一种基于广域响应的地区电网暂态稳定在线综合预判方法与流程

本发明属于暂态稳定预判分析领域，特别涉及一种基于广域响应的地区电网暂态稳定在线预判的方法。

背景技术：

随着电网规模日益扩大，运行状态随机多变，国内外发生了多起严重的电网安全稳定事故，这些经验教训加深了对电网稳定性分析控制技术措施的深入研究。基于广域测量系统的发展使得暂态分析控制技术能运用实时测量信息，通过对已有模型的改进分析，能在一定程度上提高系统失稳预警的可靠性和快速性，降低大扰动造成系统解列或大面积停电事故的可能，提高系统稳定性。

目前，暂态稳定判别技术的研究发展迅速，针对暂态稳定判据计算和改进得研究较多。其中，功角类门槛值判据准确性高，但是所需要的系统内机组功角信息要求较高，判别时间较长，一般作为判别结果分析的参照。基于相平面轨迹凹凸性的判据利用实测的角速度和功角信息进行微分运算，能相对快速地判断系统暂态稳定性，但是凹凸性判据的计算要基于准确的机组分群等值，且算法本身的微分过程易扩大误差，误判可能性较大。基于扰动后的电压轨迹积分判据利用故障后电压下坠过程与功角变化的映射关系，以电压积分结果判断系统暂态稳定状态，不需要机组分群，避免了分群不准确造成的错判情况，但某些极端故障会使电压下坠过快，造成积分时间很短，影响判别。

为了克服上述方法的不足以及实现暂态稳定准确判别和快速判别的要求，本发明专利提出了基于广域测量系统(wideareameasurementsystem,wams)数据的地区电网暂态稳定在线综合预判方法，通过电压轨迹积分和相平面轨迹凹凸性两种算法的有效配合，提高系统暂态稳定预判的准确性和快速性。

技术实现要素：

本发明的目的是改进地区电网暂态稳定在线预判的方法，需要综合考量在线预判的可靠性和快速性要求，确定合适的暂态判稳方法，提高地区电网暂态稳定系统的响应速度。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于广域响应的地区电网暂态稳定在线综合预判的方法，包括以下步骤：

步骤一、基于广域测量系统实测信息，提取地区电网暂态稳定在线预判所需的数据；

步骤二、根据提取的电压、电流数据，采用基于电压轨迹积分的暂态稳定性判别方法进行地区电网暂态稳定初判；

步骤三、将子站量测数据和暂态稳定初判结果上传至该地区电网的主站，判断是否需要采用基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法进行进一步计算；

步骤四、结合子站上传的电压轨迹积分暂态稳定判据计算结果，进行机组分群，对电压陡降情况下的暂态稳定情况采用基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法进行暂态稳定判别，综合两种方法判断结果，给出该地区电网的最终暂态稳定预判结果。

进一步，所述步骤一中，对地区电网的所有子站进行比较分析，确定该地区暂态稳定预判的观测子站，通过安装在各观测子站的同步相量测量模块测得基于gps时间基准的同步时钟的相关电气量信息，提取其中的电压、电流、发电机角速度、功角、电磁功率、机械功率数据，送入各子站数据集中器。

进一步，所述步骤二中的基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法，根据提取的电压、电流数据，以量测点电压在电流上的投影ucosφ作为振荡中心电压进行地区电网暂态稳定判据计算。

进一步，所述步骤三中，所述判断是否需要采用基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法进行进一步计算的具体方法是：综合考虑当前测得的电压值和基于改进电压轨迹积分的子站暂态稳定判别结果，在电压测量值不满足电压轨迹积分判据有效判断的起始积分电压范围，以及电压陡降影响电压轨迹积分结果准确性的情况时，判定需要继续进行机组分群和采用基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法进行进一步暂态稳定判别。

进一步，所述步骤四中，根据子站测得的发电机角速度、功角、电磁功率、机械功率数据，结合子站上传的电压轨迹积分暂态判据计算结果，进行机组分群和采用基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法进行暂态稳定判别，综合两种方法判断结果，给出该地区电网的最终暂态稳定预判结果。

与现有技术相比，其显著优点为：

1)使计算所用的电压进一步靠近振荡中心，降低了时变性对电压轨迹法暂态判稳的影响；

2)基于电压轨迹法结果的机组分群准确性更高，提高了基于相平面轨迹凹凸性的暂态判稳结果的准确性；

3)在电压轨迹积分法暂态判稳的基础上，以相平面轨迹凹凸性判据进行进一步校验，降低电压陡降等情况对电压轨迹法暂态预判结果的影响，提高整体地区电网暂态稳定预判的可靠性。

附图说明

图1是本发明基于广域响应的地区电网暂态稳定在线综合预判方法的流程图；

图2是本发明地区电网的网络拓扑图；

图3是本发明地区电网子站暂态稳定在线预判原理结构图；

图4是本发明地区电网主站暂态稳定在线预判原理结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明提出一种基于广域响应的地区电网暂态稳定在线综合预判方法，包括以下步骤：

步骤一、基于广域测量系统实测信息，提取地区电网暂态稳定在线预判所需的数据；

步骤二、根据提取的电压、电流数据，采用基于电压轨迹积分的暂态稳定性判别方法进行地区电网暂态稳定初判；

步骤三、将子站量测数据和暂态稳定初判结果上传至该地区电网的主站，判断是否需要采用基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法进行进一步计算；

步骤四、结合子站上传的电压轨迹积分暂态稳定判据计算结果，进行机组分群，对电压陡降情况下的暂态稳定情况采用基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定性判别方法进行暂态稳定判别，综合两种方法判断结果，给出该地区电网的最终暂态稳定预判结果。

进一步，步骤一中，对地区电网的所有子站进行比较分析，确定该地区暂态稳定预判的观测子站，通过安装在各观测子站的同步相量测量模块测得基于gps时间基准的同步时钟的相关电气量信息，提取其中的电压、电流、角速度、功角、电磁功率、机械功率数据，送入各子站数据集中器。

进一步，步骤二中，根据提取的电压、电流数据，进行基于电压轨迹积分的地区电网暂态稳定判据计算。基于电压轨迹法的暂态失稳量化方法，通过带权值的固定点电压对时间积分，并加权电压下降速率来判断系统的暂态稳定性。考虑到电压积分判据的准确性依赖于功角与振荡中心电压的映射关系，而振荡中心电压会受到系统运行方式、故障及其他复杂调节机制等因素的影响。为提高积分判据的准确性，将原来的固定点电压用该电压在电流上的投影ucosφ代替，得到地区电网子站暂态稳定在线预判判据如式(1)所示：

其中，ucosφ(t)为t时刻的采样电压在电流上的投影；vu为积分起始时刻t0的起始电压设定值，tend为积分终止时刻，r为电压轨迹对时间的积分值，t为采样时间，φ是量测点的功率因数角。

当积分值r大于预先设定的门槛值时，判定子站暂态失稳。门槛值一般根据临界稳定轨迹下的最大积分值确定。

进一步，步骤三中，综合考虑当前测得的电压值和基于改进电压轨迹法的子站暂态判稳结果，若子站判断失稳，且电压测量值不满足电压轨迹积分判据有效判断的起始积分电压范围，并有电压陡降的情况，即满足式(2)条件时，判断需要继续进行机组分群和基于相平面轨迹凹凸性的暂态判稳。

式中，v(t)为t采样时刻电压，δv(t)＝v(t)-v(t-t)为采样点相邻采样时刻前后电压变化量，α为与电压降幅有关的系数，通常根据经验取10。

进一步，步骤四中，根据子站测得的i号发电机角速度ωi、功角δi、电磁功率pei、机械功率pmi数据，结合子站上传的电压轨迹积分暂态稳定判据计算结果r2，根据式(3)进行机组分群，得到等值两机系统。ωs、δs、ms、pes、pms分别表示超前群s的发电机角速度、功角、惯性时间常数、电磁功率和机械功率，ωa、δa、ma、pea、pma分别表示滞后群a的发电机角速度、功角、惯性时间常数、电磁功率和机械功率。

其中，

再将两机系统根据式(4)等值为单机无穷大系统，得到等值单机系统的发电机角速度ωeq、功角δeq、惯性时间常数meq、电磁功率机械功率

其中，

利用上述等值参数，依据式(5)计算得到等值单机系统的角速度功角轨迹曲线斜率k为

进而计算得到角速度功角曲线相轨迹凹凸性变化趋势，即不稳定判据τ为

τ＝k(t)-k(t-1)(6)

其中，t表示采样的时刻。

考虑到发电机励磁调节、频率调节等非自治因素的存在，多机系统等值后的电磁功率和功角不再是严格的正弦函数关系。为此，考虑功角曲线的拐点曲线随时间的变化量为

其中，进而计算得到多机系统的辅助判据μ为

得到多机系统的暂态失稳判据为

τ＞0且μ＞0(9)

根据式(3)和(4)在地区电网主站进行机组分群等值系统参数的计算，然后根据式(5)～(8)计算等值单机无穷大系统的角速度功角曲线相轨迹凹凸性判据值，根据式(9)判断地区电网暂态稳定状态。综合步骤二到步骤四的暂态判稳结果，给出该地区电网的最终暂态稳定预判结果。

图1是本发明基于广域响应的地区电网暂态稳定在线综合预判方法的流程图，图中：提取暂态稳定判别所需数据为基于广域测量系统实测信息，提取地区电网暂态稳定在线预判所需的数据；地区电网暂态稳定初始预判为根据提取的电压、电流数据，进行基于电压轨迹积分的地区电网暂态稳定初判；地区电网暂稳初判结果分析为将子站量测数据和暂态稳定初判结果上传至该地区电网的主站，分析判断是否需要进一步进行基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定判据计算；地区电网暂态稳定综合预判为结合子站上传的电压轨迹暂态判据计算结果，对电压陡降情况下的暂态稳定情况进行机组分群和基于相平面轨迹凹凸性的暂态判稳，并给出该地区电网的暂态稳定综合预判结果。

为阐述本发明的方案，下面给出一个具体实施例：

步骤一、基于广域测量系统实测信息，提取地区电网暂态稳定在线预判所需的数据。地区电网的线路结构图如图2所示，为某地220kv电网的部分结构。观测主站设在1点。故障设置如表1所示。

表1故障设置列表

步骤二、观测子站结构如图3所示，从数据集中器提取测得的电压、电流数据，根据式(1)进行基于电压轨迹积分的地区电网暂态稳定初判。

步骤三、将子站量测数据和暂态稳定初判结果通过通信模块上传至该地区电网的主站，根据式(2)判断是否需要进一步进行基于相平面轨迹凹凸性的暂态稳定判据计算；

步骤四、根据子站测得的发电机角速度、功角、电磁功率、机械功率数据，结合子站上传的电压轨迹积分暂态稳定判据计算结果，根据式(3)～(9)进行机组分群和基于相平面轨迹凹凸性的暂态判稳，综合两种方法判断结果，给出该地区电网的最终暂态稳定预判结果。

通过仿真分析，得到该地区电网基于广域响应的暂态稳定预判结果，以最大功角差判据结果为基准参考，给出电压轨迹积分法、相平面轨迹凹凸性法和本专利综合预判方法判稳结果和具体判断失稳的时间(周波)如表2所示。

表2地区电网暂态稳定判别结果

从仿真结果可以看出，虽然电压轨迹法判别速度较快，但在某些极端故障下存在误判漏判的可能，相平面轨迹凹凸性判据也存在误判的可能，而改进得综合预判方法结合了两种方法的优点并在一定程度上互相弥补不足，提高了暂稳判别结果的准确性，同时维持了相对较快的判别速度。

本发明所提出的基于广域响应的地区电网暂态稳定在线综合预判方法，综合电压轨迹积分法和相平面轨迹凹凸性法的优点，降低了电压陡降等极端情况下单一判据造成的误判漏判的可能，提高整体地区电网暂态稳定预判的可靠性，对地区电网的稳定运行有一定的指导意义。