专利名称：一种电力系统三相短路故障临界切除时间的在线求取方法
技术领域：
本发明涉及一种在线求取方法，具体涉及一种电力系统三相短路故障临界切除时间的在线求取方法。
背景技术：
随着新能源的广泛接入，系统复杂性提高，对暂态稳定极限的求取越来越重要。当前暂态稳定分析的主要工具是直接法和时域仿真法。时域仿真法基于严格的数学模型和求解方法，能够精确反映大干扰(如三相短路故障)下系统的运行情况。直接法避开了时域仿真法的逐步积分过程，并且能够给出量化结果，在电力系统暂态稳定分析中有广泛应用。三相短路故障临界切除时间(Ctitcal Clearing Time, CCT)是反映电力系统稳定 极限的重要参数。采用直接法计算CCT时，计算精度低，并可能存在不收敛点。采用时域仿真法计算CCT时，需要多次循环，计算速度低。时域仿真法采用详细模型和逐步积分(St印-By-Step，SBS)方法，可得到故障后系统的精确运行轨迹。该方法首先建立系统状态变量的微分方程及网络的代数方程(1)，数学模型包括一次电网的数学描述(网络方程)和发电机、负荷、无功补偿、直流输电等一次设备和二次装置动态特性的数学描述(微分方程)以及各种可能发生的扰动方式和稳定措施的模拟等。然后以某一稳态的潮流计算结果作为初始状态，求解该联立方程组。
ix = F(X9Y)|Y = G(X；Y)⑴·其中，对应法则F = (f1； f2, . . , fn)T, G = (gl, g2，· · ·，gn)T j =为微分方程组求解的变量；Y = (Y1, y2,.., yn)T为代数方程组求解的变量。用时域仿真法求取临界切除时间的传统方法，通常采用二分法逐步搜索的思想，并认为临界切除时间所在的位置即是系统的不返回点(NRP)。具体流程如下A、设定初始切除时间，t0 = Os, te = 5s ；B、判断中间切除时间tm = (t0+te)/2对应的系统稳定性；C、若系统稳定则设定tQ = tm ;反之,设定te = tm ;D、如此循环直至tQ-te在指定精度范围内。其中A中将二分法的初始搜索范围设为0-5秒，认为由于继电保护动作以及系统各类调节措施的实施，超出5秒的临界切除时间不影响系统稳定。B中暂态稳定判据采用功角判据，设定最大发电机功角差设为500度。由于初值设置保守，收缩范围较大，采用该方法求取CCT循环次数较多，在大系统分析时将明显降低计算速度。PEBS法假定在不稳定平衡点(UEP)附近势能变化比较平缓，因此可用持续故障的轨迹与PEBS相交的点来求出近似的不稳定平衡点(UEP)点。该方法无需计算相关不稳定平衡点(RUEP)，只要构成相应的暂态能量函数，就可以较方便地计入复杂的元件模型，因此在计及复杂元件模型进行直接法暂态稳定分析时，被广泛采用。对于含有N台发电机的电力系统，假定发电机采用经典二阶模型；发电机的输入机械功率保持恒定；负荷用恒定阻抗模拟；忽略系统阻尼。由于在同步坐标下进行暂态稳定直接法分析往往精度很差，实际分析通常采用惯量中心(center of inertia, COI)坐标系进行分析。I、系统惯量中心的定义惯量中心(center of inertia, COI)的等值转子角δ CQI定义为各发电机转子角δ i的加权平均值，权系数为Mi,即发电机的惯性时间常数，从而Scol(2)；
Mt m
N式中Mr
=1惯量中心等值角速度i^cqi定义为
I -V.. mCoi = TT-X ^( 3 )
7=1式中=COi为各发电机转子角速度与同步速的偏差，显然有^L = ra/。
at定义COI坐标下各发电机的转子角和转子角速度为
[Oi - δ - Scoi⑷
[iyJ = ωι — 03Coi对于i = 1，2...N，将各发电机运动方程作累加，并根据惯量中心的定义，导出惯量中心的运动方程为
M T^^ = ±(Pmi -Pxi) = PcoiΛ - …
dScol
.dt mi式中Prai为COI坐标下的加速功率，其值等于各发电机加速功率之和。II、COI坐标下N机系统的数学模型对于第i台发电机，将玛代入=⑷
dt根据惯量中心的运动方程，可得Mi^ = Pml-Pei-告Pca(I)
Jn另外可导出= ^ ;
Ul因此，COI坐标下各发电机的运动方程为
'M iHl. = P _ P —μ
「 ' dt mf a Mt CO! (/ = 1,2..JV)(8)ir '-}
(Wi
--=ω,
、dt
由于系统采用经典模型，将网络收缩到发电机内节点，上式中
权利要求
1.一种电力系统三相短路故障临界切除时间的在线求取方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤 (1)计算临界切除时间初值； (2)设置故障切除时间最大值和最小值； (3)用二分法搜索临界切除时间CCT； (4)判断是否找到临界切除时间CCT； (5)若没找到临界切除时间CCT，重新设置初值用传统方法计算； (6)若找到临界切除时间CCT，计算结束。
2.如权利要求I所述的在线求取方法，其特征在于，所述步骤(I)中，采用势能界面法计算临界切除时间初值t。!·；所述计算临界切除时间初值包括下述步骤 a、计算故障前潮流； b、计算持续故障下电力系统运行轨迹和每一时步系统势能Vp； C、每步计算后，判断势能Vp是否达到最大值； d、确定势能Vp最大值出现的时间，即临界切除时间CCT。
3.如权利要求I所述的在线求取方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述故障切除时间最大值和最小值用下述①式表示 min = tcr* (I-error), max = tcr* (1+error)①； 式中min是故障切除时间的最小值;max是故障切除时间的最大值；error是势能界面法的误差；tra是势能界面法计算得到的CCT初值。
4.如权利要求I所述的在线求取方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下步骤 i、计算暂态稳定分析的初始潮流； ii、设置计算步长Dt; iii、设置故障切除时间TeTe = (min+max)/2 ； iv、进行暂态稳定计算，判断Te处系统稳定性； V、若系统稳定则设定min = Te ;反之,设定max = Te ； vi、如此循环直至max-min在指定精度范围内。
5.如权利要求I所述的在线求取方法,其特征在于,所述步骤vi中,将区间max-min小于计算步长Dt设置为搜索终止条件。
6.如权利要求I所述的在线求取方法，其特征在于，所述步骤(4)中，通过记录计算结束时最小区间两端点max、min处的稳定情况判断计算是否成功，即判断是否找到临界切除时间CCT。
7.如权利要求I所述的在线求取方法，其特征在于，所述步骤(5)中，若两时间点min和max处电力系统都稳定则CCT计算失败,重新设置计算区间mm = max;mSx = 5 ； 若两时间点min和max处电力系统都失稳则CCT计算失败，重新设置计算区间η = ;mix = min ο
8.如权利要求I所述的在线求取方法，其特征在于，所述步骤(6)中，若时间点max处电力系统失稳，时间点min处电力系统稳定则计算成功。
全文摘要
本发明涉及一种在线求取方法，具体涉及一种电力系统三相短路故障临界切除时间在线求取方法。该方法包括下述步骤(1)计算临界切除时间初值；(2)设置故障切除时间最大值和最小值；(3)用二分法搜索临界切除时间CCT；(4)判断是否找到临界切除时间CCT；(5)若没找到临界切除时间CCT，重新设置初值用传统方法计算；(6)若找到临界切除时间CCT，计算结束。该方法在势能界面法(PEBS)误差范围分析的基础上，考虑直接法与时域仿真分析优势互补，在计算临界切除时间时，以PEBS法计算结果为初值，用时域仿真分析方法进行精确搜索，可同时满足精度和速度的要求。
文档编号H02H7/26GK102855382SQ201210236668
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者任玲玉, 田芳, 严剑峰, 于之虹, 苏峰 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司