一种电力系统暂态稳定性判定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力系统暂态稳定性判定方法，属于电力系统稳定分析和监测技 术领域。
【背景技术】
[0002] 负荷是电力系统的重要组成部分，负荷对于电力系统的稳定具有重要影响。随着 电网规模的不断扩大和电力大负荷的不断增加，诸如暂态电压稳定等与负荷直接相关的问 题日益突出。然而，目前在电网分析计算中缺乏可靠有效的负荷模型和参数，在实际应用 中，针对暂态电压稳定判断缺乏有效依据和科学方法，特别是在线应用场景中，相关问题尚 无合理解决方法。
[0003] 动静综合负荷模型是电力系统仿真计算、安全校验中广泛采用的一种负荷模型。 动静综合负荷模型由两部分组成，一部分是由恒阻抗负荷组成的静态负荷，一部分是由感 应电动机负荷组成的动态负荷。其中，感应电动机负荷在电力系统故障发生、发展过程中可 能会出现脱步现象，这是造成电力系统负荷失稳的主导原因之一。
[0004] 电力系统负荷具有时变性、非线性等特点，电力系统负荷参数辨识是电力系统长 期面临的经典难题。目前，针对负荷参数辨识方法以离线方法为主，尚无成熟的在线算法在 实际电力系统稳定判断中得到应用。
[0005] 现有的电力系统稳定分析以尚线静态分析为主，并未充分考虑电力系统负荷的动 态特性及其对于负荷稳定的影响。。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提出一种电力系统暂态稳定性判定方法，对电力系统动态过程进 行深入分析，使用合适的方法描述电力系统在故障中的暂态过程，并以此为基础给出电力 系统负荷稳定性判定方法该方法分析感应电动机的状态方程，结合电力系统量测特性，提 出了感应电动机简化模型，能够完整有效描述感应电动机模的动态特性，并针对简化模型 开发在线综合负荷模型参数辨识方法。
[0007] 本发明提出的电力系统暂态稳定性判定方法，包括以下步骤：
[0008] (1)将电力系统综合负荷模型简化成如下形式：
【主权项】
1. 一种电力系统暂态稳定性判定方法，其特征在于该方法包括以下步骤： (1) 将电力系统综合负荷模型简化成如下形式：
其中，p。。，Q _分别为电力系统综合负荷模型中的有功功率和无功功率，p。。"〇和Q __m〇分别为感应电动机部分的有功功率和无功功率，电阻R _和电抗X _为综合负荷模型中的 静态部分，电阻R_和电抗X。"相互串联，为X s，XjP X M分别为综合负荷模型感应电动机部 分的定子电抗、转子电抗、励磁电抗；Ptl和Qtl分别为综合负荷简化模型中的有功功率和无功 功率，Pmtl和Qmtl分别为综合负荷简化模型中感应电动机部分的有功功率、无功功率，电阻R 0和电抗Xtl为综合负荷简化模型的静态部分，电阻Rtl和电抗X 〇相互串联； (2) 上述电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分的状态方程为：
其中，Ed和E ,分别为综合负荷简化模型中感应电动机部分d轴和q轴的内电势，U ,与 Uq分别为综合负荷简化模型的d轴和q轴的端电压，s为综合负荷简化模型的感应电动机 部分的滑差，艮为综合负荷简化模型的感应电动机部分的转子电阻，为综合负荷简化模 型的感应电动机部分的暂态电抗，Stl为综合负荷简化模型感应电动机部分的稳态滑差，H为 综合负荷简化模型感应电动机部分的转子时间常数，取值范围为〇~100秒，f〇为电力系统 的频率基值，取值为50赫兹，； 根据上述综合负荷简化模型的感应电动机部分的状态方程，得到综合负荷简化模型的 待辨识参数集为： Θ = {H，Rr，X，，s0}; (3) 根据电力系统综合简化负荷模型的运行特性，得到电力系统综合负荷简化模型的 电流输出值为：
其中，Id和I q分别为上述综合负荷简化模型中d轴和q轴的电流，Ii1= Rc/(R/+X。2)， k2= X V (R/+X/)，Rtl和X ^为综合负荷简化模型的静态部分； 并得到综合负荷简化模型的有功功率P和无功功率Q :
其中，U为综合负荷简化模型的机端电压幅值； (4) 设电力系统故障发生前和故障发生后瞬间电力系统综合负荷简化模型的d轴电流 分别为IdCI和I dl，q轴电流分别为ItlCI和I 0，d轴端电压分别为Udtl和U dl，q轴端电压分别为 MP Uql，根据步骤⑶中的公式，得到Ic1值如下：
设电力系统发生故障后瞬间的电力系统综合负荷简化模型的有功功率SP1，并设电力 系统故障发生前和故障发生后瞬间的综合负荷简化模型机端电压为分别为队和U i，根据上 述综合负荷简化模型和匕值，计算得到电力系统故障发生前和故障发生后瞬间的综合负荷 简化模型感应电动机部分的有功功率分别为Pmtl和P ml:
(5) 设定一个矩阵A，
根据上述步骤（3)的综合负荷简化模型感应 电动机部分状态方程，得到综合负荷简化模型中感应电动机部分稳态无功功率为Qmtl如下：
根据上述得到的Qmtl，计算得到综合负荷简化模型的暂态电抗X':
并计算得到电力系统运行稳态时综合负荷简化模型感应电动机部分的d轴内电势Edtl和q轴内电势Eqtl如下：
(6) 根据上述步骤（3)，计算得到电力系统发生故障后瞬间的综合负荷简化模型的有 功功率导数为：
其中，
进而得到电力系统综合负荷 简化模型的初始化差Stl如下：
根据上述步骤（4)中电力系统综合负荷模型简化模型的稳态有功功率表达式和无功 功率表达式，得到电力系统综合负荷简化模型的转子电阻艮：
(7) 以幅值-相角形式，对电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分状态方程进 行改写如下：
其中，E表示综合负荷简化模型的感应电动机内电势幅值，δ为综合负荷简化模型的 感应电动机内电势相角； Ε、δ、Ed、Eq的关系式如下：
(8) 设定电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的暂态动能如下：
设定电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的暂态势能如下：
设定电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的能量函数V为暂态动能和暂态势 能的和，其表达式如下：
(9) 设电力系统在故障过程中电力系统综合负荷简化模型的机端电压与故障后瞬间 的机端电压一致，故障切除后机端电压与故障发生前一致，并设故障发生时刻时间t = 0。 根据上述步骤（7)中的电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的状态方程，计算电力 系统故障过程中综合负荷简化模型感应电动机部分的内电势幅值E(t)和相角δ (t)，并 根据上述步骤（8)中的公式，计算电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的暂态动能 Vk(t)、暂态势能Vp (t)和暂态能量函数V (t); (10) 从步骤（9)的计算结果中，得到电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分暂态 势能的最大值νρ_&; (11) 设切除电力系统故障的极限时间为t&，与该极限时间相对应的电力系统综合负 荷简化模型感应电动机部分的暂态能量函数为v(t&)，使得v(t&) = νρ_&; (12) 对电力系统的故障持续时间进行判断，若故障持续时间大于或等于则判定电 力系统不稳定，若故障持续时间小于t@，则判定电力系统稳定。
【专利摘要】本发明涉及一种电力系统暂态稳定性判定方法，属于电力系统稳定分析和监测技术领域。本发明方法对电力系统动态过程进行深入分析，使用合适的方法描述电力系统在故障中的暂态过程，并给出电力系统负荷稳定性判定方法。首先分析感应电动机的状态方程，结合电力系统量测特性，提出了感应电动机简化模型，完整有效描述感应电动机模的动态特性，并针对简化模型进行在线综合负荷模型参数的辨识，以李雅普诺夫方法为基础，分析综合负荷模型在电力系统故障过程中状态的变化，据此给出了极限切除时间和电力系统负荷失稳的相关判据。本方法能够快速的实现电力系统综合负荷模型的参数辨识及稳定性判断，同时保证较高的准确性和可靠性，满足在线应用的要求。
【IPC分类】H02J13-00, H02J3-00
【公开号】CN104852375
【申请号】CN201510264208
【发明人】于松泰, 张树卿, 才洪全, 华科, 于之虹, 严剑锋
【申请人】清华大学, 国网黑龙江省电力有限公司, 国家电网公司, 中国电力科学研究院
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月22日