专利名称：电力系统暂态稳定输电断面功率极限区间的识别方法
技术领域：
本发明属于电力系统计算与分析技术领域。
背景技术：
输电断面功率是电力系统调度运行人员监视电网安全运行水平的关键指标，电力 系统暂态安全稳定断面极限功率计算与分析是电力系统安全稳定经济运行与控制的重要 内容之一，目前输电断面功率极限计算方式是电网调度运行人员根据经验先确定发电机、 负荷的功率调整方式，再通过暂态安全稳定时域仿真计算，最终确定输电断面的功率极限。 实际上，输电断面功率极限与电网的运行方式和功率调整方式紧密相关，也就是说，如果电 网实际运行的发电机、负荷功率调整方式与凭经验设置的功率调整方式不一致，则按目前 的计算方式计算出来的输电断面功率极限可能是很保守的，也有可能是非常冒进的。随着新能源发电规模的不断增大和电力市场的逐步推进，发电机的调整方式难以 按调度运行人员的要求预先设定，此外，母线负荷的变化也是难以准确预测的，不同母线负 荷之间的相对变化的比例更是难以预测。因此，目前的输电断面功率极限的计算方式急需 改进。由于输电断面功率极限与电网的运行方式和功率调整方式紧密相关，如果能够准确 地计算出输电断面功率极限所在的区间，即功率极限最小值和功率极限最大值，就可以为 电网的安全稳定运行，特别是经济运行，提供非常重要的决策依据。
发明内容
本发明目的是确定电力系统暂态稳定输电断面的功率极限区间，为电网的安全 稳定经济运行，提供决策依据。本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤1)针对电网当前运行方式，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定 量化评估方法对输电断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障分别进行暂态安全稳定评 估，得到每个故障的暂态功角稳定模式(暂态功角稳定裕度、发电机的主导分群模式、临界 发电机群和余下发电机群中各台发电机的参与因子)和暂态电压安全稳定模式(暂态电压 安全稳定裕度、负荷参与因子)；2)依据发电机、负荷的参与因子、功率对输电断面功率的灵敏度和暂态功角稳定 裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调负荷对输电断面功率极限 的影响因子；3)若计算输电断面功率极限的最小值，则进入第4)步，若计算输电断面功率极限 的最大值，则进入第5)步；4)根据发电机和负荷对输电断面功率极限的影响因子，确定用于计算输电断面功 率极限区间下限(最小值)的送、受端发电机和负荷的调整方式，采用迭代方式计算出输电 断面功率极限的最小值；5)根据发电机和负荷对输电断面功率极限的影响因子，确定用于计算输电断面功
4率极限区间上限(最大值)的送、受端发电机和负荷的调整方式，采用迭代方式计算出输电 断面功率极限的最大值。本发明的有益效果在于，本发明基于输电断面考核故障的暂态功角稳定模式和暂 态电压安全稳定模式，分别提出发电机和负荷对输电断面功率极限的影响因子计算方法， 并考虑了可调发电机和负荷的实际调整空间，以及发电机的投入和退出，给出了电网当前 运行方式下输电断面暂态安全稳定极限功率区间的计算方法。本发明克服了电力系统计算 与分析人员凭经验设置功率调整方式计算输电断面功率极限的缺点，解决了该计算方式计 算出来的输电断面功率极限可能是很保守的，也有可能是非常冒进的问题，可以为电网的 安全稳定运行，特别是经济运行，提供非常重要的决策依据。
图1是本发明方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。图1中步骤1描述的是针对电网当前运行方式的暂态安全稳定量化评估，即针对 电网当前运行方式，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化评估方法对 输电断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障分别进行暂态安全稳定评估，得到每个故障 的暂态功角稳定模式(暂态功角稳定裕度、发电机的主导分群模式、临界发电机群和余下 发电机群中各台发电机的参与因子)和暂态电压安全稳定模式(暂态电压安全稳定裕度、 负荷参与因子)。图1中步骤2描述的是发电机、负荷对断面输电功率极限的影响因子计算，即依据 发电机、负荷的参与因子、功率对输电断面功率的灵敏度和暂态功角稳定裕度、暂态电压安 全稳定裕度，分别采用公式(1)、公式(2)来计算功率可调发电机和可调负荷对暂态安全稳 定输电断面功率极限的影响因子。
m 「■(1)
；=1
m ρ1L1 = Yj [pUj (1 - ην] |J(2)
；=1其中，m为输电断面暂态安全稳定考核故障集中故障数，P^ij为故障j下发电机i 的暂态功角稳定参与因子(临界群发电机参与因子大于0，余下群发电机参与因子小于0)， n,j为故障j下暂态功角稳定裕度，sg.i为发电机i有功功率变化引起输电断面有功功率 变化的灵敏度；为故障j下负荷i的暂态电压安全稳定参与因子，n”为故障j下暂 态电压安全稳定裕度，S1.,为负荷i有功功率变化引起输电断面有功功率变化的灵敏度。图1中步骤3描述的是输电断面功率极限区间上下限值计算分支的划分，即若计 算输电断面功率极限区间下限(最小值)，则进入步骤4，若计算输电断面功率极限区间上 限(最大值)，则进入步骤5。图1中步骤4描述的是输电断面功率极限区间下限的迭代计算流程，包括四步第一步，确定送、受端功率调整总量若是首次，则采用设定的功率调整步长，否
5则，采用基于功率调整总量与暂态安全稳定裕度的关系曲线拟合来确定功率调整总量，若 大于设定的功率调整步长，则采用设定的功率调整步长。第二步，确定送、受端发电机和负荷的功率调整量根据预先设定的送端、受端发 电机和负荷调整顺序，对于送端的可调发电机，依据发电机对暂态安全稳定输电断面功率 极限的影响因子Gi,从大到小依次增加影响因子Gi大的发电机功率，对于送端的可调负荷， 依据负荷对暂态安全稳定输电断面功率极限的影响因子Li,从小到大依次减少影响因子Li 小的负荷，直至送端的发电机、负荷的调整总量等于第一步中确定的送端功率调整总量；对 于受端的可调发电机，依据发电机对暂态安全稳定输电断面功率极限的影响因子Gi,从小 到大依次减少影响因子Gi小的发电机功率，对于受端的可调负荷，依据负荷对暂态安全稳 定输电断面功率极限的影响因子Li,从大到小依次增加影响因子Li大的负荷，直至受端的 发电机、负荷的调整总量等于第一步中确定的受端功率调整总量。第三步，进行暂态安全稳定评估针对按第二步中确定的送、受端发电机和负荷的 功率调整量生成新的运行方式，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化 评估方法对输电断面暂态安全稳定考核故障集中余下故障(若在极限搜索过程中出现考 核故障集中存在某些故障的暂态安全稳定性不能保证，则过滤掉考核故障集中能够保持暂 态安全稳定性的故障，把这些暂态安全稳定性不能保证的故障作为余下故障)分别进行暂 态安全稳定评估，得到每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式。第四步，若断面极限功率的误差是否小于设定的门槛值，则得到极限功率的最小 值，结束极限功率最小值的计算流程；否则，依据发电机、负荷的参与因子、功率对输电断面 功率的灵敏度和暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个 可调负荷对输电断面功率极限的影响因子，返回第一步。图1中步骤5描述的是输电断面功率极限区间上限的迭代计算流程，包括四步第一步，确定送、受端功率调整总量若是首次，则采用设定的功率调整步长，否 则，采用基于功率调整总量与暂态安全稳定裕度的关系曲线拟合来确定功率调整总量，若 大于设定的功率调整步长，则采用设定的功率调整步长。第二步，确定送、受端发电机和负荷的功率调整量根据预先设定的送端、受端发 电机和负荷调整顺序，对于送端的可调发电机，依据发电机对暂态安全稳定输电断面功率 极限的影响因子Gi,从小到大依次增加影响因子Gi小的发电机功率，对于送端的可调负荷， 依据负荷对暂态安全稳定输电断面功率极限的影响因子Li,从大到小依次减少影响因子Li 大的负荷，直至送端的发电机、负荷的调整总量等于第一步中确定的送端功率调整总量；对 于受端的可调发电机，依据发电机对暂态安全稳定输电断面功率极限的影响因子Gi,从大 到小依次减少影响因子Gi大的发电机功率，对于受端的可调负荷，依据负荷对暂态安全稳 定输电断面功率极限的影响因子Li,从小到大依次增加影响因子Li小的负荷，直至受端的 发电机、负荷的调整总量等于第一步中确定的受端功率调整总量。第三步，进行暂态安全稳定评估针对按第二步中确定的送、受端发电机和负荷的 功率调整量生成新的运行方式，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化 评估方法对输电断面暂态安全稳定考核故障集中余下故障(若在极限搜索过程中出现考 核故障集中存在某些故障的暂态安全稳定性不能保证，则过滤掉考核故障集中能够保持暂 态安全稳定性的故障，把这些暂态安全稳定性不能保证的故障作为余下故障)分别进行暂态安全稳定评估，得到每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式。第四步，若断面极限功率的误差是否小于设定的门槛值，则得到极限功率的最大 值，结束极限功率最大值的计算流程；否则，依据发电机、负荷的参与因子、功率对输电断面 功率的灵敏度和暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个 可调负荷对输电断面功率极限的影响因子，返回第一步。此外，还需要说明两点1)对于可调发电机的出力调整空间，是根据自当前运行状态的时间开始的设定时 间内发电机出力变化的可行域来确定的；对于可调负荷的调整空间，是根据自当前运行状 态的时间开始的设定时间内负荷变化的预测值来确定的。2)若预先设定的送端、受端发电机和负荷调整顺序包括发电机的投/停，则在极 限功率最小值和最大值计算分支的第二步中，对于功率调整总量没有达到第一步中确定的 送、受端功率调整总量就需要投入发电机或退出发电机的情况，当功率调整量增加至需要 投入发电机或退出发电机时，则不再进一步增加功率调整量。在第三步的暂态安全稳定评 估中，首先进行不含发电机投/停的暂态安全稳定评估，若暂态安全稳定不能保证，直接进 入第四步；否则，根据发电机的投/停顺序，投入一台发电机或退出一台发电机，并根据第 二步的调整方式相应地调整发电机、负荷的功率以保证功率的平衡，再进行暂态安全稳定 评估，若暂态安全稳定不能保证，且这台发电机投入后或退出前的功率是维持发电机正常 运行的最小功率，则把这台发电机投入后或退出前的断面功率值作为极限功率的最小值或 最大值，结束相应的极限功率的最小值或最大值计算流程；否则，进入第四步。
权利要求
电力系统暂态稳定输电断面功率极限区间的识别方法，包括以下步骤1)针对电网当前运行方式，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化评估方法对输电断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障分别进行暂态安全稳定评估，得到每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，其中，暂态功角稳定模式包括暂态功角稳定裕度、发电机的主导分群模式、临界发电机群和余下发电机群中各台发电机的参与因子，暂态电压安全稳定模式包括暂态电压安全稳定裕度、负荷参与因子；2)依据发电机、负荷的参与因子、功率对输电断面功率的灵敏度和暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调负荷对输电断面功率极限的影响因子；3)若计算输电断面功率极限区间下限，即最小值，则进入第4)步，若计算输电断面功率极限区间上限，即最大值，则进入第5)步；4)根据发电机和负荷对输电断面功率极限的影响因子，确定用于计算输电断面功率极限最小值的送、受端发电机和负荷的调整方式，采用迭代方式计算出输电断面功率极限的最小值；5)根据发电机和负荷对输电断面功率极限的影响因子，确定用于计算输电断面功率极限最大值的送、受端发电机和负荷的调整方式，采用迭代方式计算出输电断面功率极限的最大值。
2.根据权利1要求所述的电力系统暂态稳定输电断面功率极限区间的识别方法，其特 征在于，步骤2)中分别采用公式(1)、公式(2)来计算功率可调发电机和可调负荷对暂态安 全稳定输电断面功率极限的影响因子，
3.根据权利1要求所述的电力系统暂态稳定输电断面功率极限区间的识别方法，其特 征在于，步骤4)计算考虑暂态安全稳定的输电断面功率极限的最小值包括四步第一步，确定送、受端功率调整总量若是首次，则采用设定的功率调整步长，否则，采 用基于功率调整总量与暂态安全稳定裕度的关系曲线拟合来确定功率调整总量，若大于设 定的功率调整步长，则采用设定的功率调整步长；第二步，确定送、受端发电机和负荷的功率调整量根据预先设定的送端、受端发电机 和负荷调整顺序，对于送端的可调发电机，依据发电机对暂态安全稳定输电断面功率极限 的影响因子Gi,从大到小依次增加影响因子Gi大的发电机功率，对于送端的可调负荷，依据 负荷对暂态安全稳定输电断面功率极限的影响因子Li,从小到大依次减少影响因子Li小的 负荷，直至送端的发电机、负荷的调整总量等于第一步中确定的送端功率调整总量；对于受端的可调发电机，依据发电机对暂态安全稳定输电断面功率极限的影响因子Gi,从小到大 依次减少影响因子Gi小的发电机功率，对于受端的可调负荷，依据负荷对暂态安全稳定输 电断面功率极限的影响因子Li,从大到小依次增加影响因子Li大的负荷，直至受端的发电 机、负荷的调整总量等于第一步中确定的受端功率调整总量； 第三步，暂态安全稳定评估针对按第二步中确定的送、受端发电机和负荷的功率调整 量生成新的运行方式，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化评估方法 对输电断面暂态安全稳定考核故障集中余下故障分别进行暂态安全稳定评估，得到每个故 障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，若在极限搜索过程中出现考核故障集中 存在某些故障的暂态安全稳定性不能保证，则过滤掉考核故障集中能够保持暂态安全稳定 性的故障，把这些暂态安全稳定性不能保证的故障作为余下故障；第四步，若断面极限功率的误差是否小于设定的门槛值，则得到极限功率的最小值，结 束极限功率最小值的计算流程；否则，依据发电机、负荷的参与因子、功率对输电断面功率 的灵敏度和暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调 负荷对输电断面功率极限的影响因子，返回第一步。
4.根据权利1要求所述的电力系统暂态稳定输电断面功率极限区间的识别方法，其特 征在于，步骤5)计算考虑暂态安全稳定的输电断面功率极限的最大值包括四步第一步，确定送、受端功率调整总量若是首次，则采用设定的功率调整步长，否则，采 用基于功率调整总量与暂态安全稳定裕度的关系曲线拟合来确定功率调整总量，若大于设 定的功率调整步长，则采用设定的功率调整步长；第二步，确定送、受端发电机和负荷的功率调整量根据预先设定的送端、受端发电机 和负荷调整顺序，对于送端的可调发电机，依据发电机对暂态安全稳定输电断面功率极限 的影响因子Gi,从小到大依次增加影响因子Gi小的发电机功率，对于送端的可调负荷，依据 负荷对暂态安全稳定输电断面功率极限的影响因子Li,从大到小依次减少影响因子Li大的 负荷，直至送端的发电机、负荷的调整总量等于第一步中确定的送端功率调整总量；对于受 端的可调发电机，依据发电机对暂态安全稳定输电断面功率极限的影响因子Gi,从大到小 依次减少影响因子Gi大的发电机功率，对于受端的可调负荷，依据负荷对暂态安全稳定输 电断面功率极限的影响因子Li,从小到大依次增加影响因子Li小的负荷，直至受端的发电 机、负荷的调整总量等于第一步中确定的受端功率调整总量；第三步，暂态安全稳定评估针对按第二步中确定的送、受端发电机和负荷的功率调整 量生成新的运行方式，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化评估方法 对输电断面暂态安全稳定考核故障集中余下故障分别进行暂态安全稳定评估，得到每个故 障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，若在极限搜索过程中出现考核故障集中 存在某些故障的暂态安全稳定性不能保证，则过滤掉考核故障集中能够保持暂态安全稳定 性的故障，把这些暂态安全稳定性不能保证的故障作为余下故障；第四步，若断面极限功率的误差是否小于设定的门槛值，则得到极限功率的最大值，结 束极限功率最大值的计算流程；否则，依据发电机、负荷的参与因子、功率对输电断面功率 的灵敏度和暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调 负荷对输电断面功率极限的影响因子，返回第一步。
全文摘要
本发明公开了电力系统暂态稳定输电断面功率极限区间的识别方法，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化评估方法对输电断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障分别进行暂态安全稳定评估，得到每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式；分别依据发电机、负荷的参与因子、功率对输电断面功率的灵敏度和暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台发电机、每个负荷对输电断面功率极限的影响因子；根据发电机和负荷对输电断面功率极限的影响因子，通过发电机、负荷功率调整计算出输电断面功率极限的最大值和最小值。
文档编号H02J3/16GK101969202SQ20101055508
公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年11月23日
发明者姚海成, 彭慧敏, 徐泰山, 方勇杰, 李碧君, 薛峰, 薛禹胜, 马明, 鲍颜红 申请人:国网电力科学研究院;南京南瑞集团公司