一种基于双相平面几何特征的电力系统不稳定性识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统领域中的暂态不稳定性识别方法，具体涉及一种基于双相平 面几何特征的电力系统不稳定性识别方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统暂态稳定性的分析和判别是电力系统研究中经典问题之一。迄今为止， 研究暂态稳定问题的分析方法主要有四大类，即数值积分法、直接法、混合分析法以及基于 轨迹信息的稳定性分析法。
[0003] 数值积分法是电力系统暂态稳定分析的基本方法，它可以适应各种详细元件的数 学模型，且分析结果准确、可靠。其固有缺陷是缺乏工程上的定性稳定识别判据，只能采用 有限的观察时间及足够大门槛值作为系统是否稳定的判据。此外，它是完全依赖于元件的 模型和参数，当模型或参数不完全准确时，其结果必然有误差。
[0004] 直接法是一种严格定量的暂态稳定分析方法，能基于灵敏度方法给出系统的暂态 稳定极限，但暂态能量的计算受模型的限制，所采用的能量函数的误差将影响计算的结果。 另外，直接法仅适用于分析电力系统第一摆的稳定性，具有一定的局限性。
[0005] 为了兼顾以上两种方法的优点，G.A.Maria等人提出了混合法，其基本思路为：首 先逐步积分计算持续故障和故障后轨线，再使用直接法评估系统的稳定程度。近十年来，基 于混合法思想的在线安全稳定预防控制技术已日趋成熟，并已得到了实际应用，是一种比 较实用的电力系统暂态稳定分析方法。但是其在稳定能量裕度计算的精度和仿真计算的速 度两方面仍存在问题。
[0006] 轨迹分析方法是一种沿着混合法思路的新尝试。随着基于全球时钟定位系统 (Global Positioning System，GPS)技术的发展，实时获得统一时标下的母线相角和发电 机功角已不再困难。于是，可以利用建立在GPS基础上的PMU来测量各机组的功角，利用功 角和角速度大于某一临界值作为稳定判据；或者根据角速度的变化率利来预测未来一段时 间的相角，当预测出相角差大于某一门槛，而且继续增加时则判断系统失稳。此类基于直接 测量功角及角速度的装置原理简单直观，但是，由于测量的某台发电机的功角和角速度无 法构成严格的失步判据，此类装置在稳定性识别时只能与预先设定的功角或角速度的临界 门槛值比较，而实际运行中，由于故障前的运行方式、故障情况以及故障切除后网络结构的 不同，门槛值将难以确定。
【发明内容】
[0007] 针对上述问题，本发明提出一种效率高、准确性好，且适用于实时预测与控制的基 于双相平面几何特征的电力系统不稳定性识别方法。
[0008] 本发明采用如下技术方案： 一种基于双相平面几何特征的电力系统不稳定性识别方法，其特征在于：其包括如下 步骤： 1) 根据WAMS测量的当前时刻的发电机功角_和发电机转子角速度&利用公式（I) 计算反映第一相平面的角速度-功角相平面几何特性的指标f ;;
公式（1)中，i代表某时刻； 2) 根据步骤1)得到的指标T，当:？;< 〇时，返回步骤1)，重新计算下一时刻的指标矿； 当肀> O时，进行步骤3)的计算； 3) 根据WAMS测量的与步骤1)相同时刻的发电机功角?和发电机的不平衡功率ΔΡ， 利用公式（2)计算反映第二相平面的不平衡功率-功角相平面几何特性的指标# :
公式（2)中，i代表某时刻，ΔΡ为发电机的不平衡功率，即机械功率与电磁功率的差 值； 4) 根据步骤3)得到的指标A，当#:< O时，返回步骤1)，重新计算下一时刻的指标Γ ; 当:# > O时，可得出系统将失去暂态稳定的判断。
[0009] 本发明的有益效果在于： 1、 不但计及了角速度-功角相平面的几何特征，而且考虑了更高一阶的相平面一一不 平衡功率-功角相平面的几何特征，更符合实际系统； 2、 同混合法相比，本发明通过应用WAMS数据平台，使得动态过程中各机组的运动曲线 可以直接测量而不必依赖数值计算，这就大大提高了识别速度与精度，为电力系统实时的 紧急控制提供了新的发展契机； 3、 同直接法和数值积分法相比，本发明对电力系统的暂态分析过程不再需要预先获得 电力系统的网络结构及元件的模型和参数，方法所需参数是根据实时测量数据获得或计算 得到，能适应系统的复杂模型，能准确地反映系统的真实运行情况，因而它更适用于实时预 测与控制。
[0010] 4、同轨迹分析法相比，本发明不需要预设与故障前运行方式、故障情况以及故障 切除后网络结构等信息有关的门槛值，其实用性更加广泛。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明方法的流程图。
[0012] 图2是仿真的WEPRI-36系统结构图。
[0013] 图3是0. 32s切除故障时对应的双相平面曲线。
[0014] 图4是0. 32s切除故障时计算的不稳定指标曲线。
[0015] 图5是0. 36s切除故障时对应的双相平面曲线。
[0016] 图6是0. 36s切除故障时计算的不稳定指标曲线。
[0017] 图7是0. 32s切除故障时对应的功角摇摆曲线。
[0018] 图8是0. 36s切除故障时对应的功角摇摆曲线。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0020] 实施例1 本发明一种基于双相平面几何特征的电力系统不稳定性识别方法，其流程如图1所 示，根据WAMS测量的当前时刻功角_和角速度Α??，利用公式（1)计算反映角速度-功角 相平面的几何特征指标，，当乇以〇:时才进行后续计算，否则返回计算下一时刻的τ ;根据 WAMS测量的当1： > ?时刻功角&和不平衡功率ΛΡ，利用公式（2)计算反映不平衡功率-功 角相平面的几何特征指标麫，当A G时，可以得出系统失稳的判断，否则返回计算下一时 刻的:T，重新进行计算。
[0021] 应用本发明的方法对图2所示的WEPRI-36系统进行仿真，故障切除时间分别设为 0. 32s和0. 36s，采样间隔为0. 01s，即每隔0.0 ls可以得到一组实测的系统功角、角速度、不 平衡功率等状态信息。
[0022] 针对0. 32s切除故障的情况，以计算i=0. 5s时的两个指标为例详细说明本发明的 识别方法。
[0023] i=0. 48s时，可实测得出系统的各状态量：功角5 (0. 48)，角速度43)，以及 不平衡功率(0.48); i=0. 49s时，可实测得出系统的各状态量：功角5 (0. 49):，角速度〔0. 4办，以及不平 衡功率Cl 49); i=0. 5s时，可实测得出系统的各状态量：功角5 (0. 5)，角速度Λ':0. Ε；)，以及不平衡 功率ΛΡ (；0. 5)。
[0024] 于是，首先根据公式（1)计算得到?=0· 5s时的指标：
由于T (0. 5) >0_::，进入下一步指标A (〇. 5)的计算。注：如果上述计算得到的 0,则需返回到测量数据，计算下一时刻的τ(0.珀。
[0025] 由于#(0.5) < 0,不满足本发明的不稳定判据，需返回到测量数据，重新计算下 一时刻的τ(0. 51)。注：如果上述计算得到的A (〇 Θ $ Q，则可以得出系统将不稳定的判 断。
[0026] 上面是以i=0. 5s为例进行的详细计算说明，采用同样的方法可以计算出其他时 亥IJ对应的两个指标值，并绘制出它们随时间变化的曲线。
[0027] 图3和图4是0.32s切除故障时对应的轨迹曲线以及不稳定指标曲线。由该图可 以看到，虽然在一开始指标#大于零，若没有考虑到高阶相平面的几何特性，会得出系统将 失去稳定的误判。而考虑了不平衡功率-功角相平面后，此时刻的指标A <?，从而不会做 出系统失稳的判断，与仿真结果相符。
[0028] 图5和图6是0.36s切除故障时对应的轨迹曲线以及不稳定指标曲线。由该图可 以看到，在〇. 56s时指标龙和為同时大于零，从而可以得出系统失稳的判断，与仿真结果相 符。
[0029] 为了便于直观的看出系统稳定与否，图7和图8给出了 0. 32s和0. 36s两种情况 下对应的功角摇摆曲线。
[0030] 根据上述的实施例对本发明作了详细描述。需说明的是，以上的实施例仅仅为了 举例说明发明而已。在不偏离本发明的精神和实质的前提下，本领域技术人员可以设计出 本发明的多种替换方案和改进方案，其均应被理解为在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于双相平面几何特征的电力系统不稳定性识别方法，其特征在于：其包括如 下步骤： 1) 根据WAMS测量的当前时刻的发电机功角5和发电机转子角速度Am，利用公式（1) 计算指标T;公式（1)中，i代表某时刻； 2) 根据步骤1)得到的指标f:，当妒< 〇时，返回步骤1)，重新计算下一时刻的指标r; 当T>O时，进行步骤3)的计算； 3) 根据WAMS测量的与步骤1)相同时刻的发电机功角議和发电机的不平衡功率AP， 利用公式（2)计算指标藏：公式（2)中，i代表某时刻，基於为发电机的不平衡功率，即机械功率与电磁功率的差 值； 4)根据步骤3)得到的指标，当<O时，返回步骤1)，重新计算下一时刻的指标T; 当#>O时，可得出系统将失去暂态稳定的判断。
【专利摘要】本发明采用涉及一种基于双相平面几何特征的电力系统不稳定性识别方法，其包括如下步骤：根据WAMS测量的当前时刻的发电机功角？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？和发电机转子角速度，计算反映第一相平面的角速度-功角相平面几何特性的指标；根据WAMS测量的与上述步骤相同时刻的发电机功角和发电机的不平衡功率，计算反映第二相平面的不平衡功率-功角相平面几何特性的指标：当和不同时大于0时，重新计算下一时刻的指标和；当和同时大于0时，可得出系统将失去暂态稳定的判断。本发明效率高、准确性好，且适用于实时预测与控制。
【IPC分类】H02J3/00
【公开号】CN105048454
【申请号】CN201510426023
【发明人】胡雪凯, 胡文平
【申请人】国家电网公司, 国网河北省电力公司电力科学研究院, 河北省电力建设调整试验所
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月20日