一种基于失稳特征量的追加控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于失稳特征量的追加控制方法。该方法包括下述步骤：A、确定追加紧急控制目标及要求；B、确定运行方式和特征量定值，提出追加控制预判规则，生成追加控制策略表；C、测量及计算线路特征量，确定线路稳定状态；D、判定失步后，实施分级定时差按比例的追加控制；E、检测线路特征量变化情况，决定后续追加控制措施；F、确定系统稳定后完成追加控制任务；或者确定追加控制失败，停止追加控制任务。本发明提供的基于失稳特征量的追加控制方法在第二道防线和第三道防线之间，阻止一些第二道防线稳控措施失配和较严重故障引起的系统失步；具有原理简单、效果好、可操作性及实用性强的优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。
【专利说明】一种基于失稳特征量的追加控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统稳定控制【技术领域】，具体涉及一种基于失稳特征量的追加控 制方法。
【背景技术】
[0002]电网中设置的安全稳定控制措施规定了三道防线，其中第一道防线要求当发生短 路故障时由电力系统固有的控制设备及继电保护装置快速、正确地切除电力系统的故障元 件；第二道防线针对预先考虑的故障形式和运行方式，按预定的控制策略，采用安全稳定控 制系统(装置)实施切机、切负荷、局部解列等控制措施，防止系统失去稳定；第三道防线由 失步解列、频率及电压紧急控制装置构成，当电力系统发生失步振荡、频率异常、电压异常 等事故时采取解列、切负荷、切机等控制等措施，防止系统崩溃。
[0003]由事件触发的第二道防线稳控措施能够在故障发生之初即根据策略表找到与当 时运行方式和故障相匹配的控制措施并发出控制指令。由参数触发的第三道防线稳控措施 不针对具体的方式和故障，而是在判定失步或者测定系统频率或电压已经发生异常之后， 由判定或者测定结果触发控制装置实施相应的指令。
[0004]从故障发生至发展至系统失步或频率、电压异常有一个过程，除电厂失步外，通常 系统从故障到失步这个过程的时间都在秒级甚至更长的时间级别。于是，就提出了这样 一个问题:能否在第二道防线和第三道防线之间追加一道控制措施，减少系统失步的可能 性？至少从故障发生发展到系统失步经历的时间来看，是有足够的时间可以实施追加紧急 控制措施。
[0005]目前，国内外还没有对追加紧急控制进行过专门研究，在稳定判别和控制措施方 面可借鉴第二道防线和第三道防线的相关研究成果，但由于控制目的、要求和实施方法不 同，这些成果都不能完全或者大部分照抄，而是必须要研究适用于追加紧急控制的稳定判 别方法和控制措施追加方法，特别是可直接应用于电网运行的实用化方法。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于大区互联电网的追加控 制方法，目的是在第二道防线和第三道防线之间，阻止一些第二道防线稳控措施失配和一 些较严重故障引起的系统失步；本发明提供的基于失稳特征量的追加控制方法具有原理简 单、效果好、可操作性及实用性强的优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。
[0007]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0008]一种基于失稳特征量的追加控制方法，其改进之处在于，所述追加控制方法包括 下述步骤:
[0009]A、提出追加紧急控制目标及要求
[0010]B、确定线路特征量定值，提出追加控制预判方法，生成追加紧急控制策略表；
[0011]C、测量及计算线路特征量，确定线路稳定状态；[0012]D、判定失步后，实施分级定时差按比例的追加紧急控制；
[0013]E、检测特征量变化情况，决定后续追加控制措施；
[0014]F、确定系统稳定后完成追加控制任务；或者确定追加控制失败，停止追加控制任 务。
[0015]本发明提供的一种优选技术方案是:所述步骤A中提出追加紧急控制目标及要 求，追加控制设置于第二道防线和第三道防线之间，针对第二道防线稳控措施失配情况和 较严重故障(例如造成联络线断面失步的连锁故障)，通过实施追加控制措施，防止系统失 步，防止系统失步即为追加控制的目标及要求；所述追加控制的判据采用预判形式。
[0016]本发明提供的第二优选技术方案是:所述步骤B包括下述步骤:
[0017](I)根据离线仿真计算结果，以起动定值Pd划分运行方式区间；
[0018](2)根据离线仿真计算结果，确定起动定值、主判据定值和辅助判据定值三个特征 量定值；
[0019](3)提出追加控制预判规则；
[0020](4)生成追加控制策略表。
[0021]本发明提供的第三优选技术方案是:所述步骤B中提出基于失稳特征量的追加控 制判别规则如下:以起动定值Pd划分运行方式区间，当联络线功率波动峰值> Pd时，根据 联络线功率峰值时线路两侧电压乘积的大小U1U2及其变化率d (U1U2) /dt以及线路两侧电 压相角差S及其d S/dt预测联络线两侧电力系统是否需要采取追加控制措施；如果判定 需要采取追加控制措施，则发出实施追加控制的指令；
[0022]生成的追加控制策略表包括表中的大区电网联络线失稳特征量。
[0023]本发明提供的第四优选技术方案是:步骤C中将大区电网联络线失稳特征量归结 于三类:
[0024]第一类:联络线功率波动峰值Pmax，以此作为可能的有效追加和无效追加的判别 特征量。此特征量的判别定值Pd主要与运行方式和网架结构相关，当联络线功率波动峰值 高于定值，则认为有足够的时间实施追加控制措施，低于定值则认为失步速度快，不适于实 施追加控制措施。
[0025]第二类:联络线两侧相角差8及其变化率d S /dt。此特征量主要是考虑到如果系 统最终结果是失步，则联络线功率波动到峰值时，联络线两侧相角差应在一个定值附近。但 少数系统稳定情况下，联络线功率波动到峰值时，联络线两侧相角差也在这个定值附近。而 且，大量仿真计算表明，在稳定与失步之间，较难找到区分大部分稳或不稳结果的分界线； 比较而言，d 6 /dt要具有更好的区分度，对于大部分最终系统稳定情况，均有d S /dt < 0， 少部分情况下d S /dt > 0但数值较小。
[0026]因此，对于这一类的特征量，相角差S宜仅作为参考量，d 6 /dt可考虑作为判别量。
[0027]第三类:联络线两侧电压乘积U1U2及其变化率d (U1U2) /dt。对于联系较弱的大区 互联电网，当发生失稳故障后联络线功率波动到峰值时，两侧系统的无功支撑能力大都严 重不足，U1U2 < 0.7 (pu)以及d(UlU2) /dt < O。虽然部分稳定情况下亦有此特征，但在 稳定与失步之间，U1U2及其变化率d(UlU2)/dt这两个特征量的数值区分度还是较为明显。
[0028]因此，在大区互联电网中，可以将这一类的U1U2及其变化率d (U1U2) /dt作为预判是否失步的主要特征量。在设置定值时，还要考虑尽可能减少误判现象的发生，以及考虑其 它特征量S及其变化率d S/dt的辅助作用。
[0029]本发明提供的第五优选技术方案是:所述步骤C中，确定线路稳定状态包括下述 步骤:
[0030]I)测量相关特征量，确定与追加控制策略表中匹配的运行方式；
[0031]2)测量线路功率波动峰值Pmax，与追加控制策略表中定值进行比较，高于定值，则 实施追加控制措施；低于此定值，则认为失步速度快，不实施追加控制措施；
[0032]3)测量功率峰值时线路两侧电压Ul和U2，计算电压乘积U1U2及其变化率 d (U1U2)/dt，与追加控制策略表中定值进行比较，满足起动条件则进入下一步，否则返回步 骤2)；
[0033]4)测量功率峰值时线路两侧电压相角差S，并计算其变化率d 6 /dt,与追加控制 策略表中定值进行比较，满足定值则发出控制指令并且计数器清零，否则计数后返回步骤
3)或者步骤2)。
[0034]本发明提供的第六优选技术方案是:步骤D中，在判定失步后，实施分级定时差按 比例的追加紧急控制措施。
[0035]第二道防线稳控措施与第三道防线稳控措施都涉及到切机、切负荷、解列等，但在 起动这些措施的判据及起动方法上却有着本质区别:第二道防线是将特征量与控制策略表 进行比较，根据匹配情况发出控制指令给相应的稳控装置，实现对系统的控制。第三道防线 不需要与策略表进行比较，而是根据特征量定值直接触发相关装置，实现对系统的控制。
[0036]与第三道防线控制措施相比，基于失稳特征量的电网失步追加控制措施在判别方 法上类似，但在控制措施的起动方法上则有明显区别，也就是说，追加控制措施不应该是根 据状态量定值直接触发相关装置，实现对系统的控制。进一步的研究发现，基于失稳特征量 的追加控制措施可以借鉴第二道防线中控制策略表的控制方法，建立一个控制策略表，根 据测算的状态量及其变化趋势，从策略表中查找匹配的切机、切负荷等措施，在失步之前实 施控制操作，保证系统稳定。
[0037]制定第二道防线稳控策略时，应该适当留有裕度，此原则说明了应当尽量减少因 为措施不匹配导致系统失稳的风险。追加控制措施也应当遵循这一原则，首要的任务是 保证系统的稳定，具体而言，就是追加的控制量一定要足够大，追加控制的时间一定要足够 快。但是，即使基于失稳特征量的追加控制措施采用的是预判失步的方法，在判定时系统功 角差和电压还是到了失稳的边缘，必须采取大量的控制措施才能够使系统恢复到稳定运行 状态。与第二道防线稳控措施相比，不但措施量要大得多，而且有可能状态量的微小差别所 需要的措施量却有较大的差别。因此，为了使追加控制措施量留有裕度而一次性切除大量 机组或者负荷，则有可能会造成较大量的过切，而如果过切量过大，对系统稳定也会产生不 利影响。
[0038]本发明提供的第七优选技术方案是:所述步骤E中，提出了分级定时差按比例实 施追加控制的方法，并且在每轮追加控制之后，观测线路两侧电压的变化，如果d (U1U2) /dt 大于某定值，则停止继续追加，转入步骤F ;如果d(UlU2)/dt < 0且明显小于前一次追加后 的数值，表明系统正在加速失步，追加控制任务失败，亦停止继续追加，由第三道防线控制 措施对失步后的电网进行稳定控制；如果d(UlU2)/dt小于定值但大于前一次追加后的数值，说明追加控制有效，继续下一轮追加控制。
[0039]与现有技术相比，本发明达到的有益效果是:
[0040]本发明的目的在于提供一种适用于大区互联电网的追加紧急控制方法，目的是在 第二道防线和第三道防线之间，阻止一些第二道防线稳控措施失配和一些较严重故障引起 的系统失步，优点如下:
[0041]1、本发明提出了在电力系统第二道防线和第三道防线之间，实施追加紧急控制的 设想，使电网运行的三道防线防守更牢固、措施更严密，具有更高的可靠性和安全性。
[0042]2、本发明提出的基于失稳特征量的追加控制判别方法，能够快速判定需要实施追 加紧急控制的电网失步情况和临界稳定状况，为实施追加紧急控制提供了较充裕的时间。
[0043]3、本发明提出的分级定时差按比例实施追加控制方法具有追加过程可观测及可 控制的特点，使追加的控制量较为适宜，避开了目前尚无有效的方法较准确地计算出需要 实施追加控制量的难题。
[0044]4、本发明提供的基于失稳特征量的追加控制方法具有原理简单、效果好、可操作 性及实用性强的优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1是本发明提供的基于失稳特征量的追加控制方法流程图；
[0046]图2是本发明提供的“南电北送”5000MW方式，南阳-长治特高压线路功率扰动大 于6000MW且系统稳定情况中d(UlU2) /dt>0,占比80% (16)的示意图；
[0047]图3是本发明提供的“南电北送”5000MW方式，南阳-长治特高压线路功率扰动大 于6000MW且系统稳定情况中d S /dt < 0，占比80% (16)的示意图；
[0048]图4是本发明提供的“南电北送”5000MW方式，南阳-长治特高压线路功率扰动小 于6000MW且系统稳定情况中d(UlU2) /dt>0,占比86% (42)的示意图；
[0049]图5是本发明提供的“南电北送”5000MW方式，南阳-长治特高压线路功率扰动小 于6000丽且系统稳定情况中d S /dt < 0，占比73% (36)的示意图；
[0050]图6是本发明提供的“南电北送”5000MW方式，南阳-长治特高压线路功率扰动大 于6000MW且系统失稳情况中-0.20 < d(UlU2) /dt < -0.10，占比65% (11)的示意图；
[0051]图7是本发明提供的“南电北送”5000MW方式，南阳-长治特高压线路功率扰动大 于6000MW且系统失稳情况中d S /dt > 10，占比82% (14)的示意图；
[0052]图8是本发明提供的“南电北送”5000MW方式，南阳-长治特高压线路功率扰动小 于6000MW且系统失稳情况中d(UlU2) /dt < -0.20，占比100% (18)的示意图；
[0053]图9是本发明提供的“南电北送”5000MW方式，南阳-长治特高压线路功率扰动小 于6000MW且系统失稳情况中d S /dt > 10，占比100% (18)的示意图。
【具体实施方式】
[0054]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0055]图1是本发明提供的基于失稳特征量的追加紧急控制措施流程图，如图1所示，本 发明提供的基于失稳特征量的追加控制方法包括下述步骤:
[0056]A、提出追加紧急控制目标及要求:[0057]追加紧急控制不是在第二道防线和第三道防线之间又设置的一道完整防线，而是针对某些第二道防线稳控措施失配情况和一些较严重故障，通过实施追加控制措施，阻止系统失步。
[0058]追加紧急控制介于第二道防线和第三道防线之间，因此，在失稳判别方法上，首先，不能全部采用由事件触发的控制方式，否则就归入了第二道防线；并且，由于追加紧急控制研究的是多重严重故障以后系统的失步问题，如果以事故预想的方式进行研究，则不但事故集庞大，控制措施也可能复杂多变，不符合我国对三道防线稳控措施的配置原则。其次，因为追加控制的目标是防止系统失步，此类判据一定是预判形式的，否则，第三道防线的解列装置就会动作。
[0059]B、根据离线仿真计算结果，确定运行方式和特征量定值，提出追加控制预判规则， 生成追加紧急控制策略表:
[0060](I)根据离线仿真计算结果，以起动定值Pd划分运行方式区间；
[0061](2)根据离线仿真计算结果，确定起动定值、主判据定值和辅助判据定值等特征量定值；
[0062](3)提出追加控制预判规则:以起动定值Pd划分运行方式区间，当联络线功率波动峰值> P d时，根据联络线功率峰值时线路两侧电压乘积的大小UIU 2及其变化率 d(UlU2)/dt以及线路两侧电压相角差8及其d S/dt预测联络线两侧电力系统是否需要采取追加控制措施；如果判定需要采取追加控制措施，则发出实施追加控制的指令。
[0063](4)生成追加紧急控制策略表:包括表中的大区电网联络线失稳特征量，如下表1 所示:
[0064]表1基于失稳特征量预判定值
【权利要求】
1.一种基于失稳特征量的追加控制方法，其特征在于，所述追加控制方法包括下述步骤:A、确定追加紧急控制目标及要求；B、确定运行方式和特征量定值，提出追加控制预判规则，生成追加控制策略表；C、测量及计算线路特征量，确定线路稳定状态；D、判定失步后，实施分级定时差按比例的追加控制；E、检测线路特征量变化情况，决定后续追加控制措施；F、确定系统稳定后完成追加控制任务；或者确定追加控制失败，停止追加控制任务。
2.如权利要求1所述的追加控制方法，其特征在于，所述步骤A中，追加控制设置于第二道防线和第三道防线之间，针对第二道防线稳控措施失配情况和较严重故障，通过实施追加控制措施，防止系统失步，防止系统失步即为追加控制的目标及要求；所述追加控制的判据采用预判形式。
3.如权利要求1所述的追加控制方法，其特征在于，所述步骤B包括下述步骤:(1)根据离线仿真计算结果，以起动定值Pd划分运行方式区间；(2)根据离线仿真计算结果，确定起动定值、主判据定值和辅助判据定值三个特征量定 值；(3)提出追加控制预判规则；(4)生成追加控制策略表。
4.如权利要求3所述的追加控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的追加控制预判规则为:以起动定值Pd划分运行方式区间，当联络线功率波动峰值>起动定值Pd时，根据联络线功率峰值时线路两侧电压乘积的大小U1U2及其变化率d (U1U2) /dt以及线路两侧电压相角差S及其d S/dt预测联络线两侧电力系统是否需要采取追加控制措施；如果判定需要采取追加控制措施，则发出实施追加控制的指令；追加控制策略表中包括大区电网联络线失稳特征量。
5.如权利要求1所述的追加控制方法，其特征在于，所述步骤C中，线路特征量为大区电网联络线失稳特征量，包括:第一类:起动定值:联络线功率波动峰值Pmax，作为有效追加和无效追加的判别特征量;第二类:主判据定值:线路两侧电压乘积U1U2和线路两侧电压乘积变化率d(UlU2)/ dt，作为判断预判是否失步的主要特征量；第三类:辅助判据定值:线路两侧电压相角差8和电压相角差变化率d S/dt，线路两侧电压相角差仅作为参考量，电压相角差变化率d 6 /dt作为判别量。
6.如权利要求1所述的追加控制方法，其特征在于，所述步骤C中，确定线路稳定状态包括下述步骤:1)测量相关特征量，确定与追加控制策略表中匹配的运行方式；2)测量线路功率波动峰值Pmax，与追加控制策略表中定值进行比较，高于定值，则实施追加控制措施；低于此定值，则认为失步速度快，不实施追加控制措施；3)测量功率峰值时线路两侧电压Ul和U2，计算电压乘积U1U2及其变化率d(UlU2)/ dt，与追加控制策略表中定值进行比较，满足起动条件则进入下一步，否则返回步骤2)；4)测量功率峰值时线路两侧电压相角差δ，并计算其变化率d δ /dt，与追加控制策略表中定值进行比较，满足定值则发出控制指令并且计数器清零，否则计数后返回步骤3)或者步骤2)。
7.如权利要求1所述的追加控制方法，其特征在于，所述步骤D中，根据离线仿真计算确定的追加控制策略，实施分级定时差按比例的追加紧急控制。
8.如权利要求1所述的追加控制方法，其特征在于，所述步骤E中，在每轮追加控制之后，观测线路两侧电压的变化，如果d(UlU2)/dt大于停止追加控制的定值，则停止继续追加，追加控制任务完成；如果d (U1U2 )/dt < O且小于前一次追加后的数值，表明系统正在加速失步，转入步骤F，由第三道防线控制措施对失步后的电网进行稳定控制；如果d(UlU2)/ dt小于定值且大于前一次追加后的数值，说明追加控制有效，继续下一轮追加控制。
【文档编号】H02J3/18GK103560525SQ201310439533
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】吴丽华, 王青, 李晓珺, 林俊杰, 陈得治, 丁剑, 张志强, 马士英, 房大中, 孔祥玉, 赵帅, 张保会, 王怀远 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 天津大学, 西安交通大学