一种大电网安全稳定追加紧急控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种大电网安全稳定追加紧急控制方法，大规模电力系统故障过程中，该方法采用区域投影能量函数方法实现安全稳定控制决策中追加紧急控制，使区域电网在电力系统发生故障情况下实现追加控制成为可能，提高了电力系统分析效率和电力系统的安全性。本方法采用将多维发电机角度系统投影到旋转的一维坐标轴系统上，提取出表征系统发电机运动的投影动能曲线，并计算能够表征电力系统的不稳定程度的最小投影动能，能够为电力系统紧急控制提供重要依据。本方法避免了以往混合算法的伪故障持续轨迹积分过程，并能够定量的给出各采样状态暂态稳定性的稳定水平和安全裕度；满足了对电力系统信息实时性的需求。
【专利说明】一种大电网安全稳定追加紧急控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电力系统大电网安全稳定控制中的暂态稳定性分析、故障状态下的稳定控制决策领域，特别涉及一种大电网安全稳定追加紧急控制方法。
【背景技术】
[0002]当电力系统的输电线路发生三相短路故障等大的扰动后，需要采取相应的紧急控制保证各个发电机组之间的功角同步运行，即保证电力系统的功角暂态稳定性。作为能够有效提高电力系统功角暂态稳定性的一种紧急控制措施，切机控制成为一个热门的研究方向并获得广泛的应用。切机控制策略可以通过各种在线暂态稳定分析方法进行计算，包括时域仿真方法和暂态能量函数方法等。其中，时域仿真方法能够考虑电力系统中各种复杂元件的数学模型，模拟复杂的电力系统故障，因此该方法一直是离线计算的最可靠和有效的方法之一。但是，传统的时域仿真方法在线应用时受到计算时间复杂度的限制，且只能提供定性分析无法进行定量计算。暂态能量函数方法作为电力系统暂态稳定评估与紧急控制的方法能够定量度量电力系统的稳定裕度和不稳定程度，适合于对电力系统关键参数的灵敏度分析、紧急控制措施的制定以及电力系统极限参数的快速计算。文献[I]提出利用故障中和故障后发电机的电磁功率修改预设的临界能量，实现在线确定暂态能量并进行稳定控制。文献[2]、[3]分别利用不稳定平衡点(UEP)法和势能界面(PEBS)方法确定临界能量，通过计算出的暂态能量裕度灵敏度指导切机操作。文献[4]则基于稳定措施引起的UEP位移在稳定域边界外法向量方向上的线性投影来表征控制灵敏度并制定相应的切机控制策略。但是，传统的暂态能量函数方法在处理复杂模型的能力方面局限在发电机经典二阶模型、恒阻抗负荷模型等相对简单的元件模型，对实际电力系统的分析计算可能存在误差。
[0003]目前，电力系统在线安全稳定性分析与控制通常采用“离线决策在线控制”的方法。这类方法基于预先设定好的运行方式和故障类型，通过时域仿真方法或暂态能量函数等方法生成对应的暂态稳定控制策略。传统制定策略的方法在线实际应用时往往会遇到“方式失配”和“故障失配”问题。其中，方式失配通常指离线制定的安控措施量不够的问题，如未考虑到的恶化电力系统稳定性的方式或当前方式下可供切除的机组少于策略表中拟切除值。故障失配是指控制系统紧急动作时出现的问题，如安全稳定控制装置下达命令过程中因安控系统的原因导致部分执行切除命令的机组发生拒动的现象。如果仍然采用离线制定的策略表进行紧急控制处理上述问题，可能会导致电力系统失去暂态稳定性。
[0004]因此，制定紧急控制策略的方法在线运用时需要对偶然事故进行高可靠性的分析及快速计算，并具备对“方式失配”和“故障失配”的快速处理能力。而具备处理这两种失配方式的追加紧急控制方案尚未见报道。
[0005]参考文献
[0006][I]Y.0hura, et al.Development of a Generator Tripping System forTransient Stability Augmentation Based on the Energy Function Method.1EEETrans, on Power Delivery,1986, PWRD-1(3):68-77.[0007][2]V.Vittal, E-Z.Zhou, A.A.Fouad.Derivation of stability limits usinganalytical sensitivity of the transient energy margin, IEEE Trans, on PowerSystem,1989,4(4):1365-972.[0008][3]H.C.Chang, H.C.Chen.Fast determination of generation-shedding intransient-emergency state.1EEE Trans, on Energy Conversion,1993,8(2): 178-183.[0009][4]吴艳桃，吴政球，匡文凯，等.基于单机等面积的暂态稳定切机切负荷策略及算法[J].电网技术，2007,31(16):88-92.
【发明内容】
[0010]本发明提供了一种大电网安全稳定追加紧急控制方法，本发明使区域电网在电力系统发生故障情况下实现追加控制成为可能，提高了电力系统的暂态稳定性，详见下文描述:
[0011]一种大电网安全稳定追加紧急控制方法，所述方法包括以下步骤:
[0012](I)提取数据采集与监视控制系统SCADA\EMS所监测区域内的电力系统实际运行状态数据信息，并确定电力系统的运行点；
[0013](2)基于电力系统安全稳定控制中的离线控制策略表生成严重故障集F={fk|k=l，2...n}，fk 为严重故障；
[0014](3)提取严重故障fk并基于无离线控制策略条件进行时域仿真，计算第一最小投影动能PKEmin，依据时域仿真结果判定电力系统是否保持功角暂态稳定性，如果电力系统保持稳定，执行步骤(8)，否则，执行步骤(4)；
[0015](4)确定严重故障fk是否有离线紧急控制策略，如果没有，将第一最小投影动能PKEmin记为PKEmil^，控制措施记为Ptl，并执行步骤(6);否则，执行步骤(5)；
[0016](5)基于离线紧急控制策略进行时域仿真，计算第二最小投影动能PKEmin，，并依据时域仿真结果判断电力系统的功角稳定性，如果电力系统保持稳定则执行步骤(7);否则，将第二最小投影动能PKEmin记为PKEmil^，相应控制措施记为Ptl，，执行步骤(6)；
[0017](6)基于电网区域投影归一化能量函数的追加控制量计算方法生成在方式失配条件下严重故障fk的追加紧急控制策略，执行步骤(7)；
[0018]( 7)基于电网区域投影归一化能量函数的追加控制量计算方法生成在故障失配条件下严重故障fk的追加紧急控制策略，执行步骤(8)；
[0019](8)判断电力系统是否完成严重故障集F的故障扫描，如果完成，则将生成的所有追加紧急控制策略保留到在线预决策控制策略表中，流程结束；否则，令k=k+l，并返回步骤(3)。
[0020]所述步骤(6)和步骤(7)的操作过程具体为:
[0021]I)读取严重故障fk初始的稳定策略Ptl及最小投影动能PKEmin,并设定相应的追加紧急控制时间tshed ;
[0022]2)按照控制子站的最小切机方案Pmin进行时域仿真，并计算相应的最小投影动能PKEmin;依据仿真结果判断电力系统是否保持功角暂态稳定性，如果稳定，则将最小切机方案Pmin保留为追加切机量，执行步骤7);否则，执行步骤3)；
[0023]3)将最小切机方案Pm in记为稳定措施P1,该情况下的最小投影动能记为PKEmiiu ；[0024]4)基于投影归一化能量函数及其最小投影动能的追加控制量计算方法计算追加tshed时刻最小切机量PC，判断是否满足条件，最大切机方案Pmax>Pc，如果满足，执行步骤5)，否则，执行步骤7);
[0025]5)将最小切机量Pc记为稳定措施P2,并基于该措施进行时域仿真，依据仿真结果判断系统是否保持功角暂态稳定性，如果稳定，则将最小切机量Pc保留为追加切机量，并执行步骤7);否则，执行步骤6)；
[0026]6)从失稳机群中最领先的发电机群中选择能执行切机操作的发电机，并作为切机发电机G，按照控制子站的最小切机方案Pmin进行时域仿真，依据仿真结果判断系统是否保持功角暂态稳定性，如果稳定，则将最小切机方案Pmin保留为追加切机量，并执行步骤7);否贝U，执行步骤4);
[0027]7)基于保证系统时域仿真稳定条件的追加切机量形成严重故障fk的追加紧急控制策略。
[0028]所述最小切机量Pc具体为:
【权利要求】
1.一种大电网安全稳定追加紧急控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (1)提取数据采集与监视控制系统SCADA\EMS所监测区域内的电力系统实际运行状态数据信息，并确定电力系统的运行点； (2)基于电力系统安全稳定控制中的离线控制策略表生成严重故障集F={fk|k=l，2...n}，fk 为严重故障； (3)提取严重故障fk并基于无离线控制策略条件进行时域仿真，计算第一最小投影动能PKEmin，依据时域仿真结果判定电力系统是否保持功角暂态稳定性，如果电力系统保持稳定，执行步骤(8)，否则，执行步骤(4)； (4)确定严重故障fk是否有离线紧急控制策略，如果没有，将第一最小投影动能PKEmin记为PKEmil^，控制措施记为Ptl，并执行步骤(6);否则，执行步骤(5)； (5)基于离线紧急控制策略进行时域仿真，计算第二最小投影动能PKEmin’，并依据时域仿真结果判断电力系统的功角稳定性，如果电力系统保持稳定则执行步骤(7);否则，将第二最小投影动能PKEmin记为PKEmil^，相应控制措施记为Ptl，，执行步骤(6)； (6)基于电网区域投影归一化能量函数的追加控制量计算方法生成在方式失配条件下严重故障fk的追加紧急控制策略，执行步骤(7)； (7)基于电网区域投影归一化能量函数的追加控制量计算方法生成在故障失配条件下严重故障fk的追加紧急控制策略，执行步骤(8)； (8)判断电力系统是否完成严重故障集F的故障扫描，如果完成，则将生成的所有追加紧急控制策略保留到在线预决策控制策略表中，流程结束；否则，令k=k+l，并返回步骤(3)。
2.根据权利要求1所述的一种大电网安全稳定追加紧急控制方法，其特征在于，所述步骤(6)和步骤(7)的操作过程具体为: O读取严重故障fk初始的稳定策略Ptl及最小投影动能PKEmin,μ并设定相应的追加紧急控制时间tshed ; 2)按照控制子站的最小切机方案Pmin进行时域仿真，并计算相应的最小投影动能PKEmin;依据仿真结果判断电力系统是否保持功角暂态稳定性，如果稳定，则将最小切机方案Pmin保留为追加切机量，执行步骤7);否则，执行步骤3)； 3)将最小切机方案Pmin记为稳定措施P1，该情况下的最小投影动能记为PKEmin,!； 4)基于投影归一化能量函数及其最小投影动能的追加控制量计算方法计算追加tsted时刻最小切机量Pc，判断是否满足条件，最大切机方案Pmax>Pc，如果满足，执行步骤5)，否贝U，执行步骤7); 5)将最小切机量Pc记为稳定措施P2,并基于该措施进行时域仿真，依据仿真结果判断系统是否保持功角暂态稳定性，如果稳定，则将最小切机量Pc保留为追加切机量，并执行步骤7);否则，执行步骤6); 6)从失稳机群中最领先的发电机群中选择能执行切机操作的发电机，并作为切机发电机G，按照控制子站的最小切机方案Pmin进行时域仿真，依据仿真结果判断系统是否保持功角暂态稳定性，如果稳定，则将最小切机方案Pmin保留为追加切机量，并执行步骤7);否则，执行步骤4); 7)基于保证系统时域仿真稳定条件的追加切机量形成严重故障fk的追加紧急控制策略。
3.根据权利要求2所述的一种大电网安全稳定追加紧急控制方法，其特征在于，所述最小切机量Pc具体为:
【文档编号】H02J3/38GK103683280SQ201310554977
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】房大中, 孔祥玉, 赵帅, 吴丽华, 王青, 李晓珺, 马世英 申请人:天津大学, 中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网四川省电力公司