】许汉平, 陈伟彪, 杨东俊, 刘子全, 魏聪, 文劲宇 申请人:国家电网公司, 国网湖北省电力公司经济技术研究院, 华中科技大学