一种基于量测信息的电网静态稳定态势量化评估方法与流程

本发明涉及一种电网运行状态评估领域，更具体涉及一种基于量测信息的电网静态稳定态势量化评估方法。

背景技术：
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近年来，全世界范围内发生了多起大停电事故，造成了巨大的经济损失和严重的社会影响。随着广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)在电网监视方面的应用，电网在线安全稳定监控系统逐渐成为防止大面积停电和电网崩溃的主要技术手段。由于当前在线监控系统大部分都是基于建模仿真和预想故障集的防控模式，受模型参数及数值计算等因素制约，其时效性无法满足在线安全防控要求。又由于电网绝大部分时间都运行在稳态或准稳态，为了充分利用WAMS广域量测信息，深入研究快速、简洁的大电网静态稳定快速评估方法，将具有重要的现实意义。

从传统定义上来看，功角稳定性与电压稳定性是电力系统稳定性的两个主要方面。早期，主要是将整步功率作为静态功角稳定判据，但该判据用于多机系统时，可靠性不强。随着众多学者的深入研究，又应际而生出许多新方法和新理论。如可采用描述函数分析多机电力系统的静态稳定性，建立了相应的多机系统模型及其分析方法，但多机系统建模比较复杂，实现起来比较困难。对于静态电压稳定的研究方法，主要是基于潮流的静态分析方法，如“P-V曲线”、“Q-V曲线”法、连续潮流法、最大功率法、潮流多解法、潮流雅可比矩阵奇异值法等。但上述方法基于网络模型需要经过大量复杂计算，不适宜电网在线应用。在基于量测信息的电压稳定在线评估研究方面：已在时间断面上利用PMU测量数据构造出了兀型支路电压稳定裕度指标；通过引入PV节点的灵敏度等效导纳基于WAMS系统实时测量数据，够造出了一种基于节点导纳矩阵形式的电压稳定实时分析方法等。但是，电力系统稳定是一个非常复杂的整体网络行为， 无论是静态功角稳定还是静态电压稳定，其实质都是从某种角度研究电网的输电能力。在新一代智能电网调度技术支持系统支撑下，亟需从统筹全局的角度，通过量测这一智能电网的“眼睛”，脱离系统的精确模型和参数，深入研究仅仅利用实时采集到的状态信息的大电网静态稳定性能的快速量化评估方法。针对以上问题，现区别于传统电网等效建模方法，在弹性力学空间中，将大电网所有的发电节点和负荷节点分别凝聚在一起，进而简单映射为一条虚拟“源网荷”弹性支路，构造出了能够统一衡量电网静态稳定性能的广义弹性系数。调度运行人员通过观测弹性系数曲线即可直观判断系统的静态稳定程度，方便其在紧急状态下快速采取相应安全稳定控制措施保障电网安全稳定运行。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种基于量测信息的电网静态稳定态势量化评估方法，可在线快速判别电网的静态稳定性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于量测信息的电网静态稳定态势量化评估方法，包括以下步骤：

(1)实时获取电网动态测量信息；

(2)根据所述测量信息统计大电网所有的发电节点和负荷节点并将所述发电节点和负荷节点凝聚在一起，进而将大电网映射为一条虚拟弹性支路；

(3)根据所述大电网的各节点数据，计算得到了电网总的映射弹性势能；

(4)根据等效后的单支所述虚拟弹性支路计算出等值模型中的等效相位差；

(5)确定支路弹性系数并通过所述支路弹性系数判断出电网静态与否。

所述步骤(1)的电网测量信息是通过WAMS系统实时获得的电网各同步相量测量单元PMU安装站点的动态测量信息。

所述步骤(2)根据力学原理，将大电网所有的发电节点和负荷节点凝聚在一起，进而映射为一条虚拟弹性支路。

所述步骤(3)根据公式)计算求出电网总的映射弹性势能；

其中，Pi为节点的注入有功、δ_i为节点的注入有功和相位。

所述步骤(4)等效后的单支虚拟弹性支路是以源网荷形式对大电网进行了简化，脱离了对电力系统精确模型和参数的限制，并利用公式计算出等值模型中的等效相位差；

其中，P_L∑bot为等效总负荷。

所述步骤(5)通过公式计算得到大电网的静态稳定广义弹性系数；

其中，，ΔP_bot为负荷有功偏差，Δδ_eq为相位角偏差

根据弹簧支路静态稳定判据判断出电网静态与否；若电网的静态稳定广义弹性系数为正，则电网是静态稳定的；若电网的静态稳定广义弹性系数为负，则电网处于静态失稳状态。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案借鉴力学空间结合WAMS系统的高精度高密度采集数据，实现了大电网静态稳定快速评估；

2、本发明技术方案在力学空间中将大电网映射为一条“源网荷”模型，摆脱了对系统精确模型和参数的依赖，利用WAMS实时数据可以计算求得电网弹性映射总势能以及等值模型中的等效相位差；

3、本发明技术方案提出的电网静态稳定性能快速量化评估判据，即广义弹性系数，能够实现在线快速判别电网的静态稳定性能；

4、本发明技术方案完全借助了WAMS系统的现有信息，避免了各类等效参数辨识环节及不确定因素的影响，具有较大的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明的电网等效弹性支路图；

图3为本发明根据某省级电网量测信息验证得到的等效电网映射广义弹性系数曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-3所示，本例的电网静态稳定快速评估方法，基于广域测量系统WAMS的信息源优势以及力学空间中静态稳定的物理概念；所述方法包括以下步骤：

(1)从WAMS系统实时获取电网动态测量信息；

(2)借鉴运动力学空间原理将大电网所有的发电节点和负荷节点分别凝聚在一起，进而将大电网简单映射为一条虚拟弹性支路；

(3)再次利用统计出的大电网发电各节点数据，利用公式)得到了电网总的映射弹性势能；

(4)等效后的单支虚拟弹性支路是大电网“源网荷”的体现，此时根据公式可以计算出等值模型中的等效相位差；

(5)支路弹性系数为正且不发生弹性突变的弹簧支路就是静态稳定的。同理，对于电网而言，只要根据公式计算出电网的静态稳定广义弹性系数，即可快速判断出电网静态与否。若电网的静态稳定广义弹性系数为正，电网则 是静态稳定的，反之亦然；

所述步骤(1)电网测量信息是通过WAMS系统实时获得的电网各同步相量测量单元(PMU)安装站点的动态测量信息。

所述步骤(2)根据力学原理，将大电网所有的发电节点和负荷节点分别凝聚在一起，进而简单映射为一条虚拟弹性支路。

所述步骤(3)再次利用上述统计出的大电网各节点信息，根据公式)求得电网总的映射弹性势能。

所述步骤(4)等效后的单支虚拟弹性支路是以简单的“源网荷”形式对大电网进行了简化，脱离了对系统精确模型和参数的限制，可利用公式计算出等值模型中的等效相位差。

所述步骤(5)借鉴弹簧支路静态稳定判据，即：支路弹性系数为正且不发生弹性突变的原理，通过公式计算大电网的静态稳定广义弹性系数的正负，既可快速判断出电网静态与否。若电网的静态稳定广义弹性系数为正，电网则是静态稳定的，为负，电网则处于静态失稳状态。

所述映射弹性网中支路受力方向相同，且节点受力满足矢量和为0，与电网基尔霍夫第一定律相似，所求电网映射弹性总势能可根据各节点的注入有功功率和相位有关。

功角稳定与电压稳定只是对电网稳定性研究的侧重点不同，静态功角稳定问题着重研究发电机的稳定问题，静态电压稳定则重点探讨负荷的稳定性问题。在广域测量环境下，电网运行状态是一种“源-网-荷”相互作用的整体行为体现，基于量测信息的电网整体稳定性能评价是当前重点研究内容。因而，功角稳定 与电压稳定不再区别探讨，而是耦合在一起构成了电网整体柔性耦合模型。

弹力系统中稳定性的概念是相对平衡状态而言的。当考虑给定的平衡状态受到一小扰动后，系统是能回到它原来的状态还是趋向于离开它原来的状态，前者是稳定的，后者则是不稳定的。对于一条弹簧支路而言，只要其支路弹性系数为正且不发生弹性突变，那么则可认为该支路就是静态稳定的。对于整个弹性系统而言，若每条弹簧支路都是静态稳定的，则可判断该系统就是静态稳定的。因此，将电网映射到弹性力学空间中，电网中每一条支路可类比为弹性系统中一条弹簧支路，广义弹性系数K_bs实质上是全网各条支路弹性系数的等效，通过判断该支路的广义弹性系数是否大于0，即可判断该支路是否静态稳定。

最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。