一种电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统自动化技术领域，具体而言，本发明涉及一种电力系统不同 紧急控制措施性能指标的快速评估方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统暂态稳定紧急控制作为防止暂态失稳最有效的控制措施之一，已被广泛 的应用于电力系统实际运行中。电力系统紧急控制措施包括切除发电机（包括同步发电机 和风电/光伏）、直流输电功率紧急调制、集中切负荷、发电机强行励磁、汽轮机快速控制汽 门、串联或并联电容强行补偿、动态电阻制动等。传统的紧急控制一般采用切同步机和集中 切负荷的控制措施。近些年来，随着新能源的发展和高压直流输电线路的大量建设，切风 电/光伏和直流输电功率紧急调制这几种紧急控制措施也成为了有效的紧急控制手段。因 此，在电网发生严重故障后，可选的紧急控制措施变得多样化，在众多备选紧急控制措施中 快速选出性价比较高的紧急控制措施，对提高电力系统的暂态安全稳定性，提升控制的经 济性、有效性具有重要的意义。
[0003] -般在备选紧急控制措施一定的情况下，不同紧急控制措施的控制代价已知，因 此问题的关键在于不同紧急控制措施之间的性能比较。现有不同紧急控制措施的性能比较 方法主要包括：暂态能量裕度的灵敏度分析法、受控的微分一一代数系统灵敏度分析法、基 于脆弱割集的灵敏度分析方法和摄动法。但由于电力系统的强非线性，控制量对暂态稳定 的灵敏度求解十分复杂，甚至很难得到精确的解析表达式；虽然摄动法无需求解灵敏度的 解析表达式，但其计算量较大。因此，工程上主要利用综合电气距离、动态鞍点同步机的动 能等指标近似表示紧急控制措施的性能指标，其精度不高，甚至在某些情况下可能存在较 大的误差。
[0004] 基于此，本申请提出不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法，该方法基于扩 展等面积准则和系统仿真分析，可精确、快速计算不同紧急控制措施的性能指标，评价紧急 控制措施的性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是：为克服传统紧急控制措施性能指标计算方法的缺点，提供一种 电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法，实现精确、快速计算不同紧急控制 的性能指标。有益于改善电力系统的暂态安全稳定性，提电力系统运行的经济性和安全性。
[0006] 具体地说，本发明是采用以下的技术方案实现的，包括下列步骤：
[0007] 1)根据电力系统模型和参数、运行工况和预想故障，利用扩展等面积方法进行不 考虑控制措施的暂态功角稳定裕度量化评估，若此时的暂态功角稳定裕度大于0,则认为预 想故障发生后不需要实施相应的紧急控制措施，结束本方法，否则进入步骤2);
[0008] 2)根据预想故障的控制区间，按照控制措施类型搜索可能的切同步发电机措施、 切风电/光伏措施、切负荷措施和紧急直流功率调制措施，形成备选紧急控制措施集；
[0009] 选择备选紧急控制措施集中的第一个紧急控制措施作为待评估的紧急控制措施， 进入步骤3);
[0010] 3)针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施实施后紧急控制时刻系统中 各同步机的电磁功率；
[0011] 4)针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施下紧急控制时刻OMIB等值 机电磁功率与机械功率差的变化量；
[0012] 5)针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施的性能指标；
[0013] 6)判断备选紧急控制措施集中所有的紧急控制措施的性能指标是否都完全计算 完，若计算完则保存所有紧急控制措施的性能指标信息，结束本方法，否则依次选择下一个 紧急控制措施作为待评估的紧急控制措施，返回步骤3)进行下一个紧急控制措施的性能 指标的计算。
[0014] 上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤3)中，根据式（3)计算紧急控制措施 实施后紧急控制时刻同步机电磁功率：
【主权项】
1. 一种电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法，其特征在于，包括如下 步骤： 1) 根据电力系统模型和参数、运行工况和预想故障，利用扩展等面积方法进行不考虑 控制措施的暂态功角稳定裕度量化评估，若此时的暂态功角稳定裕度大于0,则认为预想故 障发生后不需要实施相应的紧急控制措施，结束本方法，否则进入步骤2); 2) 根据预想故障的控制区间，按照控制措施类型搜索可能的切同步发电机措施、切风 电/光伏措施、切负荷措施和紧急直流功率调制措施，形成备选紧急控制措施集； 选择备选紧急控制措施集中的第一个紧急控制措施作为待评估的紧急控制措施，进入 步骤3); 3) 针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施实施后紧急控制时刻系统中各同 步机的电磁功率； 4) 针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施下紧急控制时刻OMIB等值机电 磁功率与机械功率差的变化量； 5) 针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施的性能指标Y ; 6) 判断备选紧急控制措施集中所有的紧急控制措施的性能指标是否都完全计算完，若 计算完则保存所有紧急控制措施的性能指标信息，结束本方法，否则选择下一个紧急控制 措施作为待评估的紧急控制措施，返回步骤3)进行下一个紧急控制措施的性能指标的计 算。
2. 根据权利要求1所述的电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法，其特 征在于，所述步骤3)中，根据式（3)计算紧急控制措施实施后紧急控制时刻系统中各同步 机的电磁功率：
(3) 式（3)中，为紧急控制措施实施后紧急控制时刻系统中第k台同步机的电磁功率，E"jPE"d分别为d_q坐标下同步机q轴和d轴暂态电势，紧急控制时刻不发生突变；gK、 bK、bpgl、GK、BK、Gz分别为与同步机参数、发电机转子角相关的系数；G和f分别为 紧急控制措施实施后紧急控制时刻R-I公用坐标下同步机机端电压的实部和虚部，通过式 (2)求得： Ur = [Yr (2) 式（2)中，U'为实施紧急控制措施后的节点电压向量，I'为电力系统流入节点的电 流向量，Y'为电力系统导纳矩阵，I'和Y'根据将要实施的紧急控制措施直接获得，根据 U'得到同步机机端电压。
3. 根据权利要求2所述的电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法，其特 征在于，所述步骤4)中，紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量的计算 方法如下： 若待评估的紧急控制措施为切同步发电机措施，则根据式（9)计算紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量： (9) 若待评估的紧急控制措施为切风电/光伏措施，则根据式（13)计算紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量：
(13 ) 若待评估的紧急控制措施为切负荷措施，则根据式（15)计算紧急控制时刻0MIB等值 机电磁功率与机械功率差的变化量：
(15) 若待评估的紧急控制措施为紧急直流功率调制措施，则根据式（17)计算紧急控制时 刻OMTR等倌机电磁功銮与机械功銮差的变化量：
(17) 以上各式中，〇为不考虑紧急控制措施时0MIB等值机电磁功率与机械功率差，〇#为 实施紧急控制措施后0MIB等值机电磁功率与机械功率差，〇#-〇表示紧急控制时刻0MIB 等值机电磁功率与机械功率差的变化量； S和A分别表示临界群和余下群，S#表示实施紧急控制后的临界群； MjPMA分别为临界群和余下群惯量和，MT为所有同步机惯量和，Mg为被切除的同步机 惯量和； UPPu分别为不考虑紧急控制措施时临界群中第i台和余下群中第j台同步机的电 磁功率；和/^?分别为实施紧急控制后临界群中第i台和余下群中第j台同步机的电磁 功率，通过步骤3)中的计算获得； 若待评估的紧急控制措施为切同步发电机措施，则△匕为紧急控制时刻被切同步机电 磁功率和；若待评估的紧急控制措施为切风电/光伏措施，则△匕为紧急控制时刻被切风 力发电机输送到电网的有功功率和；若待评估的紧急控制措施为切负荷措施，则为紧 急控制时刻被切负荷的有功功率和。
4.根据权利要求3所述的电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法，其特 征在于，所述步骤5)中，根据以式（18)计算紧急控制措施的性能指标Y:
式（18)中，An为实施紧急控制前后系统稳定裕度的变化量；AP为紧急控制量;A3 为实施紧急控制后OMIB等值机增加的减速面积；^^为对应紧急控制措施下OMIB等值机的 加速面积，计算公式如下：
以上式中，为不实施紧急控制措施时故障切除时刻或稳定平衡点时刻等值机的转 子角速度；表示紧急控制时刻0MIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量，根据 待评估的紧急控制措施的类型在步骤4)中计算获得；为紧急控制时刻等值机转子角， SDSP为不实施紧急控制时动态鞍点时刻的转子角，为紧急控制后动态鞍点时刻的转 子角；a、b、c为相关系数、利用不实施紧急控制时动态鞍点时刻及其前两个时刻的仿真数 据二次拟合获得。
【专利摘要】本发明公开了一种电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明依据电力系统暂态计算模型、候选紧急控措施信息和一次不实施任何控制的时域仿真数据，直接计算实施不同候选紧急控制后紧急控制时刻同步机的电磁功率，从而快速确定紧急控制时刻不同紧急控制措施下单机无穷大等值机电磁功率与机械功率差的变化量；进一步基于扩展等面积法则，计算不同紧急控制措施下减速面积的增量，从而确定不同紧急控制措施的性能指标。本发明可用于离线紧急控制策略计算或在线预决策紧急控制措施计算，有益于不同紧急控制措施间的优化协调，改善系统暂态稳定性，提高电力系统运行的经济性和安全性。
【IPC分类】G06Q10-04, G06Q50-06
【公开号】CN104809512
【申请号】CN201410798155
【发明人】周野, 宋晓芳, 方勇杰, 薛峰, 周玲, 崔晓丹, 李吉晨
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司, 国家电网公司, 国网四川省电力公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年12月18日