一种基于等值阻抗的暂态稳定分析方法与流程

本发明涉及一种基于等值阻抗的暂态稳定分析方法，属于电力系统稳定技术领域。

背景技术

为满足电力负荷持续快速增长的需要，中国正在建设世界上电压等级最高、规模最大的交直流混合电力系统，运行方式日趋复杂多变，安全稳定运行面临新的挑战。对于防止系统稳定遭到破坏乃至进一步扩大引起大范围的停电事故，电力系统安全稳定控制第二道防线紧急控制具有重大意义。电网跨区域互联带来巨大经济利益的同时，也会使暂态稳定性问题更加复杂。暂态不稳定性仍然是现代电力系统面临的最大威胁之一。有效的实时暂态稳定性预测和应急控制至关重要。

电力系统暂态稳定分析的主要目的是检查系统在大扰动下(如故障、切机、切负荷、重合闸操作等情况),各发电机组间能否保持同步运行,如果能保持同步运行,并具有可以接受的电压和频率水平,则称此电力系统在这一大扰动下是暂态稳定的。在电力系统规划、设计、运行等工作中都要进行大量的暂态稳定分析,因为系统一旦失去暂态稳定就可能造成大面积停电,给国民经济带来巨大损失。通过暂态稳定分析还可以研究和考察各种稳定措施的效果以及稳定控制的性能,因此有很大的意义。

由于多机系统的非线性，现有暂态稳定分析方法不能准确的对系统进行判别。近年来，随着基于相量测量装置的广域测量系统日趋完善，在电网调度中心实时获得全网同步数据成为可能，这极大地改变了暂态稳定分析的方法和手段。同时，由于量测信息的实时性和全局性，为暂态稳定在线控制提供了技术支撑。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于等值阻抗的暂态稳定分析方法，本发明方法在实际应用中，能够对电力系统的暂态稳定进行准确分析。

本发明的技术方案是：一种基于等值阻抗的暂态稳定分析方法，按照以下步骤进行：

(1)在电力系统稳定运行状态下，切断除了待分析机组外的其它机组，计算待分析机组的稳定平衡点功角δ0、电磁功率pm；

(2)在电力系统发生故障时，切断除了待分析机组外的其它机组，并根据等值阻抗计算待分析机组的最大功率p2max；

(3)在电力系统故障切除后，切断除了待分析机组外的其它机组，根据等值阻抗计算待分析机组的最大功率p3max；

(4)计算待分析机组的临界切除角，并根据该临界切除角对待分析机组的稳定状态进行判断：当待分析机组运行时切除角的值大于该临界切除角时，则该待分析机组处于不稳定状态，当待分析机组运行时切除角的值小于该临界切除角时，则该待分析机组处于稳定状态。

(5)对电力系统中的其他机组重复步骤(1)～(4)，即可实现对电力系统中的所有机组进行暂态稳定分析。

步骤(2)在电力系统发生故障时，切断除了待分析机组外的其它机组，并根据等值阻抗计算待分析机组的最大功率p2max，具体步骤如下：

步骤s1、电力系统发生故障时，切断系统中除了待分析机组外的其它机组，并计算待分析机组的潮流，得到参数s2、v2、p2g、p2l、q2g、q2l，其中s2为系统发生故障时负荷节点的视在功率，v2为系统发生故障时负荷节点的电压，p2g、p2l、q2g、q2l分别为系统发生故障时待分析机组发出的有功功率、负荷节点消耗的有功功率、待分析机组发出的无功功率、负荷节点消耗的无功功率；

步骤s2、将除待分析机组外的系统的其他线路作为等值线路，此时，系统包括待分析机组和等值线路，计算等值线路电流：

其中，i2为系统发生故障时等值线路电流；

步骤s3、计算等值线路上损失的有功功率和无功功率：

其中，p2loss为等值线路损失的有功功率，q2loss为等值线路损失的无功功率；

步骤s4、计算等值线路的等值电阻：

其中，r2eki为系统发生故障时等值线路的等值电阻；

步骤s5、计算等值线路的等值电抗：

其中，x2eki为系统发生故障时等值线路的等值电抗；

步骤s6、计算待分析机组处的等值电势：

e2＝v2+(r2eki+jx2eki)i2(5)

其中，e2为待分析机组处的等值电势，j为虚数单位；

步骤s7、根据以上计算结果，计算系统发生故障时待分析机组输出的最大功率p2max：

步骤(3)在电力系统故障切除后，切断除了待分析机组外的其它机组，根据等值阻抗计算待分析机组的最大功率p3max，具体步骤如下：

步骤s1、故障切除后，切断电力系统中除了待分析机组外的其它机组，并计算待分析机组的潮流，得到参数s3、v3、p3g、p3l、q3l、q3g，其中，s3为故障切除后负荷节点的视在功率，v3为故障切除后负荷节点的电压，标幺值下一般取1，p3g、p3l、q3l、q3g分别表示故障切除后待分析机组发出的有功功率、负荷节点消耗的有功功率、负荷节点消耗的无功功率、待分析机组发出的无功功率；

步骤s2、将除待分析机组外的系统的其他线路作为等值线路，此时，系统包括待分析机组和等值线路，计算等值线路电流：

其中，i3为故障切除后等值线路电流；

步骤s3、计算等值线路上损失的有功功率和无功功率：

其中，p3loss为故障切除后等值线路损失的有功功率，q3loss为故障切除后等值线路损失的无功功率；

步骤s4、计算等值线路上的等值电阻：

其中，r3eki为故障切除后等值线路的等值电阻；

步骤s5、计算等值线路上的等值电抗：

其中，x3eki为故障切除后等值线路的等值电抗；

步骤s6、计算待分析机组处的等值电势：

e3＝v3+(r3eki+jx3eki)i3(11)

其中，e3为待分析机组处的等值电势，j为虚数单位；

步骤s7、计算故障切除后待分析机组输出的最大功率p3max：

步骤(4)计算待分析机组的临界切除角，具体步骤如下：

步骤s1、计算待分析机组不稳定平衡点功角：

步骤s2、计算待分析机组临界切除角：

其中，δmax为待分析机组不稳定平衡点功角，δc为待分析机组临界切除角；

以计算得到的临界切除角δc为判断依据，当待分析机组运行中的切除角的值大于该临界切除角时，则该待分析机组处于不稳定状态，当待分析机组运行中的切除角的值小于该临界切除角时，则该待分析机组处于稳定状态。

本发明的有益效果是：

1、本发明把等面积的思想运用到实际多机电力系统中，得到一种分析复杂多机电力系统暂态稳定分析的方法。

2、本发明的基于等值阻抗的暂态稳定分析方法可以分析电力系统中的任意一台发电机的暂态稳定性。

3、本发明得到的暂态稳定分析结果可作为后续切机地点的选择排序依据。

附图说明

图1为本发明实施例1中所用的ieee10机39节点系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的说明。

实施例1：基于等值阻抗的暂态稳定分析方法，以ieee10机39节点系统为例，应用psat软件对系统进行仿真；计算步长取0.02s，发电机为2阶模型，负荷为定阻抗模型，分析母线31上的机组，具体步骤如下：

(1)在稳定运行状态下，切除电力系统中除了待分析机组外的其它机组，计算母线31上的待分析机组的稳定平衡点功角δ0为0.1794、电磁功率pm为1.1654；

(2)母线7在1s接地短路，发生故障，切断除了待分析机组外的其它机组，并根据等值阻抗计算待分析机组的最大功率p2max，具体步骤如下：

步骤s1、母线7在1s接地短路，发生故障，切断系统中除了母线31上的待分析机组外的其它机组，并计算待分析机组的潮流，得到参数s2＝0.1348+j0.1676、v2＝0.3784、p2g＝0.1348、p2l＝0.0655、q2g＝0.1676、q2l＝0.0885，其中s2为系统发生故障时负荷节点的视在功率，v2为系统发生故障时负荷节点的电压，p2g、p2l、q2g、q2l分别为系统发生故障时待分析机组发出的有功功率、负荷节点消耗的有功功率、待分析机组发出的无功功率、负荷节点消耗的无功功率；

步骤s2、将除待分析机组外的系统的其他线路作为等值线路，此时，系统包括待分析机组和等值线路，计算等值线路电流：

其中，i2为系统发生故障时等值线路电流；

步骤s3、计算等值线路上损失的有功功率和无功功率：

其中，p2loss为等值线路损失的有功功率，q2loss为等值线路损失的无功功率；

步骤s4、计算等值线路的等值电阻：

其中，r2eki为系统发生故障时等值线路的等值电阻；

步骤s5、计算等值线路的等值电抗：

其中，x2eki为系统发生故障时等值线路的等值电抗；

步骤s6、计算待分析机组处的等值电势：

e2＝v2+(r2eki+jx2eki)i2＝0.3784+(0.2145+j0.2448)0.5684＝0.5634(5)

其中，e2为待分析机组处的等值电势，j为虚数单位；

步骤s7、根据以上计算结果，计算系统发生故障时待分析机组输出的最大功率p2max：

(3)在电力系统故障切除后，切断除了待分析机组外的其它机组，根据等值阻抗计算待分析机组的最大功率p3max，具体步骤如下：

步骤s1、1.2s后继保动作切除母线5与母线7所连线路，则故障切除，切断电力系统中除了待分析机组外的其它机组，并计算待分析机组的潮流，得到参数s3＝0.5181+j0.2878、v3＝0.4643、p3g＝0.5181、p3l＝0.1244、q3l＝0.1648、q3g＝0.2878，其中，s3为故障切除后负荷节点的视在功率，v3为故障切除后负荷节点的电压，标幺值下一般取1，p3g、p3l、q3l、q3g分别表示故障切除后待分析机组发出的有功功率、负荷节点消耗的有功功率、负荷节点消耗的无功功率、待分析机组发出的无功功率；

步骤s2、将除待分析机组外的系统的其他线路作为等值线路，此时，系统包括待分析机组和等值线路，计算等值线路电流：

其中，i3为故障切除后等值线路电流；

步骤s3、计算等值线路上损失的有功功率和无功功率：

其中，p3loss为故障切除后等值线路损失的有功功率，q3loss为故障切除后等值线路损失的无功功率；

步骤s4、计算等值线路上的等值电阻：

其中，r3eki为故障切除后等值线路的等值电阻；

步骤s5、计算等值线路上的等值电抗：

其中，x3eki为故障切除后等值线路的等值电抗；

步骤s6、计算待分析机组处的等值电势：

e3＝v3+(r3eki+jx3eki)i3＝0.4643+(0.2532+j0.0755)*1.2763＝0.7874(11)

其中，e3为待分析机组处的等值电势，j为虚数单位；

步骤s7、计算故障切除后待分析机组输出的最大功率p3max：

(4)计算待分析机组的临界切除角，具体步骤如下：

步骤s1、计算待分析机组不稳定平衡点功角：

步骤s2、计算待分析机组临界切除角：

其中，δmax为待分析机组不稳定平衡点功角，δc为待分析机组临界切除角；

以计算得到的临界切除角δc为判断依据，当待分析机组运行中的切除角的值大于该临界切除角时，则该待分析机组处于不稳定状态，当待分析机组运行中的切除角的值小于该临界切除角时，则该待分析机组处于稳定状态。

对该系统中的其他机组重复步骤(1)～(4)，则实现了对系统中各机组的暂态稳定分析。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。