基于起振特性的强迫振荡扰动源识别和解列方法 |
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| 申请号 | CN201410275675.7 | 申请日 | 2014-06-19 | 公开(公告)号 | CN104269866A | 公开(公告)日 | 2015-01-07 |
| 申请人 | 国网宁夏电力公司; 国电南瑞科技股份有限公司; 国家电网公司; | 发明人 | 耿天翔; 鲍颜红; 项丽; 李峰; 摆世彬; 徐伟; 陈颜; 方勇杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于起振特性的强迫振荡扰动源识别和解列方法，属于电 力 系统紧急调控技术领域。本发明将强迫振荡的起振特性与扰动源 定位 能量 函数法相结合，从多个疑似扰动源区域中识别出正确 位置 ，如扰动源区域满足 电能 供需平衡的条件且非扰动源区域中不存在 孤岛 ，即可解列扰动源所在区域与系统间的联络断面线路；否则将识别出的扰动源所在区域作为初始孤岛并对孤岛邻接 节点 进行搜索，调整联络断面直至满足电能供需平衡且解列后余下 电网 连通的条件。本发明解决了强迫振荡控制的扰动源定位的难题，利用本发明方法可以在检测到振荡发生时实时给出解列控制措施，对抑制振荡、保障互联电力系统的稳定运行有着重大意义。 | ||||||
| 权利要求 | 1.基于起振特性的强迫振荡扰动源识别和解列方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 基于起振特性的强迫振荡扰动源识别和解列方法技术领域背景技术[0002] 随着电力系统网架结构的增强以及系统中各类阻尼控制装置的完善，目前传统的弱阻尼型低频振荡已经较少发生，强迫振荡成为目前低频振荡事故的主要形式。由于强迫振荡具有扰动源明确、扰动消除后系统振荡可自动平息的特点，因此定位扰动源并将扰动源从系统中解列，是抑制强迫振荡的有效手段。 [0003] 随着广域监测系统(WAMS)在我国电网中的推广，高压、特高压母线已基本装有同步相角测量装置(PMU)，这使得快速定位扰动源成为可能。在强迫振荡扰动源定位方法的现有研究中，能量函数法是主要的发展方向之一。余一平等在《电力系统自动化》(2010,34(5)：1-6)发表了《基于能量函数的强迫功率振荡扰动源定位》，提出通过关键节点所连接支路的势能流入、流出节点情况可以在线判断扰动源的大致方位。胡伟等在高电压技术(2012,38(4)：1006-1011)发表了《基于耗散功率的区域电网强迫功率振荡扰动源定位》，选择势能变化率中的恒定分量作为判断势能流向的依据，其中定义耗散功率Pdis为： [0004] [0005] 该式中，A1和 分别为功率变化量幅值和变化量初始相角，A2和 分别为角频率变化量幅值和变化量初始相角。若Pdis为正，表示势能从线路首端传向线路末端；若Pdis为负，表示势能从线路末端流向首端。根据线路上势能的流向，可以判断出扰动源所在节点。该方法简化了能量函数法的判据，但仍受到PMU布点条件的限制。由于扰动源通常位于电压等级较低的机组或负荷，而PMU装置配备于电压等级较高的节点，当PMU测点无法覆盖扰动源所在厂站时，可能出现辨识出多个不相连的疑似扰动源所在区域。 [0006] 而根据专利“引发强迫功率振荡的原动机扰动源定位方法”(ZL201110091805.8)公布的内容可知，强迫振荡具有起振阶段。由于电力网络中惯性环节的存在，距离扰动源电气距离较近的测点各测量起振相位要超前于距离扰动源电气距离较远的测点，该特性可用于扰动源定位依据。然而，由于强迫振荡的起振暂态过程比较短暂，该判据误差较大，使用条件较苛刻。 [0007] 同时，国内外对电网的主动解列问题已进行了许多研究，但现有主动解列研究着眼于失步解列问题，对解列强迫振荡扰动源区域缺少研究。《电力系统安全稳定导则》(DL755-2001)中规定电网应分为若干个尽量发电与负荷平衡的供电分区，将扰动源位置与电网实际分区相匹配，解列断面即为该分区与余下电网间的联络线。然而，若该电网实际分区中，电能供需不平衡量过大，会造成不必要的电能损失。 发明内容[0008] 本发明目的是：针对现有技术中识别扰动源和解列电网存在的问题，本发明将上述现有技术中识别扰动源的两种方法相结合，基于起振特性从多个疑似区域中识别出扰动源的正确位置，并结合扰动源解列的特点，提出适用于扰动源区域解列的断面调整规则，将扰动源所在位置作为初始孤岛，搜索孤岛的邻接节点对解列断面进行调整，以满足解列条件，达到主动解列扰动源的目的。 [0009] 具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括如下步骤： [0010] 1)当系统发生强迫功率振荡时，以能量函数法计算PMU监测线路的势能流向； [0011] 若存在所有连接线路势能流向只出不入的某一节点，则将该节点作为扰动源，此时扰动源所在区域仅包含有该节点； [0012] 当PMU测点无法覆盖扰动源所在节点时，根据PMU监测线路的势能流向确定多个疑似的扰动源所在区域，计算各区域中PMU监测线路在起振阶段的相位，将相位最超前线路所连接的区域作为扰动源所在区域； [0013] 2)以扰动源所在区域与剩余系统之间的联络断面作为初始解列断面，若断面解列导致非扰动源区域形成孤岛，则将孤岛归入扰动源所在区域后重新确定初始解列断面； [0014] 如果以上确定的扰动源所在区域满足电能供需平衡的条件，则将初始解列断面作为扰动源所在区域解列方案，否则，将识别出的扰动源所在区域作为初始孤岛并对孤岛邻接节点进行搜索，调整联络断面直至满足电能供需平衡的条件且解列后余下电网连通，将调整后的联络断面线路作为扰动源所在区域解列方案。 [0015] 上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤1)具体包括以下步骤： [0016] 1-1)当系统发生强迫功率振荡时，以能量函数法计算PMU监测线路的势能流向，若存在所有连接线路势能流向只出不入的某一节点，则将该节点作为扰动源，此时扰动源所在区域仅包含有该节点；否则，进入步骤1-2)； [0017] 1-2)删除势能流入节点并进行拓扑分析，确定由此形成的无连接关系的节点集合；若集合唯一，将该节点集合作为扰动源所在区域；否则，将各无连接关系的节点集合作为疑似扰动源所在区域，进入步骤1-3)； [0018] 1-3)若存在连接线路势能流向均为流出的疑似扰动源所在区域，将该区域作为扰动源所在区域；否则，对疑似扰动源所在区域节点集合的连接线路中PMU监测的线路，计算强迫振荡初始阶段线路有功功率曲线的相位，将起振相位最超前线路所连接的区域作为扰动源所在区域。 [0019] 上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤2)中的扰动源区域解列方案应满足以下条件： [0020] (1)解列后需满足孤岛功率平衡条件：即孤岛功率不平衡量不得大于该区域紧急工况下切机切负荷的最大容许值； [0021] (2)解列后需保证剩余电网的连通性：即解列断面不能导致非扰动源区域节点形成孤岛。 [0022] 上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤2)具体包括以下步骤： [0023] 2-1)以扰动源所在区域与剩余系统之间的联络断面作为初始解列断面，若断面解列导致非扰动源所在区域形成孤岛，则将孤岛归入扰动源所在区域后重新确定初始解列断面； [0024] 如果以上确定的扰动源所在区域满足电能供需平衡的条件，则将初始解列断面作为扰动源所在区域解列方案，进入步骤2-7)；否则，进入步骤2-2)； [0025] 2-2)将与扰动源所在区域直接相连的非扰动源区域节点组成修正节点集合； [0026] 2-3)判断修正节点集合内是否有使得扰动源所在区域满足功率平衡条件的可归入扰动源所在区域的节点，如果有则进入步骤2-4)，没有则进入步骤2-6)； [0027] 2-4)当扰动源所在区域的发电大于负荷时，若修正节点集合中的某负荷节点归入扰动源所在区域不会造成解列后非扰动源所在区域形成孤岛，则将其归入扰动源所在区域； [0028] 当扰动源所在区域的负荷大于发电时，若修正节点集合中的某发电机节点归入扰动源所在区域不会造成解列后非扰动源所在区域形成孤岛，则将其归入扰动源所在区域； [0029] 2-5)若扰动源所在区域满足孤岛功率平衡条件，则进入步骤2-7)；否则，进入步骤2-6)； [0030] 2-6)将修正节点集合内节点的扰动源所在区域之外的邻接节点，也归入该集合内，返回步骤2-4)； [0031] 2-7)建议对扰动源区域与系统的联络断面线路进行解列操作，形成强迫振荡扰动源区域的解列方案。 [0032] 本发明的有益效果如下：本发明在PMU测点无法覆盖扰动源所在厂站时，将强迫振荡的起振特性与扰动源定位能量函数法相结合，从多个疑似扰动源区域中识别出正确位置，并为保证解列后电网能够安全稳定运行，调整解列断面直至扰动源区域满足电能供需平衡的条件且非扰动源区域中不存在孤岛。本发明将强迫振荡的起振特性与扰动源定位能量函数法相结合，可从多个疑似扰动源区域中有效识别出正确位置，从而克服了现有专利技术定位扰动源时中判据误差较大、使用条件较苛刻的缺陷。同时，本发明通过调整联络断面直至满足电能供需平衡且解列后余下电网连通的条件，也克服了现有技术中解列断面带来的电能损失的问题。因此，本发明解决了强迫振荡控制的扰动源定位的难题，利用本发明可以在检测到振荡发生时，实时给出解列控制措施，对抑制振荡、保障互联电力系统的稳定运行有着重大意义。附图说明 [0033] 图1为本发明方法的流程图。 [0034] 图2为本发明实施例中的南方电网部分地区电网架构示例图。 [0035] 图3为本发明实施例中的厂七线、厂和线及玉墨线起振时有功功率曲线图。 具体实施方式[0036] 下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。 [0037] 图1中步骤1-1描述的是当系统发生强迫功率振荡时，以能量函数法计算PMU监测线路的势能流向，若存在所有连接线路势能流向只出不入的某一节点，则将该节点作为扰动源，即扰动源所在区域仅包含有该节点，进入步骤2-1；否则，进入步骤1-2。 [0038] 图1中步骤1-2描述的是删除势能流入节点并进行拓扑分析，确定由此形成的无连接关系的节点集合；若集合唯一，将该节点集合作为扰动源所在区域，进入步骤2-1；否则，将各无连接关系的节点集合作为疑似扰动源所在区域，进入步骤1-3。 [0039] 图1中步骤3描述的是若存在连接线路势能流向均为流出的疑似扰动源所在区域，将该区域作为扰动源所在区域；否则，对疑似扰动源所在区域节点集合的连接线路中PMU监测的线路，计算强迫振荡初始阶段线路有功功率曲线的相位，将起振相位最超前线路所连接的区域作为扰动源所在区域；进入步骤2-1。 [0040] 以下以一个实例对图1中步骤1-1～1-3进行具体说明： [0041] 对云南小龙潭机组上施加频率为0.466Hz的机械扰动，激发南方电网强迫振荡，振荡模式是全网的区域间振荡。 [0042] 图2为云南电网部分地区电网架构示意图，假设仅有厂口及玉溪节点装设有PMU装置。 [0043] 执行图1中步骤1-1，对该分区内的PMU监测线路进行能量函数法计算，图2中箭头所示方向即为势能流动方向，由于不存在所有连接线路势能流向只出不入的某一节点，因此进入步骤1-2。 [0044] 执行图中步骤1-2，删除势能流入节点(宝峰、玉溪、厂口、曲靖)并进行拓扑分析，形成{草铺，和平}与{七甸，红河，小龙潭，巡检司，罗平，墨江}两组区域，由于区域不唯一，进入步骤1-3。 [0045] 执行图1中步骤1-3，由于PMU测点不全，不能监测到两组区域的对外联络线势能流向是否均为流出，所以根据起振相位判断扰动源所在区域。{草铺，和平}区域与大电网间连接的PMU监测线路为厂和线，{七甸，红河，小龙潭，巡检司，罗平，墨江}与大电网间连接的PMU监测线路为厂七线及玉墨线，对以上3条线路强迫振荡起振阶段的有功振荡曲线进行比较，得到图3中结果，玉墨线起振相位最为超前，则判断与玉墨线连接的{七甸，红河，小龙潭，巡检司，罗平，墨江}区域即为扰动源所在区域。 [0046] 图1中步骤2-1描述的是以扰动源所在区域与剩余系统之间的联络断面作为初始解列断面，若断面解列导致非扰动源所在区域形成孤岛，则将孤岛归入扰动源所在区域后重新确定初始解列断面。如果以上确定的扰动源所在区域满足电能供需平衡的条件，则将初始解列断面作为扰动源所在区域解列方案，进入步骤2-7；若扰动源所在区域不能满足电能供需平衡的条件，进入步骤2-2。 [0047] 图1中步骤2-2描述的是将与扰动源所在区域直接相连的非扰动源区域节点组成修正节点集合。 [0048] 图1中步骤2-3描述的是判断修正节点集合内是否有使得扰动源所在区域满足功率平衡条件的可归入扰动源所在区域的节点，如果有则进入步骤2-4，没有则进入步骤2-6。 [0049] 图1中步骤2-4描述的是当扰动源所在区域的发电大于负荷时，若修正节点集合中的某负荷节点归入扰动源所在区域不会造成解列后非扰动源所在区域形成孤岛，将其归入扰动源所在区域；当扰动源所在区域的负荷大于发电时，若修正节点集合中的某发电机节点归入扰动源所在区域不会造成解列后非扰动源所在区域形成孤岛，将其归入扰动源所在区域。 [0050] 图1中步骤2-5描述的是若扰动源所在区域满足孤岛功率平衡条件，则进入步骤2-7；否则，进入步骤2-6。 [0051] 图1中步骤2-6描述的是将修正节点集合内节点的扰动源所在区域之外的邻接节点，也归入该集合内，返回步骤2-4； [0052] 图1中步骤2-7描述的是建议对扰动源区域与系统的联络断面线路进行解列操作，形成强迫振荡扰动源区域的解列方案。 |
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