专利名称：一种基于面积法则的输电网暂态电压稳定的判定方法
技术领域：
本发明涉及一种基于面积法则的输电网暂态电压稳定的判定方法，属于电网稳定控制技术领域。
背景技术：
目前，输电网暂态电压稳定判据主要分为两大类第一类按照暂态过程中电压低于某个阈值持续一段时间来进行判断(例如国家电网各系统采用“电压低于O. 8p. u.持续时间不超过I秒”，南方电网采用“电压低于
0.75p.u.持续时间不超过I秒”)。该类判据是依据实际系统运行经验或数值仿真经验得到的，在实践中易于采用和推广，为国内外大多数电网采用的方法。然而这种方法机理性不强，可靠性和准确性随着系统条件以及负荷条件的差异而变化，容易造成漏判和误判的情况。第二类在暂态过程中比较电磁转矩和机械转矩的大小，以及转子滑差和临界滑差的大小；二者综合得到稳定判据。该类判据中典型的是比较暂态过程中恢复电压最高点的电磁转矩和机械转矩以及转子滑差和临界滑差来进行判断，其规则较多，物理意义不够明确。由于电磁转矩是和滑差以及电压都相关的，在暂态过程中三者之间关系比较复杂，只是靠比较转矩或者滑差大小并不能完全准确的反映电动机失稳与否的物理本质；另外电磁转矩以及转子滑差是只能在离线计算中观测得到的变量，对模型的准确性依赖很高，因而不易在线推广。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于面积法则的输电网暂态电压稳定的判定方法，根据扰动发生后电动机负荷的有功功率的标么值计算电动机的加速面积和减速面积，通过比较加速面积和减速面积的大小以及电动机有功功率与扰动前的功率值之比较，对输电网暂态电压稳定性进行判断，以用于大电网暂态电压稳定的在线实时监测和控制。本发明提出的基于面积法则的输电网暂态电压稳定的判定方法，包括以下各步骤(I)利用离线负荷成份统计方法或在线负荷参数辨识方法，获取输电网负荷母线中恒阻抗负荷功率占输电网负荷母线总功率的比例Kz ；(2)分别测量输电网负荷母线的电压U、电流I和有功功率P ；(3)当输电网达到运行稳态时，将输电网负荷母线的电压、电流和有功功率的三个测量值分别记为u0、I0和Ptl ；(4)计算运行稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率Pmci,Pm0=P0X (1-Kz)；(5)实时测量输电网负荷母线电压，设定一个输电网负荷母线的电压阈值，将实时测量的输电网负荷母线电压与该阈值进行比较，若实时测量值小于阈值，则认定输电网发生故障，并进行步骤(6)，若实时测量值大于或等于阈值，则继续实时测量；(6)连续测量输电网负荷母线的电压，电流和有功功率，分别记录输电网负荷母线的电压、电流和有功功率U (η)、I (η)和P (η)；(7)计算故障发生后输电网负荷母线中恒阻抗负荷的有功功率匕⑷，Ρζ(η) = (Ρ0ΧΚζ) (U (n)/U0)2 ；(8)计算故障发生后输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率ΡΜ(η)，Pm (n) =P (n) -Pz (η)；(9)根据上述ΡΜ(η)和Pmci，计算输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd(η)和加速面积Sa (η)，计算方法如下:(9 -1)设加速面积和减速面积的初始值均为0，即Sa(O)=O, Sd(O)=O ；(9 - 2)分别对故障发生后输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率ΡΜ(η)和稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率Pmci进行比较，若Pm (n) ^ Pmci，则输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa(n) =Sa (n-1) +(PM(n)-Pmci) Λ t，输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd (n) =Sd (n-1)，若Pm (η) <ΡΜ0,则输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa (n) =Sa (n-1)，输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd (n) =Sd (n-1) + (Pmo-Pm (η)) At,其中△ t是两次采样之间的时间间隔；(10)根据实时测量的输电网负荷母线的电压U(n)和故障发生后输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率PM(n)，判断故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，判断过程如下:(10 — I)设定判 据:a:U (η) > 0.6pu, b:ΡΜ (η) <ΡΜ (η-1) <ΡΜ (η_2) <ΡΜ (η_3) >ΡΜ (η_4) >ΡΜ (η_5) >ΡΜ (η_6) >ΡΜ (η_7)，c:当前采样时刻距离输电网故障发生的时间间隔小于I秒；(10 - 2)若a满足，b不满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量；(10 - 3)若a不满足，b满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量；(10 - 4)若a不满足，b不满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量；(10 — 5)若a满足，b不满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束；(10 — 6)若a不满足，b满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束；(10 — 6)若a不满足，b不满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束；(10 - 7)若a满足，b满足，c满足或不满足，则判断第n_3个采样时刻为故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并进行步骤(11);(11)根据故障切除后的电动机有功功率曲线的极大值点处的输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa (η)、输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd (η)、输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率Pm (η)和运行稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率P ，对负荷母线的暂态电压稳定性进行判断，判断过程如下:(11 -1)计算输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa(η)和输电网负荷母线
V (/7)
中电动机负荷的减速面积Sd (η)的比面积值.^，设定比面积阈值Rra，取值为Rra=0.6 ；
\ V O
S (〃)(11 - 2)若满足PM(n_3)〈PMCI，或比面积值^&，则判断负荷母线发生暂态电压失稳；(11 - 3)若满足PM(n-3)>PMCI，且比面积值则判断负荷母线未发生暂态电压失稳。本发明提出的基于面积法则的输电网暂态电压稳定的判定方法，根据扰动后负荷母线中电动机的有功功率变化计算电动机的加速面积和减速面积，通过比较加速面积与减速面积的大小，以及扰动后电动机有功功率与扰动前电动机有功功率的大小，快速判断该负荷母线是否发生暂态电压失稳。本发明的判定方法，不单纯依靠扰动后负荷母线的电压作为判断暂态电压失稳的依据，而是测量扰动后负荷母线中电动机有功功率，用可测的电动机有功功率代替不可测的电动机电磁转矩，进行加速面积和减速面积的计算，综合加速面积/减速面和和电动机有功功率值两类数据对负荷母线的暂态电压稳定性做出判断。本发明方法通过提取扰动后电动机有功功率的变化特征来估计电动机滑差的变化趋势，据此判断负荷母线电压稳定性，是一种区别于现有工程判据的新方法。本发明判定方法，紧密结合包含电动机负荷和恒 阻抗负荷的负荷母线发生暂态电压的物理机理，电动机有功功率的变化特征反映了扰动中电动机减速和扰动切除后电动机加速过程中滑差的变化趋势，据此作出的负荷母线暂态电压稳定性判断，具有更高的准确度，可以避免单纯根据电压值作为失稳判据造成的误判和漏判。该方法具有物理意义明晰、实现简单、判断准确等优点。本发明所涉方法应用于输电网暂态电压稳定的在线实时监测和控制中，可以准确、快速判断扰动后负荷母线的暂态电压稳定性，为后续的校正控制提供有利条件。
图1是已有技术的输电网中包含恒阻抗和电动机的综合负荷模型示意图。图2是已有技术中感应电动机等效电路图。图3是感应电动机等效电路及其功率分布。图4是本发明方法的流程框图。
具体实施例方式本发明提出的基于面积法则的输电网暂态电压稳定的判定方法，其流程框图如图1所示，包括以下各步骤:(I)利用离线负荷成份统计方法或在线负荷参数辨识方法，获取输电网负荷母线中恒阻抗负荷功率占输电网负荷母线总功率的比例Kz，其中的离线负荷成份统计方法可以参考美国电科院的综合负荷软件里提供的方法，统计负荷母线下工业用电、商业用电、农业用电、居民用电等不同性质用电负荷功率在总负荷功率中占的比例，根据一套综合负荷等效累加的方法计算该负荷母线中恒阻抗负荷功率占输电网负荷母线总功率的比例Kz;在线负荷参数辨识方法则是根据负荷母线在电网扰动后输出电压、电流、有功、无功等数据的变化特征，采用模型辨识的方法，计算该负荷母线中恒阻抗负荷功率占输电网负荷母线总功率的比例Kz。(2)分别测量输电网负荷母线的电压U、电流I和有功功率P ；(3)当输电网达到运行稳态时，将输电网负荷母线的电压、电流和有功功率的三个测量值分别记为u0、10和Ptl ；(4)计算运行稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率Pmci,Pm0=P0X (1-Kz)；(5)实时测量输电网负荷母线电压，设定一个输电网负荷母线的电压阈值，将实时测量的输电网负荷母线电压与该阈值进行比较，若实时测量值小于阈值，则认定输电网发生故障，并进行步骤(6)，若实时测量值大于或等于阈值，则继续实时测量；(6)连续测量输电网负荷母线的电压，电流和有功功率，分别记录输电网负荷母线的电压、电流和有功功率U (η)、I (η)和P (η)；(7)计算故障发生后输电网负荷母线中恒阻抗负荷的有功功率匕(11)，Ρζ(η) = (Ρ0ΧΚζ) (U (n)/U0)2 ；(8)计算故障·发生后输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率ΡΜ(η)，Pm (n) =P (n) -Pz (η)；(9)根据上述ΡΜ(η)和ΡΜ(Ι，计算输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd(η)和加速面积Sa (η)，计算方法如下:(9 -1)设加速面积和减速面积的初始值均为0，即Sa(O)=O, Sd(O)=O ；(9 - 2)分别对故障发生后输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率ΡΜ(η)和稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率Pmci进行比较，若Pm(n) ^ Pmci，则输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa(n) =Sa (n-1)+ (Pm(n)-Pmci) Λ t，输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd (n) =Sd (n-1)，若Pm (η) <ΡΜ0,则输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa (n) =Sa (n-1)，输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd (n) =Sd (n-1) + (Pmo-Pm (η)) At,其中△ t是两次采样之间的时间间隔；(10)根据实时测量的输电网负荷母线的电压U(n)和故障发生后输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率PM(n)，判断故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，判断过程如下:(10— I)设定判据:a:U (η) > 0.6pu,b:Pm (η) <ΡΜ (η-1) <ΡΜ (η_2) <ΡΜ (η_3) >ΡΜ (η_4) >ΡΜ (η_5) >ΡΜ (η_6) >ΡΜ (η_7)，c:当前采样时刻距离输电网故障发生的时间间隔小于I秒；(10 - 2)若a满足，b不满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量；(10 - 3)若a不满足，b满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量；
(10 - 4)若a不满足，b不满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量；(10 — 5)若a满足，b不满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束；(10 — 6)若a不满足，b满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束；(10 — 6)若a不满足，b不满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束；(10 - 7)若a满足，b满足，c满足或不满足，则判断第n_3个采样时刻为故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并进行步骤(11);(11)根据故障切除后的电动机有功功率曲线的极大值点处的输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa (η)、输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd (η)、输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率Pm (η)和运行稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率P ，对负荷母线的暂态电压稳定性进行判断，判断过程如下:(11 -1)计算输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa(η)和输电网负荷母线.V (")
中电动机负荷的减速面积Sd (η)的比面积值
权利要求
1.一种基于面积法则的输电网暂态电压稳定的判定方法，其特征在于该方法包括以下各步骤: (1)利用离线负荷成份统计方法或在线负荷参数辨识方法，获取输电网负荷母线中恒阻抗负荷功率占输电网负荷母线总功率的比例Kz ； (2)分别测量输电网负荷母线的电压U、电流I和有功功率P; (3)当输电网达到运行稳态时，将输电网负荷母线的电压、电流和有功功率的三个测量值分别记为UciUc^P P。； (4)计算运行稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率Pmci,Pmo = P0X (1-Kz)； (5)实时测量输电网负荷母线电压，设定一个输电网负荷母线的电压阈值，将实时测量的输电网负荷母线电压与该阈值进行比较，若实时测量值小于阈值，则认定输电网发生故障，并进行步骤(6)，若实时测量值大于或等于阈值，则继续实时测量； (6)连续测量输电网负荷母线的电压，电流和有功功率，分别记录输电网负荷母线的电压、电流和有功功率U (η)、I (η)和P (η)； (7)计算故障发生后输电网负荷母线中恒阻抗负荷的有功功率匕(11)，匕(11)= (P0XKz)(U (n)/U0)2 ； (8)计算故障发生后输电 网负荷母线中电动机负荷的有功功率PM(n)，Pm(η)=P (n) -Pz (η)； (9)根据上述ΡΜ(η)和Pmci，计算输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd(n)和加速面积Sa (η)，计算方法如下: (9 -1)设加速面积和减速面积的初始值均为O，即Sa(O) =0，Sd(O) = O ； (9 - 2)分别对故障发生后输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率ΡΜ(η)和稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率P-进行比较，若Pm(H) ^ P ，则输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa(n) = Sa(n-1) +(PM(n)-Pmci) Λ t，输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd(n) = Sd(η-l)，若Pm(η) < Pmci，则输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa(n) = Sa(η-l)，输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd(n) = Sd(n-1)+ (Pmo-Pm(η))At，其中At是两次采样之间的时间间隔； (10)根据实时测量的输电网负荷母线的电压U(n)和故障发生后输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率PM(n)，判断故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，判断过程如下: (10 — 1)设定判据: a:U(η) > 0.6pu,b:PM(n) < Pm(n-1) < Pm(n-2) <PM(n_3) > Pm(n-4) >PM(n_5) > Pm(n-6) >PM(n_7),c:当前采样时刻距离输电网故障发生的时间间隔小于I秒； (10 - 2)若a满足，b不满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量； (10 - 3)若a不满足，b满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量； (10 — 4)若a不满足，b不满足，c满足，则判断负荷母线尚未达到故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并从步骤(6)开始重复，继续测量；(10 — 5)若a满足，b不满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束； (10 — 6)若a不满足，b满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束； (10 — 7)若a不满足，b不满足，c不满足，则判断负荷母线发生暂态电压失稳，判断流程结束； (10 — 8)若a满足，b满足，c满足或不满足,则判断第n-3个采样时刻为故障切除后负荷母线中电动机有功功率的极大值点，并进行步骤(11); (11)根据故障切除后的电动机有功功率曲线的极大值点处的输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa (η)、输电网负荷母线中电动机负荷的减速面积Sd (η)、输电网负荷母线中电动机负荷的有功功率Pm (η)和运行稳态时输电网负荷母线中电动机的机械负载功率Pmci,对负荷母线的暂态电压稳定性进行判断，判断过程如下: (11 -1)计算输电网负荷母线中电动机负荷的加速面积Sa(η)和输电网负荷母线中电S ,(η)动机负荷的减速面积Sd (η)的比面积值，设定比面积阈值Rra，取值为Rra = 0.6 ； (11 一 2)若满足ΡΜ(η-3)〈ΡΜ0，或比面积值&，则判断负荷母线发生暂态电压失稳； (11 - 3)若满足PM(n-3)>PMCI，且比面积值，则判断负荷母线未发生暂态电压失稳。
全文摘要
本发明涉及一种基于面积法则的输电网暂态电压稳定的判定方法，属于电网稳定控制技术领域。本发明判定方法，首先根据扰动后负荷母线中电动机的有功功率变化计算电动机的加速面积和减速面积，通过比较加速面积与减速面积的大小，以及扰动后电动机有功功率与扰动前电动机有功功率的大小，快速判断该负荷母线是否发生暂态电压失稳。本发明判定方法，具有物理意义明晰、实现简单、判断准确等优点。本发明方法应用于输电网暂态电压稳定的在线实时监测和控制中，可以准确、快速判断扰动后负荷母线的暂态电压稳定性，为后续的校正控制提供有利条件。
文档编号G01R31/08GK103076537SQ20121057270
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者袁志昌, 陆超, 李立理, 邵广惠, 徐兴伟, 侯凯元, 王钢, 贾伟, 夏德明, 岳涵, 吴远志, 周莹, 马新, 刘家庆, 刘永奇, 李泽宇 申请人:清华大学, 东北电网有限公司