一種基于典型故障集的電力系統功角穩定性近似判定方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于典型故障集的電力系統功角穩定性近似判定方法，其包括以下步驟：1）掃描電力系統典型故障集，利用EEAC法得到典型運行方式參數M、Pm、PC0、PCD、PCP、Pmax0、PmaxD、PmaxP、γ0、γD、γP、δ0和PF，以及臨界穩定條件的相關數據δcr和tcr；2）采樣得到故障狀態，并進行故障匹配；3）記錄故障線路故障前功率P′F和故障實際切除時間tc；4）采樣得到加速機組轉動慣量總和M′S；5）采樣得到減速機組轉動慣量總和M′A；6)計算等效轉動慣量M′；7）計算等效極限切除時間t′cr；8）計算故障前等效機械功率差別ΔPm；9）計算電力系統故障實際切除和極限切除時間之差Δtc；10）計算加速面積變化ΔAa；11）計算減速面積變化ΔAd；12）判斷故障后是否暫態穩定。本發明可以廣泛用于電力系統穩定性的風險評估中。
【專利說明】一種基于典型故障集的電力系統功角穩定性近似判定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電力系統分析方法，特別是關于一種基于典型故障集的電力系統 功角穩定性近似判定方法。
【背景技術】
[0002]電力系統穩定性是指電力系統在正常條件下能夠運行在發電負荷平衡狀態，遭受 干擾后能夠恢復到可以允許的平衡狀態。電力系統保持穩定的能力對于電力系統保持安全 可靠供電具有重要意義，因此電力系統的穩定性分析成為電力系統分析的重要內容之一。 電力系統穩定性可以分為功角穩定性以及電壓穩定性，其中功角穩定性分為靜態功角穩定 (又稱為“小擾動穩定”)以及暫態功角穩定(又稱為“大擾動穩定”)。暫態功角穩定是指電 力系統遭受嚴重暫態擾動下保持各母線功角同步的能力，這些擾動可能是指輸電線短路或 失去一臺大型發電機等。在擾動發生后，由于電網中電氣量發生瞬間變化，各發電機瞬時可 能產生原動機的輸入功率與輸出的電磁功率不平衡的情況，進而引起發電機轉子的加速或 減速，導致不同發電機之間的轉子角度差增加，當轉子角度差增加到一定程度時，可能引起 發電機的失步，進而導致電力系統解裂而引發大面積停電事故。電力系統暫態功角穩定分 析的目的是評估電力系統未來運行狀態下可能的故障是否會引起電力系統暫態功角穩定 的破壞，并通過調整電力系統運行狀態或配置安全穩定控制措施增強電力系統故障后的暫 態功角穩定性。
[0003]目前，電力系統穩定性問題是電力系統分析理論和技術中研究得比較透徹和深 入的問題之一，已經具備了較為完整的理論基礎與較完善的分析方法。電力系統暫態穩 定的分析方法主要有時域仿真法、能量函數法以及擴展等面積準則(ExtendedEqual-Area Criterion, EEAC)。時域仿真法是對電力系統中發電機、輸電線路以及負荷建立微分方程 與代數方程模型，在給定擾動的情況下在時域內進行數值積分求解，得到電力系統擾動后 的動態響應，并以此為基礎進行電力系統穩定性的判斷。時域仿真法的優點是可以對復雜 電力系統進行詳細的建模，但是其缺點是計算量很大，計算過程十分復雜。能量函數法又稱 為直接法，其基本思路是根據Liapunov (李雅普諾夫)函數或暫態能量函數的性質判斷電 力系統的穩定性，其優點是可以快速判別電力系統穩定性，但存在詳細系統模型下能量函 數構造困難以及得到結果過于保守的問題。擴展等面積準則將單機無窮大等面積準則擴展 應用到多機系統，建立了故障后加速機群與減速集群的概念，將多機系統的運行軌跡映射 為兩機組群各自等值慣量中心的等值軌跡，采用與單機無窮大近似的準則計算臨界穩定條 件。但該方法仍然存在計算復雜、計算量較大的問題。
[0004]在電力系統風險評估等不確定性分析中，往往需要進行大量的電力系統可能的故 障的功角暫態穩定性判定，對電力系統暫態穩定判定方法的計算速度要求較高。現有的方 法中每一次采樣得到的電力系統故障后均進行一次時序仿真。雖然現有電力系統暫態穩定 的理論與方法較為成熟，但仍然存在兩方面的問題:1)現有的判定方法計算原理較復雜以 及計算開銷較大；2)現有的判定方法均針對某一確定狀態下電力系統故障進行判定，對于大量電力系統故障的每一次判定均需要一次完整的穩定判定計算，因此在判定大量電力系統故障狀態時計算時間很長，難以滿足實際電力系統分析的要求。
[0005]在電力系統風險評估中，每一次采樣得到的線路故障對應的電力系統運行狀態均不相同，但對于同一線路故障，各次米樣中電力系統運行狀態卻具有一定的相似性，若能夠根據典型電力系統運行狀態下電力系統功角暫態穩定的臨界穩定條件近似判定其余非典型狀態下電力系統暫態功角穩定性，則能夠極大的提高計算效率。因此，有必要提供一種電力系統暫態功角穩定性快速判定方法，適用大量的電力系統故障狀態快速批量判定， 以實現電力系統暫態安全穩定的全景化概率性評估。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于典型故障集的電力系統功角穩定性近似判定方法。
[0007]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:一種基于典型故障集的電力系統功角穩定性近似判定方法，其包括以下步驟:
[0008]I)掃描電力系統典型故障集，得到電力系統典型故障集包括n個典型故障，利用 EEAC法得到所有典型故障的電力系統典型運行方式參數M、Pm、Pco, PCD, Pcp, Pmax0, PmaxD、Pmaxp,
Yp Y D、Y P、S ^和PF，以及電力系統故障臨界穩定條件的相關數據8 cr和;其中:M為等效為單機無窮大系統后的系統等效轉動慣量；Pm為等效為單機無窮大系統后的等效機械功率Tetl為故障前等效功角特性初始功率;Pm為故障中等效功角特性初始功率;PeP為故障后等效功角特性初始功率;Pmax(1為故障前等效功角特性功率幅值；P_D為故障中等效功角特性功率幅值；Pmaxp為故障后等效功角特性功率幅值；Yci為故障前等效功角特性初始相位；
YD為故障中等效功角特性初始相位；Y P為故障后等效功角特性初始相位；S ^為等效為單機無窮大系統后系統故障前等效的功角平衡點；PF為故障線路故障前功率；S cr為等效為單機無窮大系統后系統等效轉子角對應的極限切除角為等效為單機無窮大系統后系統等效轉子角對應的極限切除角；
[0009]2)采樣得到上述電力系統故障狀態，且與上述電力系統典型故障集中典型故障分別進行故障匹配；若采樣得到的電力系統故障線路與典型故障的故障線路一致，并且兩者的故障類型對應一致，則認為故障匹配成功，反之則故障匹配失敗；若采樣得到的故障狀態與典型故障集中全部的典型故障均未匹配成功，則認為該采樣得到的系統故障后是暫態穩定的；若采樣得到的故障狀態與典型故障集中任意一個典型故障匹配成功，則進入下一步， 繼續判斷電力系統故障后是否暫態穩定；
[0010]3)記錄采樣得到的電力系統故障線路故障前功率P' F和采樣得到的電力系統故障實際切除時間t。；
[0011]4)采樣得到的電力系統故障狀態所成功匹配的典型故障中的加速機組在采樣得到的電力系統故障狀態中未停機的，即為采樣得到的電力系統故障狀態的加速機組；采樣得到的電力系統故障狀態中加速機組的轉動慣量總和為M' s ；
[0012]5)采樣得到的電力系統故障狀態所成功匹配的典型故障中的減速機組在采樣得到的電力系統故障狀態中未停機的，即為采樣得到的電力系統故障狀態的減速機組；采樣得到的電力系統故障狀態中減速機組的轉動慣量總和為M, A ；[0013]6)按公式M' =W s ?M/ a/(M/ s+M/ A)計算電力系統采樣得到的故障狀態對應的電力系統等效轉動慣量；
[0014]7)按公式t計算等效極限切除時間t' cr ；
[0015]8)按公式APm = P' F-PF計算得到線路故障前等效機械功率的差別APm ；
[0016]9)按公式At。=?計算得到采樣得到的電力系統故障實際切除時間和極限切除時間t' ?之差At。；
[0017]10)按下式計算加速面積的變化AAa:
【權利要求】
1.一種基于典型故障集的電力系統功角穩定性近似判定方法，其包括以下步驟:.1)掃描電力系統典型故障集，得到電力系統典型故障集包括n個典型故障，利用EEAC 法得到所有典型故障的電力系統典型運行方式參數M、Pm、Pco, PCD, Pcp, Pmax0, PmaxD、PmaxP、y 0, yD> yp>、和pF，以及電力系統故障臨界穩定條件的相關數據6?和1;其中:M為等效為單機無窮大系統后的系統等效轉動慣量；Pffl為等效為單機無窮大系統后的等效機械功率；Pco為故障前等效功角特性初始功率；Pcd為故障中等效功角特性初始功率；Pcp為故障后等效功角特性初始功率；Pmax0為故障前等效功角特性功率幅值；Pmaxn為故障中等效功角特性功率幅值；Pmaxp為故障后等效功角特性功率幅值；Ytl為故障前等效功角特性初始相位；Yd為故障中等效功角特性初始相位；Yp為故障后等效功角特性初始相位；δ^為等效為單機無窮大系統后系統故障前等效的功角平衡點；Pf為故障線路故障前功率；δ cr為等效為單機無窮大系統后系統等效轉子角對應的極限切除角； tcr為等效為單機無窮大系統后系統等效轉子角對應的極限切除角；.2)采樣得到上述電力系統故障狀態，且與上述電力系統典型故障集中典型故障分別進行故障匹配；若采樣得到的電力系統故障線路與典型故障的故障線路一致，并且兩者的故障類型對應一致，則認為故障匹配成功，反之則故障匹配失敗；若采樣得到的故障狀態與典型故障集中全部的典型故障均未匹配成功，則認為該采樣得到的系統故障后是暫態穩定的；若采樣得到的故障狀態與典型故障集中任意一個典型故障匹配成功，則進入下一步， 繼續判斷電力系統故障后是否暫態穩定；.3)記錄采樣得到的電力系統故障線路故障前功率P'F和采樣得到的電力系統故障實際切除時間；.4)采樣得到的電力系統故障狀態所成功匹配的典型故障中的加速機組在采樣得到的電力系統故障狀態中未停機的，即為采樣得到的電力系統故障狀態的加速機組；采樣得到的電力系統故障狀態中加速機組的轉動慣量總和為M' s ；.5)采樣得到的電力系統故障狀態所成功匹配的典型故障中的減速機組在采樣得到的電力系統故障狀態中未停機的，即為采樣得到的電力系統故障狀態的減速機組；采樣得到的電力系統故障狀態中減速機組的轉動慣量總和為M, A ；.6)按公式M'=M' S.M' k/{W s+M' A)計算電力系統采樣得到的故障狀態對應的電力系統等效轉動慣量；.7)按公式
【文檔編號】H02J3/00GK103606922SQ201310669444
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】劉開俊, 張寧, 劉靜琨, 陳維江, 李暉, 李勇, 王智冬, 王帥 申請人:國家電網公司, 國網北京經濟技術研究院, 清華大學, 國網山東省電力公司