基于实时广义戴维南等值的暂态电压稳定判断方法
【专利摘要】一种应用于电力系统的基于实时广义戴维南等值的暂态电压稳定判断方法，根据电力系统暂态过程中各个时刻下的修正系统导纳矩阵Y′以及系统的电压、功率状态，得到对应时刻下节点功率方程的雅可比矩阵J及其逆矩阵J-1。进一步得到等值节点处节点电压变化量和负荷功率变化量之间的关系式，得到等值节点处负荷电流变化量和负荷功率变化量之间的关系式，然后得到对应时刻的戴维南等值阻抗，从而计算暂态电压稳定判断指标，用于电力系统离线分析和在线状态的跟踪与预警。本发明根据电力系统暂态过程中单个时间断面的状态计算当前的戴维南等值参数，从而判别系统是否发生暂态电压失稳，具有直观、准确的特点。
【专利说明】基于实时广义戴维南等值的暂态电压稳定判断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是ー种应用于电カ系统的数据判断方法，具体是ー种基于实时广义戴维南等值的暂态电压稳定判断方法。
【背景技术】
[0002]电カ系统暂态电压稳定指的是在短期内，电カ系统受到如线路故障、失去发电机或负荷等大扰动后系统所有母线保持稳定电压的能力。如何准确判断电カ系统发生暂态电压失稳仍是ー个需要解决的难题，目前我国普遍采用如下实用判据:当暂态过程中系统电压中枢点母线电压下降持续(一般为Is)低于限定值(一般为0.75p.U.)，就认为系统或负荷电压不稳定；反之，则系统或负荷电压稳定。该实用方法是在没有精确暂态电压稳定判别方法的情况下采用的一种权宜方法，缺乏理论支撑，且无法保证结果的准确性。
[0003]戴维南等值原理是线性电路中常用的一种简化分析方法，从上世纪90年代开始被引入到复杂电力系统的静态电压稳定分析中，具体思路是:将所要研究的负荷节点之外的系统看作是ー个等值电压源和ー个等值阻抗串联而成的简单电路，然后通过比较负荷阻抗与系统等值阻抗的模的大小来判断电压是否静态稳定，即所谓的等阻抗判据。理论上，该判据同样适用于暂态电压稳定性的判断，但前提是要能够实时跟踪计算暂态过程中每个时刻的戴维南等值參数。
[0004]经过对现有技术的检索发现，目前已存在多种戴维南等值參数跟踪算法，按照方法的原理思路大致可分为三类，且均存在各自的不足:1)基于本地状态监测或潮流计算的算法。该类算法利用运行点及其邻域点多个时间断面的状态数据，通过最小ニ乘回归等方法计算戴维南等值參数。其前提是假设运行点邻域内戴维南等值參数固定不变，因而存在參数漂移问题(《戴维南等值參数的漂移问题研究》，中国电机工程学报，2005，25(20):1-5)，虽然文献《节点戴维南等值參数在线跟踪简捷算法》(中国电机工程学报，2006，26(10):40-44)和中国专利(文献号CN103258103，
【公开日】2013.08.21)针对參数漂移问题做了改进，但仍未能从根本上改变基于多个时间断面的缺陷。2)基于全微分的算法。文献《基于全微分的戴维南等值參数跟踪算法》(中国电机工程学报，2009,29(13)，48-53)和《适应大扰动的电カ系统戴维南等值參数跟踪算法》(中国电机工程学报，2012，32 (22)，126-132)提出的该类方法考虑了不同运行点之间戴维南等值參数的变化，不存在參数漂移问题，但是对初值的依赖程度较高，初值设置得精确与否对后续计算结果影响较大。3)基于时域仿真的算法。文献《基于时域仿真的戴维南等值參数跟踪计算方法》(电机工程学报，2010,30 (34):63-68)和《受端系统暂态电压稳定机理研究》(博士论文，仲悟之，北京:中国电カ科学研究院，2008)提出的该类算法，对时域仿真过程中的每ー个时间歩，采用等值节点开路时的开路电压和短路时的短路电流相除得到戴维南等值阻杭。该类方法的问题在于直接将线性电路的结论应用于非线性的电カ系统，忽略了戴维南等值參数在这两种状态下的变化，因而存在一定的偏差。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于实时广义戴维南等值的暂态电压稳定判断方法，充分考虑电力系统的非线性特性，能根据电カ系统暂态过程中单个时间断面的状态计算当前的戴维南等值參数，从而判断暂态电压稳定性，克服了现有方法中基于多个时间断面而存在參数漂移，忽略负荷节点开路和短路时戴维南等值參数的变化而存在偏差，需要设定初值等不足。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的。本发明根据电カ系统暂态过程中各个时刻下的修正系统导纳矩阵V以及系统的电压、功率状态，得到对应时刻下节点功率方程的雅可比矩阵J及其逆矩阵广。由逆矩阵广进ー步得到等值节点处节点电压变化量和负荷功率变化量之间的关系式，由系统的电压、功率状态得到等值节点处负荷电流变化量和负荷功率变化量之间的关系式，再根据两种关系式计算对应时刻的戴维南等值阻抗值。然后由各个时刻的戴维南等值阻抗和等值节点处的负荷阻抗计算对应时刻的暂态电压稳定判断指标，用于电カ系统离线分析和在线状态的跟踪与预警。用于电カ系统报警装置的跟踪和预警。
[0007]整个技术方案可以通过软件实现，其应用场合主要有两种:ー是用于电カ系统的离线模拟，分析特定故障或扰动下电カ系统关键节点是否会发生暂态电压失稳，从而为相关部门确定运行方式、制定保护和安全控制策略提供有益參考。二是在条件成熟的情况下实现在线应用，安装于主要重要变电站，通过实时计算暂态电压稳定判断指标并监控其变化情况，及时在接近电压失稳之前发出预警，有利于电网运行管理部门正确采取相应的控制措施，保障电カ系统安全运行。
[0008]所述的修正系统导纳矩阵Y'的获得方法包括以下步骤:首先根据电カ系统暂态过程中某ー时刻t的网络參数，生成系统导纳矩阵Y ;其次，对等值节点以外的其余负荷节点进行处理，得到修正系统导纳矩阵Y'。
[0009]所述的处理方法为:恒功率负荷不作处理；恒电流负荷视为恒功率负荷；感应电动机负荷作为恒阻抗负荷处理；然后将系统中所有恒阻抗负荷归并到系统导纳矩阵Y的对应元素中得到修正系统导纳矩阵Y'。
[0010]所述的将恒阻抗负荷归并到系统导纳矩阵Y中的计算公式为Y' m=Ym+1/Zu，其中，下标L表示负荷，j为除等值节点以外的恒阻抗负荷节点的编号'Y'ゎ.和L分别为系统导纳矩阵Y和修正系统导纳矩阵V中的元素；ZU为恒阻抗负荷的阻抗值。
[0011]所述的得到等值节点处节点电压变化量和负荷功率变化量之间关系式的步骤包括:
[0012]I)将系统中所有节点的电压用直角坐标形式表示，根据修正系统导纳矩阵Y'、当前时刻系统各节点电压的幅值与相角，以及系统当前各节点的节点注入功率，计算生成当前状态下节点功率方程的雅可比矩阵J，并求逆得到广。其中，Ae、Af分别为节点电压实部和虚部的偏差向量，A P、AQ为节点注入有功功率和无功功率的偏差向量，AU2为发电机节点电压幅值平方的偏差向量，负号表示负荷功率与节点注入功率方向相反:
【权利要求】
1.一种基于实时广义戴维南等值的暂态电压稳定判断方法，其特征在于，根据电カ系统暂态过程中各个时刻下的修正系统导纳矩阵Y'以及系统的电压、功率状态，得到对应时刻下节点功率方程的雅可比矩阵j及其逆矩阵r1 ；由逆矩阵r1进ー步得到等值节点处节点电压变化量和负荷功率变化量之间的关系式，由系统的电压、功率状态得到等值节点处负荷电流变化量和负荷功率变化量之间的关系式，再根据两种关系式计算对应时刻的戴维南等值阻抗值；然后由各个时刻的戴维南等值阻抗和等值节点处的负荷阻抗计算对应时刻的暂态电压稳定判断指标，用于电カ系统离线分析和在线状态的跟踪与预警。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的修正系统导纳矩阵Y'的获得方法包括以下步骤:首先根据电カ系统暂态过程中某ー时刻t的网络參数，生成系统导纳矩阵Y ;其次，对等值节点以外的其余负荷节点进行处理，得到修正系统导纳矩阵V。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的处理方法为:恒功率负荷不作处理；恒电流负荷视为恒功率负荷；感应电动机负荷作为恒阻抗负荷处理；然后将系统中所有恒阻抗负荷归并到系统导纳矩阵Y的对应元素中得到修正系统导纳矩阵V。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的将恒阻抗负荷归并到系统导纳矩阵Y中的计算公式为Y' m=YJ1/Zu，其中，下标L表示负荷，j为除等值节点以外的恒阻抗负荷节点的编号；Y' M和Y?_分别为系统导纳矩阵Y和修正系统导纳矩阵Y'中的元素；Zu为恒阻抗负荷的阻抗值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的得到等值节点处节点电压变化量和负荷功率变化量之间的关系式的步骤包括: I)将系统中所有节点的电压用直角坐标形式表示，根据修正系统导纳矩阵Y'、当前时刻系统各节点电压 的幅值与相角，以及系统当前各节点的节点注入功率，计算得到当前状态下节点功率方程的雅可比矩阵J，并求逆得到J—1，其中，Ae、Af?分别为节点电压实部和虚部的偏差向量，AP、AQ为节点注入有功功率和无功功率的偏差向量，AU2为发电机节点电压幅值平方的偏差向量，负号表示负荷功率与节点注入功率方向相反:
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的等值节点处负荷电流变化量和负荷功率变化量之间的关系式如下式，其中，“*”表示共轭复数，4j为等值节点处负荷电流的变化量，a表示等值节点处的节点电压，/u表示等值节点处的负荷电流，Jl,由等值节点处当前的电压和注入功率计算得到:-
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的计算系统戴维南等值阻抗的方法为:令
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的计算暂态电压稳定判断指标的方法如下式，其中，i为等值节点的编号，CRIi为等值节点处的暂态电压稳定判断指标，ZLi为等值节点处的负荷阻杭，Zilhev为等值节点处的戴维南等值阻抗
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的判断暂态过程中电压稳定性的方式为:当CRIiX)时，暂态电压稳定；当CRIi=O时，暂态电压临界稳定；当CRIkO时，暂态电压失稳。
【文档编号】H02J3/00GK103606921SQ201310665410
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】赵建伟, 严正, 任曦骏, 张健, 张艳萍 申请人:上海交通大学, 中国电力科学研究院