一种在多频振荡场景下的失稳模式划分方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统暂态稳定性分析领域，特别涉及一种在多频振荡场景下的失 稳模式划分方法。
【背景技术】
[0002] 随着"西电东送，南北互联"战略的实施以及多条特高压工程的批复，我国已经实 现各大区域电网的互联，并将快速形成全国性的大电网。大型互联电力系统有提高能源利 用率、减小事故和检修备用容量、提高安全水平等优点，具有显著的社会、经济效益。然而大 电网由于运行方式复杂，故障时易发生连锁反应，停电波及的范围大，时间长，后果严重。特 别当电网结构薄弱、管理不善而又缺乏必要的技术措施时，某些单一设备的故障，可能发展 成为大面积停电事故。
[0003] 多年来，基于两群失稳模式的失步解列策略取得了良好的解列效果。但随着我国 电网"一特四大"战略的实施，以及三华互联高压交流同步电网的建设，互联电网的运行工 况变的愈加复杂，其安全稳定运行也面临着新的问题和挑战。电网实际运行经验及仿真结 果均表明，存在原系统解列后其解列后的子系统又快速失步的现象。针对这一现象，支持传 统两群失稳理论的专家学者将其解释为相继两群失稳并认为不存在多群失稳现象；而支持 多群失稳理论的专家学者则认为存在多群失稳并将其解释为多群失稳现象。因此，采用相 继两群失稳还是多群失稳来解释这一现象是多年来国内外专家学者非常关注的问题，多频 场景下，失稳模式的划分方法亟待研究。
[0004] 鉴于此，本发明将多机系统在大扰动下的运动划分为机群间的相对运动和机群内 各机组间的相对运动并将全系统的暂态能量分解为群间暂态能量和群内暂态能量。通过分 析原系统和子系统的群间暂态能量的变化规律，结合工程实际，提出了一种多频场景下的 失稳模式划分方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提出一种多频场景下的失稳模式划分方法，用以解决目前电 力系统在多频振荡场景下难以配置解列方案的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种多频场景下的失稳模式划分方 法，所述方法包括下列步骤：
[0007] 步骤1 :在电力系统仿真软件平台上搭建实际电网模型，设置故障并进行时域仿 真，获得所需的发电机转速、功角等数据；
[0008] 步骤2 :根据原系统两机群间的减速功率随时间的变化轨迹求取原系统的失稳时 间U
[0009] 步骤3:根据群内暂态能量函数计算原系统的两个子系统的群内暂态能量，从而 得到每个子系统的暂态能量；
[0010] 步骤4 :将同调性差的子系统的暂态能量再分解为该子系统内的两个机群的群间 暂态能量和群内暂态能量，再分解得到的群间暂态能量包括群间暂态动能和群间暂态势 能。
[0011] 步骤5 :根据再分解得到的群间暂态动能的变化规律求取同调性差的子系统的临 界解列时间tn;
[0012] 步骤6 :通过比较t"、故障清除时间t。之间的关系得到电力系统在多频场景 下的失稳模式。
[0013] 所述原系统的失稳时间的求解方法，具体过程如下：
[0014] 步骤21 :原系统在大扰动下首先表现为两群失稳，设两个失步机群分别为机群K 和机群T-K，根据公式P]s(t) =PTIfeq(t)-Pfeq(t)求解原系统两机群间的减速功率随时间的 变化轨迹。其中，PKeq (t) =PeK (t) -PK (t);
[0016] 步骤22 :当P]s轨迹由第一象限穿越至第四象限时，穿越时刻即为t"。
[0017] 所述子原系统的两个子系统的群内暂态能量的计算过程，具体过程如下：
[0018] 步骤31:根据公式
[0021] 分别计算子机群K和T-K的群内暂态能量，其中ΚΓ、分别为K群与T-K群的 群内暂态能量義为第i台发电机的机组惯性时间常数；和分别表不K群与T-K群 内某台机组相对于自身所在机群角度中心的发电机相对角速度；Θ1Κ和θιΤΚ分别表示Κ群 与Τ-Κ群内某台机组相对于自身所在机群角度中心的发电机相对功角；
[0024] 所述同调性差的子系统的暂态能量再分解方法，具体过程如下：
[0025] 假设同调性差的子系统又可划分为机群Κ'和Τ-Κ'，根据下列公式计算机群Κ' 和Τ-Κ'之间的群间暂态能量：
[0037] Ff/'为再分解得到的群间暂态动能，为再分解得到的群间暂态势能。
[0038] 所述同调性差的子系统的临界解列时间tn的求解方法，具体过程如下：
[0039] 选取不同的时刻解列原系统，依据步骤4对同调性差的子系统进行再分解，得到 的群间暂态动能的变化规律，并判断该子系统是否失稳，当在时间tx前解列原系统子系统 不失稳，在时间tx后解列原系统子系统失稳时，该时间tx即为tn。
[0040] 所述电力系统在多频振荡场景下失稳模式的划分方法，具体过程如下：
[0041] 比较原系统的失稳时间、同调性差的子系统的临界解列时间tn、故障清除时间 t。之间的大小关系：
[0042] (1)若Ktn，则划分为相继两群失稳
[0043] (2)若Ktn<t"，则划分为不严格的多群失稳
[0044] (3)若tn<t。<t"，则划分为严格的多群失稳
[0045] 本发明实现了一种在多频振荡场景下的失稳模式划分方法，其有益效果如下：
[0046] 本发明的方法为电力系统在多频振荡场景下的失稳模式划分提供了一种途径。针 对不同的失稳模式，工程上可配置相应的解列方案，对电力系统发生多频振荡时的解列策 略具有一定的指导意义。
【附图说明】
[0047]图1是本发明一种在多频振荡场景下的失稳模式划分方法的流程图。
[0048] 图2为我国某区域电网部分网架结构。
[0049] 图3为C区与AUB区两机群间的减速功率轨迹。
[0050] 图4是子系统AUB的群内暂态能量曲线。
[0051] 图5是子系统AUB的内A群与B群的群间暂态动能-δΑΒ曲线。
[0052]图6是原系统与子系统各自的群间暂态动能的变化规律曲线。
【具体实施方式】
[0053] 下面结合附图，对失稳模式划分方法作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是 示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0054] 本发明解决问题的思路是一种在多频振荡场景下的失稳模式划分方法：首先在电 力系统仿真软件平台上搭建实际电网模型，设置故障并进行时域仿真，获得所需的发电机 转速、功角等数据；其次，计算原电力系统的群间暂态能量，并根据群间的减速功率求取原 系统的失稳时间U再次，计算同调性差的子系统的暂态能量并将其再分解，根据再分解得 到的的群间暂态动能的变化规律求取该子系统的临界解列时间tn;最后，通过比较tptJP 故障清除时间t。之间的关系得到电力系统在多频场景下的失稳模式。
[0055] 图1是本发明一种在多频振荡场景下的失稳模式划分方法的流程图。本发明的具 体步骤包括：
[0056] 步骤1 :在电力系统仿真软件平台上搭建实际电网模型，设置故障并进行时域仿 真，获得所需的发电机转速、功角等数据。
[0057] 步骤2 :根据原系统两机群间的减速功率求取原系统的失稳时间。具体过程如 下：
[0058] 步骤21 :原系统在大扰动下首先表现为两群失稳，设两个失步机群分别为 机群K和机群T-K，根据公式P]s(t) =PTIfeq(t)-Pfeq(t)求解原系统两机群间的减速 功率随时间的变化轨迹。其中，PKeq (t) =PeK (t) -PK (t) ;PTKeq (t) =PeTκ⑴_ΡΤκ⑴；
械功率和电磁功率；Pjs表示减速功率。
[0059] 步骤22 :当P]s轨迹由第一象限穿越至第四象限时，穿越时刻即为t"。
[0060] 步骤3:根据群内暂态能量函数计算原系统的两个子系统的群内暂态能量，从而 得到每个子系统的暂态能量；具体过程如下：
[0061] 根据公式
[0064] 分别计算子机群K和T-Κ的群内暂态能量，其中、匕％分别为K群与T-Κ群的 群内暂态能量義为第i台发电机的机组惯性时间常数；和<5^分别表不K群与T-Κ群 内某台机组相对于自身所在机群角度中心的发电机相对角速度；Θ1Κ和θιΤΚ分别表示Κ群 与T-Κ群内某台机组相对于自身所在机群角度中心的发电机相对功角；
[0067] 步骤4 :将同调性差的子系统的暂态能量再分解为该子系统内的两个机群的群间 暂态能量和群内暂态能量，再分解得到的群间暂态能量包括群间暂态动能和群间暂态势 能。具体过程如下：
[0068] 假设同调性差的子系统又可划分为机群Κ'和Τ-Κ'，根据下列公式计算机群Κ' 和τ-κ'之间的群间暂态能量：
[0080] F黑'为再分解得到的群间暂态动能，为再分解得到的群间暂态势能。
[0081] 步骤5 :根据再分解得到的群间暂态动能的变化规律求取同调性差的