本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法及系统。
背景技术：
针对能源资源和能源消费在地域上呈现逆向分布的特点，我国大力推动特高压交直流发展，实现大范围、大规模的资源优化配置，发挥特高压交直流大容量、远距离输电优势。2009年，长治–南阳–荆门特高压交流试验示范工程正式投运，形成华北-华中两大区互联同步电力系统，包含12个省(市)级电网的。2011年，特高压交流试验示范工程扩建工程正式投运，华北–华中联络线的输送能力得到进一步提高。电力系统安全稳定导则中规定：对于大电源送出线，跨大区或省网间联络线，网络中的薄弱断面等需要进行静态稳定分析。输电断面静稳极限对于电力系统运行人员掌握输电断面的送电能力起到重要作用。
现有提高大区互联电网联络线静态稳定极限的主要思路是：通过减小两区域电网之间电气联系，如新建并联联络线路、增加串联电容补偿等，实现减小互联电网的联系电抗，从而达到提高静态稳定极限的目的。而在电网网架结构确定的情况下，并没有考虑通过调整运行方式来提高大区互联电网静态稳定极限，从而保证电网静态安全稳定裕度。
因此，需要一种解决在电网实际运行中如何提高大区互联电网静态稳定极限的方法。
技术实现要素：
本发明提出一种提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法及系统，以解决如何提高大区互联电网联络线静态稳定极限的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用戴维南等值法将大区互联电网等值为两机模型，并分别确定送端电网的戴维南等值电势和受端电网的戴维南等值电势；
根据所述送端电网的戴维南等值电势和受端电网的戴维南等值电势确定电势幅值，并将所述电势幅值和预设阈值进行比较，当所述电势幅值小于预设阈值时，按照区域电网内部输电断面将此区域的电网划分为两个发电机群；
对两个机群进行惯量中心等值，分别计算超前发电机群和滞后发电机群的转速和功角；
降低超前发电机群的机组出力，同时对应的增加滞后发电机群的机组出力，减小两个发电机群的功角差，使得区域电网整体等效的戴维南电势幅值增加，以提升大区互联电网联络线静态稳定极限。
优选地，其中利用如下公式确定戴维南等值电势：
其中，为k时刻外部等值系统的戴维南等值电势；Zk为等值阻抗，为母线电压，为注入母线的电流。
优选地，其中利用如下公式计算超前发电机群的转速和功角：
其中，ωs为超前发电机群的转速，δs为超前发电机群的功角，ωi为超前发电机群中第i台发电机组的转速，δi为超前发电机群中第i台发电机组的功角，S为超前发电机群中发电机组总台数；MS为超前发电机群的惯性时间常数，且Mi为超前发电机群中第i台发电机组的惯性时间常数。
优选地，其中利用如下公式计算滞后发电机群的转速和功角：
其中，ωA为滞后发电机群的转速，δA为滞后发电机群的功角，ωj为滞后发电机群中第j台发电机组的转速，δj为滞后发电机群中第j台发电机组的功角，A为滞后发电机群中发电机组总台数；MA为滞后发电机群的惯性时间常数，且Mj为滞后发电机群中第j台发电机组的惯性时间常数。
根据本发明的另一个方面，提供了一种提升大区互联电网联络线静态稳定极限的系统，其特征在于，所述系统包括：
戴维南等值电势确定单元，用于利用戴维南等值法将大区互联电网等值为两机模型，并分别确定送端电网的戴维南等值电势和受端电网的戴维南等值电势；
发电机群划分单元，用于根据所述送端电网的戴维南等值电势和受端电网的戴维南等值电势确定电势幅值，并将所述电势幅值和预设阈值进行比较，当所述电势幅值小于预设阈值时，按照区域电网内部输电断面将此区域的电网划分为两个发电机群；
转速和功角计算单元，用于对两个机群进行惯量中心等值，分别计算超前发电机群和滞后发电机群的转速和功角；
静态稳定极限提升单元，用于降低超前发电机群的机组出力，同时对应的增加滞后发电机群的机组出力，减小两个发电机群的功角差，使得区域电网整体等效的戴维南电势幅值增加，以提升大区互联电网联络线静态稳定极限。
优选地，其中在所述戴维南等值电势确定单元，利用如下公式确定戴维南等值电势：
其中，为k时刻外部等值系统的戴维南等值电势；Zk为等值阻抗，为母线电压，为注入母线的电流。
优选地，其中在所述转速和功角计算单元，利用如下公式计算超前发电机群的转速和功角：
其中，ωs为超前发电机群的转速，δs为超前发电机群的功角，ωi为超前发电机群中第i台发电机组的转速，δi为超前发电机群中第i台发电机组的功角，S为超前发电机群中发电机组总台数；MS为超前发电机群的惯性时间常数，且Mi为超前发电机群中第i台发电机组的惯性时间常数。
优选地，其中在所述转速和功角计算单元，利用如下公式计算滞后发电机群的转速和功角：
其中，ωA为滞后发电机群的转速，δA为滞后发电机群的功角，ωj为滞后发电机群中第j台发电机组的转速，δj为滞后发电机群中第j台发电机组的功角，A为滞后发电机群中发电机组总台数；MA为滞后发电机群的惯性时间常数，且Mj为滞后发电机群中第j台发电机组的惯性时间常数。
本发明提供了一种提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法及系统，旨在为电网运行人员安排运行方式提供参考，提高大区互联电网静态稳定极限，保障大区互联电网的安全稳定运行。本发明研究了大区互联电网联络线的静态稳定极限的影响因素，指出互联系统联络线的静稳极限受区域电网内部不同机群出力影响，并非确定值而是在一定范围内波动；区域电网内部机群的功角位置关系直接影响区域电网等效电势幅值，进而对联络线静态稳定极限产生影响。本发明利用系统运行方式的变化，通过改变区域电网内部不同机群的出力，达到提升互联电网联络线静态稳定极限的目的，保证其安全稳定运行，解决了电网实际运行中如何提高大区互联电网联络线静态稳定裕度，提高静态稳定极限的问题，提升了互联系统联络线的输电能力。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的标互联电力系统的三机模型；
图3为根据本发明实施方式的区域A等值模型；
图4为根据本发明实施方式的等效电势幅值变小时的功率特性曲线；
图5为根据本发明实施方式的等效电势幅值变大时的功率特性曲线；
图6为根据本发明实施方式的系统网架结构图；
图7A为根据本发明实施方式的增加机群2出力后各机群等值功角曲线；
图7B为根据本发明实施方式的增加机群2出力后机群1和机群2等值功角差曲线；
图7C为根据本发明实施方式的增加机群2出力后互联电网系统联络线的功率曲线；
图8A为根据本发明实施方式的增加机群1出力后各机群等值功角曲线；
图8B为根据本发明实施方式的增加机群1出力后机群1和机群2等值功角差曲线；
图8C为根据本发明实施方式的增加机群1出力后互联电网系统联络线的功率曲线；以及
图9为根据本发明实施方式的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的系统900的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于为在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法100的流程图。如图1所示，本发明的实施方式提供的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法，旨在为电网运行人员安排运行方式提供参考，提高大区互联电网静态稳定极限，保障大区互联电网的安全稳定运行。本发明的实施方式利用系统运行方式的变化，通过改变区域电网内部不同机群的出力，达到提升互联电网联络线静态稳定极限的目的，保证其安全稳定运行，解决了电网实际运行中如何提高大区互联电网联络线静态稳定裕度，提高静态稳定极限的问题，提升了互联系统联络线的输电能力。本发明的实施方式提供的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法100从步骤101处开始，在步骤101利用戴维南等值法将大区互联电网等值为两机模型，并分别确定送端电网的戴维南等值电势和受端电网的戴维南等值电势。
优选地，其中利用如下公式确定戴维南等值电势：
其中，为k时刻外部等值系统的戴维南等值电势；Zk为等值阻抗，为母线电压，为注入母线的电流。
对于实际电网，如果区域电网内部同样存在输电断面，有多个联系紧密的机群，此时发电机群功角的空间位置关系将直接影响联络线静稳极限。在本发明的实施方式中，利用戴维南等值方法，将大区互联电网等值为两机模型，联络线两侧分别等值为两台发电机。戴维南等值可以有效反映系统的运行状态，简化对复杂系统。对于任意时刻k，从大区互联电网联络线一端向系统看过去，都可以把系统等值为一个电压源经过一个阻抗向所研究的母线供电的戴维南等值两节点系统。等值系统确定戴维南等值电势的公式为：
其中，为k时刻外部等值系统的戴维南等值电势；Zk为等值阻抗，为母线电压，为注入母线的电流；Pk和Qk分别为母线的有功功率和无功功率。得到的送端电网的戴维南等值电势为受端电网的戴维南等值电势为
优选地，在步骤102根据所述送端电网的戴维南等值电势和受端电网的戴维南等值电势确定电势幅值，并将所述电势幅值和预设阈值进行比较，当所述电势幅值小于预设阈值时，按照区域电网内部输电断面将此区域的电网划分为两个发电机群。
优选地，在步骤103对两个机群进行惯量中心等值，分别计算超前发电机群和滞后发电机群的转速和功角。
优选地其中利用如下公式计算超前发电机群的转速和功角：
其中，ωs为超前发电机群的转速，δs为超前发电机群的功角，ωi为超前发电机群中第i台发电机组的转速，δi为超前发电机群中第i台发电机组的功角，S为超前发电机群中发电机组总台数；MS为超前发电机群的惯性时间常数，且Mi为超前发电机群中第i台发电机组的惯性时间常数。
优选地，其中利用如下公式计算滞后发电机群的转速和功角：
其中，ωA为滞后发电机群的转速，δA为滞后发电机群的功角，ωj为滞后发电机群中第j台发电机组的转速，δj为滞后发电机群中第j台发电机组的功角，A为滞后发电机群中发电机组总台数；MA为滞后发电机群的惯性时间常数，且Mj为滞后发电机群中第j台发电机组的惯性时间常数。
优选地，在步骤104降低超前发电机群的机组出力，同时对应的增加滞后发电机群的机组出力，减小两个发电机群的功角差，使得区域电网整体等效的戴维南电势幅值增加，以提升大区互联电网联络线静态稳定极限。
在本发明的实施方式中，降低超前机群机组出力，对应的增加滞后机群机组出力，使得两个机群的功角差Δδ减小，拉近区域电网内部机群的功角差，使得区域电网整体等效戴维南电势幅值增加，达到提升大区互联电网联络线静态稳定极限的目的。其中，Δδ＝|δ1-δ2|。
图2为根据本发明实施方式的标互联电力系统的三机模型。在如图2所示的互联电力系统中，区域电网A为送端系统，B为受端系统。
(1)区域电网A内部机群1向机群2输电
假设图2所示系统机群1和机群2都向联络线送电，且远端机群1功角领先于机群2，即内部断面送电方向由1到2。图3为根据本发明实施方式的区域A等值模型。对区域电网A进行戴维南等值，如图3所示。那么增加机群1机组出力、减小区域B机组出力，使得互联系统联络线功率逐渐增加，慢慢到达静稳极限。区域A内部机群1和机群2间的输电功率增加，增大了功角差δ12。随着δ12逐渐变大，两机群的等效电势幅值随之降低，造成互联系统的功率特性曲线下降，如图4中箭头指示的曲线所示(仅为示意图)。可见，功率特性曲线的变化直接影响互联系统联络线静稳极限。
那么当增加机群2机组出力、减小区域B机组出力，使得互联系统联络线功率逐渐增加，慢慢到达静稳极限。区域A内部机群1和机群2间的输电功率不变，不过随着机群1和2功角相对于另一区域电网增大，δ12小幅减小，减小幅度与δ1的变化量相关。两机群的等效电势幅值随之增大，提高了互联系统的功率特性，等效电势幅值变大时功率特性曲线如图5所示。可见，此时互联系统联络线静稳极限比前一种情况要大。
(2)区域电网A内部机群2向机群1输电
假设图2所示区域A内部机群2功角领先于机群2，即内部断面送电方向由2到1。那么当增加机群1机组出力、减小区域B机组出力，使得互联系统联络线功率逐渐增加，慢慢到达静稳极限。区域A内部机群1和机群2间的输电功率减小，减小了功角差δ21。随着δ21逐渐减小，两机群的等效电势幅值随之增大，造成互联系统的功率特性曲线上升，类似图5中箭头所指的曲线所示的效果。
那么当增加机群2机组出力、减小区域B机组出力，使得互联系统联络线功率逐渐增加，慢慢到达静稳极限。区域A内部机群1和机群2间的输电功率不变，不过随着机群1和2功角相对于另一区域电网增大，δ21增大，增大幅度与δ1的变化量相关。两机群的等效电势幅值随之减小，降低了互联系统的功率特性曲线，类似图4所示。
大区互联系统联络线静稳极限并不是固定值，其受运行方式、两侧开关机组选取的影响，通常来说工程分析的计算值只能够一定程度描述联络线输电能力。
图6为根据本发明实施方式的系统网架结构图。如图6所示，线路17-18和线路15-16形成互联电网的输电断面，左侧为区域B，右侧区域A包括机群1和机群2。区域A内包括2个机群，分别为机群1和机群2。机群2外送459MW，机群1通过线路27-17外送270.4MW且在电气联系上处于电网末端，远离互联系统联络线。区域A通过线路17-18和线路15-16输电断面向区域B送电，初始功率697.2MW。
下面研究改变不同机群出力对互联系统联络线静稳极限的影响。
第一，增大机群2机组的出力，同时减小区域B机组出力，使得联络线功率逐渐加重达到静稳极限。从图7A和图7B可以看出，随着机群2的出力逐渐增加，其与机群1的功角差逐渐减小，计算得到的联络线静稳极限为941MW，如图7C所示。
第二，增大机群1机组的出力，同时减小区域B机组出力，使得联络线功率逐渐加重达到静稳极限。从图8A和8B可以看出，随着机群1的出力逐渐增加，其与机群2的功角差逐渐增大，与前面计算得到的联络线静稳极限相比下降到764MW，如图8C所示。这是由于两机群功角差逐渐拉大的同时降低了区域A等效电势幅值，造成功率特性曲线下降，因此，静态稳定极限随之下降。
图9为根据本发明实施方式的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的系统900的结构示意图。如图9所示，本发明的实施方式提供的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的系统900包括：戴维南等值电势确定单元901、发电机群划分单元902、转速和功角计算单元903和静态稳定极限提升单元904。优选地，在所述戴维南等值电势确定单元901，利用戴维南等值法将大区互联电网等值为两机模型，并分别确定送端电网的戴维南等值电势和受端电网的戴维南等值电势。
优选地，其中在所述戴维南等值电势确定单元，利用如下公式确定戴维南等值电势：
其中，为k时刻外部等值系统的戴维南等值电势；Zk为等值阻抗，为母线电压，为注入母线的电流。
优选地，在所述发电机群划分单元902，根据所述送端电网的戴维南等值电势和受端电网的戴维南等值电势确定电势幅值，并将所述电势幅值和预设阈值进行比较，当所述电势幅值小于预设阈值时，按照区域电网内部输电断面将此区域的电网划分为两个发电机群。
优选地，在所述转速和功角计算单元903，对两个机群进行惯量中心等值，分别计算超前发电机群和滞后发电机群的转速和功角。
优选地，其中在所述转速和功角计算单元，利用如下公式计算超前发电机群的转速和功角：
其中，ωs为超前发电机群的转速，δs为超前发电机群的功角，ωi为超前发电机群中第i台发电机组的转速，δi为超前发电机群中第i台发电机组的功角，S为超前发电机群中发电机组总台数；MS为超前发电机群的惯性时间常数，且Mi为超前发电机群中第i台发电机组的惯性时间常数。
优选地，其中在所述转速和功角计算单元，利用如下公式计算滞后发电机群的转速和功角：
其中，ωA为滞后发电机群的转速，δA为滞后发电机群的功角，ωj为滞后发电机群中第j台发电机组的转速，δj为滞后发电机群中第j台发电机组的功角，A为滞后发电机群中发电机组总台数；MA为滞后发电机群的惯性时间常数，且Mj为滞后发电机群中第j台发电机组的惯性时间常数。
优选地，在所述静态稳定极限提升单元904，降低超前发电机群的机组出力，同时对应的增加滞后发电机群的机组出力，减小两个发电机群的功角差，使得区域电网整体等效的戴维南电势幅值增加，以提升大区互联电网联络线静态稳定极限。
本发明的实施方式的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的系统900与本发明的另一个实施方式的提升大区互联电网联络线静态稳定极限的方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。