專利名稱：兩大區互聯電力系統交流聯絡線功率波動峰值的計算方法
技術領域：
本發明涉及電力系統分析的方法，特別涉及如何計算兩大區互聯電力系統的交流 聯絡線功率 波動峰值，屬于電力系統領域。
背景技術：
長治 南陽 荊門特高壓試驗示范工程是華中和華北兩大區域電網之間唯一的 交流聯絡線。該工程自2008年底投入運行以來，當華中或華北電網出現功率缺額(如跳機、 直流閉鎖等)時，特高壓線路上將會產生大幅功率波動。大幅度的功率波動成為限制特高 壓聯絡線輸電能力提高的重要因素，影響了特高壓線路充分發揮其大規模輸電的社會和經 濟效益。目前，隨著德寶、復奉等大容量直流工程相繼投運，直流單極或雙極閉鎖等故障導 致的聯絡線功率波動幅度越來越大，很可能造成特高壓線路功率逼近甚至超過其靜穩極限 值，對特高壓試驗示范工程的安全運行構成極大的威脅。在對兩大區電網交流聯絡線的有功功率波動的機理研究方面，目前國內外尚未形 成系統的研究。前蘇聯科學家M.T.波爾特諾伊在他的著作《電力系統穩定性的控制》中對 穩態情況下的由于負荷變化引起的不規則功率波動進行了研究。而對于動態擾動下的交流 聯絡線功率波動的峰值計算，目前尚未見相關的報道。
發明內容
本發明基于兩區域電網交流聯絡線功率振蕩的線性化二階系統模型，通過二階系 統的動態響應，計算故障后交流聯絡線功率波動峰值。本發明可運用于電力系統的仿真分 析，掌握兩大區互聯電力系統的動態特性，利于系統運行、分析人員及時采取有效的措施， 提高電力系統的安全穩定運行水平。本發明提出了一種兩大區互聯電力系統的交流聯絡線功率波動峰值計算方法，該 方法包括以下步驟步驟A 通過兩大區互聯電力系統發生擾動時的交流聯絡線功率振蕩實測曲線或 通過對兩大區電力系統的特征值分析獲得兩大區電網區域振蕩模式的自然振蕩頻率ωη、 阻尼比ξ ；步驟B:通過兩大區互聯電網發電機組參數，獲得區域電網的慣性時間常數的比
值 ΗΣ ι/ΗΣ 2 ；步驟C:基于兩區域電網交流聯絡線功率振蕩的線性化二階系統模型，通過二階 系統的動態響應，得到故障后交流聯絡線功率波動峰值的計算公式；步驟D 當系統出現功率缺額Δ P時，計算交流聯絡線功率波動峰值Ptie (tp)、峰值 功率轉移比1(%以及峰值功率出現的時間tp。其中在所述步驟A中兩大區電網的區域振蕩模式的阻尼比ζ是通過對兩大區電 力系統的特征值分析獲得。兩大區電網的區域振蕩模式對應的一對共軛復特征值為X12=o±jcod (1)
其中虛部為兩大區電網的區域振蕩模式的阻尼振蕩頻率；由式(1)，阻尼比ξ是通過式⑵計算 由兩大區互聯電力系統發生擾動時的交流聯絡線功率振蕩實測曲線，并通過 Prony分析方法是獲得阻尼比的另一途徑。兩大區電網的區域振蕩模式的自然振蕩頻率ωη是通過兩大區電力系統的區域振 蕩模式的特征值及阻尼比獲得 通過兩大區互聯電力系統發生擾動時的交流聯絡線功率振蕩實測曲線是獲得自 然振蕩角頻率《 的另一途徑，通過擾動后功率阻尼振蕩頻率f，ωη通過下式計算 其中，在所述步驟B中兩大區電網的慣性常數比H Σ "Η Σ 2是通過分別求取交流聯 絡線兩端電網中所有發電機組的慣性時間常數之和獲得。其中在所述步驟C中兩區域電網交流聯絡線功率振蕩的線性化二階系統模型表 示為式(5) 其中H為慣性常數，D為阻尼系數，K為同步轉矩系數，ΔΡω為交流聯絡線功率變 化。其中在所述步驟C中的二階線性的動態響應特性是指當阻尼比O < ζ <1時，系 統為欠阻尼二階線性系統的動態響應特性，特性包括二階線性系統階躍響應的超調量σ %定義為: 其中，h(⑴)為二階線性系統階躍響應的穩態值，h(tp)為二階線性系統階躍響應 的峰值。對于欠阻尼二階線性系統，超調量σ %是通過式(7)計算 其中在所述步驟C中的故障后計算交流聯絡線功率波動峰值PtiJtp)是通過式 (8)計算 式中APtiJtp)為交流聯絡線功率波動相對峰值，是通過式(9)計算 其中，APtie(c )為交流聯絡線功率波動的穩態值，取決于兩大區電網的總慣 性常數比ΗΣ/Hs2，若功率缺額發生在子系統1，擾動后交流聯絡線功率波動的穩態值 APtie(-)是通過下式獲得 其中，ΔΡ為系統的功率缺額，當有功出力減少或負荷增大時，ΔΡ為正；反之，當 有功出力增加或負荷減小時，ΔΡ為負。Ptie(O)為交流聯絡線功率初值，擾動后交流聯絡線功率的實際波動峰值PtiJtp) 的計算公式如下 其中在所述步驟D中的當系統出現功率缺額ΔΡ，交流聯絡線功率波動峰值 Ptie(tp)是將ΔΡ代入公式(12)計算得到；其中在所述步驟D中的交流聯絡線峰值功率轉移比1(%是通過式(12)計算 其中在所述步驟D中的從擾動發生至峰值功率出現的時間、是通過式(13)計 算(13)若功率缺額發生在子系統2，上述公式(10)、(11)及(12)的分子ΗΣ2相應改為
下面結合附圖對本發明進一步說明。圖1是華北_華中特高壓交流聯絡線功率波動實測數據曲線圖；圖2是本發明的計算方法的流程示意圖。
具體實施例方式當華北或華中電網出現機組跳閘或直流閉鎖時，特高壓交流聯絡線上的有功功率 將出現大幅波動。以華北_華中特高壓交流聯絡線調試系統進行擾動試驗，切除三峽電廠 #12機(700MW)為例，驗證本發明的合理性。第一步獲得特高壓線路有功功率實測數據，如圖1所示。從圖1可得，擾動前，特 高壓長南I線有功功率為1507MW ；擾動后，特高壓長南I線有功功率峰值為2141. 5MW，特高 壓線路有功功率變化量約634. 5MW,實際功率轉移比90. 64%。由特征值分析以及實測數據 可得，華北_華中振蕩模式振蕩頻率約為0. 15Hz,阻尼比約為0. 11。第二步由兩大區互聯電網發電機組參數，獲得華北、華中電網慣性常數比為 1. 184 1。第三步由本發明中的公式(11)、(12)、(13)，由華北-華中振蕩模式振蕩頻率、阻 尼比以及華北-華中電網慣性常數比，可得到的功率峰值為2154. 5MW，轉移比為92.5%，到 達峰值時間為3. 3秒，與實際轉移比90. 64%和到達峰值時間基本吻合。此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的 范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅 是例證性的，而不是對本發明的范圍的限制，本發明的范圍由所附的權利要求定義。
權利要求
兩大區互聯電力系統交流聯絡線功率波動峰值的計算方法，該方法包括以下步驟步驟A通過兩大區互聯電力系統發生擾動時的交流聯絡線功率振蕩實測曲線或通過對大區電力系統的特征值分析獲得大區電網區域振蕩模式的自然振蕩頻率ωn、阻尼比ξ；步驟B通過兩大區互聯電網發電機組參數，獲得區域電網的慣性時間常數的比值H∑1/H∑2；步驟C基于兩區域電網交流聯絡線功率振蕩的線性化二階系統模型，通過二階系統的動態響應，得到故障后交流聯絡線功率波動峰值的計算公式；步驟D當系統出現功率缺額ΔP時，計算交流聯絡線功率波動峰值Ptie(tp)、峰值功率轉移比K％以及峰值功率出現的時間tp。
2.依據權利要求1的方法，其特征在于其中在所述步驟A中兩大區電網的區域振蕩模式的阻尼比ξ是通過對兩大區電力系 統的特征值分析獲得。兩大區電網的區域振蕩模式對應的一對共軛復特征值為 (1)其中虛部為兩大區電網的區域振蕩模式的阻尼振蕩頻率；山式(1)，阻尼比ξ是通過式(2)計算 由兩大區互聯電力系統發生擾動時的交流聯絡線功率振蕩實測曲線，并通過Prony分 析方法是獲得阻尼比的另一途徑。兩大區電網的區域振蕩模式的自然振蕩頻率《 是通過兩大區電力系統的區域振蕩模 式的特征值及阻尼比獲得 通過兩大區互聯電力系統發生擾動時的交流聯絡線功率振蕩實測曲線是獲得自然振 蕩角頻率《 的另一途徑，通過擾動后功率阻尼振蕩頻率f，ωη通過下式計算 其中，在所述步驟B中兩大區電網的慣性常數比HΣ "Η Σ 2是通過分別求取交流聯絡線 兩端電網中所有發電機組的慣性時間常數之和獲得。其中在所述步驟C中兩區域電網交流聯絡線功率振蕩的線性化二階系統模型表示為 式(5) (5)其中H為慣性常數，D為阻尼系數，K為同步轉矩系數，ΔΡω為交流聯絡線功率變化。其中在所述步驟C中的二階線性的動態響應特性是指當阻尼比O< ζ <1時，系統為欠阻尼二階線性系統的動態響應特性，特性包括二階線性系統階躍響應的超調量σ %定義為: (6)其中，h(c )為二階線性系統階躍響應的穩態值，h(tp)為二階線性系統階躍響應的峰 值。對于欠阻尼二階線性系統，超調量σ %是通過式(7)計算 其中在所述步驟C中的故障后計算交流聯絡線功率波動峰值PtiJtp)是通過式(8)計算Ptie (tp) = Δ Ptie (tp)+Ptie (O) (8)式中APtiJtp)為交流聯絡線功率波動相對峰值，是通過式(9)計算 APtie(tp) = APtie(oo)(i+0 %)(9)其中，APtie(c )為交流聯絡線功率波動的穩態值，取決于兩大區電網的總慣性常數 比ΗΣ/Hs2，若功率缺額發生在子系統1，擾動后交流聯絡線功率波動的穩態值-) 是通過下式獲得 其中，ΔΡ為系統的功率缺額，當有功出力減少或負荷增大時，ΔΡ為正；反之，當有功 出力增加或負荷減小時，ΔΡ為負。Ptie(O)為交流聯絡線功率初值，擾動后交流聯絡線功率的實際波動峰值PtiJtp)的計 算公式如下 其中在所述步驟D中的當系統出現功率缺額Δ P，交流聯絡線功率波動峰值PtiJtp)是 將Δ P代入公式(12)計算得到；其中在所述步驟D中的交流聯絡線峰值功率轉移比1(%是通過式(12)計算 其中在所述步驟D中的從擾動發生至峰值功率出現的時間％是通過式(13)計算 t =^L = _^=(13) 若功率缺額發生在子系統2，上述公式(10)、(11)及(12)的分子ΗΣ2相應改為ΗΣ1。
全文摘要
本發明提出了一種計算兩大區互聯電力系統交流聯絡線功率波動峰值計算的方法。當電力系統發生功率缺額，將在交流聯絡線上發生大幅的功率振蕩。本發明基于兩區域電網交流聯絡線功率振蕩的線性化二階系統模型，通過二階系統的動態響應，計算故障后交流聯絡線功率波動的峰值。本發明可運用于電力系統的仿真分析，掌握兩大區互聯電力系統的動態特性，利于系統運行、分析人員及時采取有效的措施，提高電力系統的安全穩定運行水平。
文檔編號H02J3/01GK101847872SQ20101018782
公開日2010年9月29日 申請日期2010年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者孫華東, 易俊, 林偉芳, 湯涌 申請人:中國電力科學研究院