專利名稱：基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析技術，特別是多機系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式及其在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方面的應用。

背景技術：
電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析在尋找電力系統(tǒng)穩(wěn)定裕度和失穩(wěn)機理方面取得了大量的研究成果。
在分析方法方面主要有暫態(tài)能量函數(shù)法，數(shù)值仿真法和二者相結合的混合法。能量函數(shù)法又包括基于勢能邊界法與相關不穩(wěn)定平衡點法的能量函數(shù)法，擴展等面積法(EEAC及SIME)，單一發(fā)電機等面積(SGEAC)等方法。時域仿真的優(yōu)點是能考慮任意復雜的系統(tǒng)模型，通過多次計算，可得到基于臨界切除時間的穩(wěn)定裕度，但不能快速得到反應系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的量化指標。對大系統(tǒng)而言，由于很難確定失穩(wěn)模式及相關不穩(wěn)定平衡點，基于相關不穩(wěn)定平衡點法的能量函數(shù)法使用起來不是很方便?；谧畲髣菽芩阉鞯膭菽苓吔绶?PEBS)很難得到穩(wěn)定裕度量化指標。為了克服勢能邊界法的能量函數(shù)法的不準確性，在系統(tǒng)慣性中心的基礎上采用了基于雙機等值的修正動能，該修正動能修正掉了與二群各自內(nèi)部各機組之間的“布朗運動”相對應的，對系統(tǒng)失穩(wěn)沒有影響的動能。EEAC及其改進方法在同步坐標基礎上定義了動態(tài)二群機組的等值角度與速度，并進一步定義了基于動態(tài)二群相對運動且能反應系統(tǒng)失穩(wěn)裕度的加速面積與減速面積(動能與勢能)。
在理論研究的基礎上，擴展等面積法EEAC(Extended equal area criterion)或者單一發(fā)電機無限大等值機方法SIME(Single Machine Equivalent)動態(tài)地將暫態(tài)過程中的同步發(fā)電機分為前向機群與后向機群。在二群等值的基礎上，進一步將二等值機系統(tǒng)簡化為一單一發(fā)電機無限大系統(tǒng)，等值機的電磁功率表達為前向等值機群慣性中心角與后向機群慣性中心角之差。但本方法需要動態(tài)劃分前向機群與后向機群，而前向機群與后向機群的劃分是非常難于實現(xiàn)的。
多機系統(tǒng)中單一發(fā)電機電磁功率曲線非常復雜，理論推導可知，當負荷采用恒定阻抗模擬時，任意單一發(fā)電機的輸出電磁功率是系統(tǒng)中所有發(fā)電機轉(zhuǎn)子角度的多元非線性函數(shù)。當負荷采用感應電動機模型時情況更為復雜，任意單一發(fā)電機的輸出電磁功率是系統(tǒng)中所有發(fā)電機轉(zhuǎn)子角度與感應電動機滑差的多元非線性函數(shù)。
多機系統(tǒng)的單一發(fā)電機等面積定則暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)的特點是沒有對電力系統(tǒng)動態(tài)模型作任何假設，不需要對失穩(wěn)模式進行任何假設，穩(wěn)定判別結果與時域仿真完全一致。與時域仿真法相比較，單一發(fā)電機等面積法可方便地求得基于能量的穩(wěn)定與不穩(wěn)定裕度。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出一種基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法，即在多機系統(tǒng)單一發(fā)電機輸出電磁功率特性分析的基礎上，提出多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式，采用時域仿真與數(shù)據(jù)擬合得到用慣性中心坐標系下發(fā)電機本身轉(zhuǎn)子角度表達的功角曲線，將其外推得到發(fā)電機的不穩(wěn)定平衡點角度，采用事后評估與預測評估得到系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)預想事故電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定快速在線分析，用于大規(guī)模電力系統(tǒng)在線暫態(tài)穩(wěn)定評估，為電網(wǎng)運行人員提供當前電網(wǎng)運行狀態(tài)在預想故障情況下系統(tǒng)穩(wěn)定裕度有多大。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術方案是，一種基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法，包括如下基礎步驟 (1)由電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集得到全網(wǎng)數(shù)據(jù)； (2)采用狀態(tài)估計方法對采集到的全網(wǎng)數(shù)據(jù)進行處理，得到全網(wǎng)當前運行狀態(tài)； (3)采用時域仿真對預想事故下當前電網(wǎng)進行仿真，得到故障后電網(wǎng)暫態(tài)功角搖擺曲線與電磁功率曲線；計算得到故障切除以后系統(tǒng)慣性中心坐標系COI下單一發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角度與輸出電磁功率，在正向搖擺與負向搖擺群中選定多臺臨界機組作為臨界機群；根據(jù)當前時刻前一段時間內(nèi)各臨界機的功角與電磁功率數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)擬合得到各發(fā)電機功角曲線的二次或高次多項式系數(shù)；將當前時刻前擬合得到的功角曲線外延得到當前時刻以后的未來時刻的發(fā)電機電磁功角曲線，利用單一發(fā)電機等面積準則計算得到預測臨界機群中的各單一臨界機組的穩(wěn)定裕度； (4)不穩(wěn)定故障的系統(tǒng)不穩(wěn)定裕度為臨界機群中的臨界機組在不穩(wěn)定平衡點的穩(wěn)定裕度最小者；穩(wěn)定故障的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度為臨界機群中各臨界機組在最大轉(zhuǎn)子角度處的穩(wěn)定裕度最小者； (5)穩(wěn)定裕度為負時，警示預想事故，轉(zhuǎn)其它預防控制或緊急控制分析模塊； (6)重復進行上述步驟(3)至(5)，實現(xiàn)預想事故下電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的在線分析。
其中，步驟3中當前時刻前一段時間一般選取當前時刻的前0.1-0.2秒內(nèi)。
本發(fā)明的工作原理和過程進一步描述如下 電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA(Supervisory Control And DataAcquisition)采集得到全網(wǎng)相關數(shù)據(jù)，包括節(jié)點電壓、網(wǎng)絡拓撲、節(jié)點注入功率等。再由狀態(tài)估計進行數(shù)據(jù)處理后得到全網(wǎng)當前運行狀態(tài)；狀態(tài)估計方法可采用當前成熟的、在電力調(diào)度中心使用的任意商用軟件算法。
采用時域仿真對預想事故下當前電網(wǎng)進行仿真研究，計算系統(tǒng)慣性中心坐標系COI下單一發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子角度與輸出電磁功率，利用數(shù)據(jù)擬合得到當前時刻前一段時間內(nèi)單一發(fā)電機輸出電磁功率簡潔表達形式中的多項式系數(shù)，將其外延得到預測的單一發(fā)電機電磁功率，預測臨界機群中的單一發(fā)電機穩(wěn)定裕度；具體過程是 如果負荷采用恒定阻抗并入電網(wǎng)，由理論分析可知機組i的等效電磁功率可表示為 上面式中的

(其中i為1，2，…g”)為發(fā)電機i相對系統(tǒng)慣性中心的轉(zhuǎn)子角度，g為發(fā)電機臺數(shù)。由上式可有如下發(fā)電機等效電磁功率對系統(tǒng)慣性中心坐標系COI下發(fā)電機本身轉(zhuǎn)子位置角度的一階導數(shù) 進一步對上式微分，可計算出電磁功率對功角的高階導數(shù)。
如果負荷采用考慮機電暫態(tài)的異步機負荷，由理論分析可知發(fā)電機i的等效電磁功率可表示為 上面式中

為發(fā)電機i相對系統(tǒng)慣性中心的轉(zhuǎn)子角度，sj(其中j為1，2，…l”)為異步感應電動機j的轉(zhuǎn)子滑差，g為發(fā)電機臺數(shù)，l為感應發(fā)電機臺數(shù)。由上式可有如下發(fā)電機等效電磁功率對系統(tǒng)慣性中心COI坐標系下發(fā)電機本身轉(zhuǎn)子位置角度

的一階導數(shù) 進一步對上式微分，可計算出電磁功率對功角的高階導數(shù)。
任意單一發(fā)電機在達到最大角度

之前P′e，i與

之間是一條連續(xù)可微曲線。由泰勒級數(shù)可有 上式可以簡寫成 上式即為單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式，其中b0，i為發(fā)電機i的功角曲線常數(shù)項；bk，i為發(fā)電機功角曲線中第k次多項式的系數(shù)。
由于上面高階導數(shù)計算起來十分復雜，利用仿真得到的(P′e，i，

)數(shù)據(jù)，通過擬合得到的一元高次多項式來預測單一發(fā)電機從當前功角點到不穩(wěn)定平衡點之間的P-

曲線。由數(shù)學分析可知，在展開點

附近的一個鄰域內(nèi)，泰勒級數(shù)能較好地吻合原曲線。由當前功角點

之前的時刻點上功角曲線數(shù)據(jù)擬合得到的功角曲線函數(shù)應該可以很好地預測當前功角點

到不穩(wěn)定平衡點之間的曲線。
不穩(wěn)定故障的系統(tǒng)不穩(wěn)定裕度為臨界機群中的臨界機組在不穩(wěn)定平衡點的不穩(wěn)定裕度最小者； 即不穩(wěn)定情況下基于單一發(fā)電機等面積定則的機組不穩(wěn)定裕度 系統(tǒng)不穩(wěn)定裕度為uηs＝minuηi 穩(wěn)定故障的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度為臨界機群中各臨界機組在最大轉(zhuǎn)子角度處的穩(wěn)定裕度最小者； 即穩(wěn)定情況下基于單一發(fā)電機等面積定則的加速機組的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度 其中

是臨界發(fā)電機i的最大功角點功角；

是臨界發(fā)電機i的不穩(wěn)定平衡點功角；

是故障切除時刻臨界機組i的角速度或穩(wěn)定平衡點時刻臨界發(fā)電機i的角速度；

是不穩(wěn)定平衡點時刻臨界發(fā)電機i的角速度。
系統(tǒng)穩(wěn)定裕度為ηs＝minηi 通過解下式，可求得發(fā)電機i的不穩(wěn)定平衡點， 式中

為故障切除后擬合確定的

曲線。
同時，警示穩(wěn)定裕度為負的預想事故，轉(zhuǎn)其它預防控制或緊急控制分析模塊；重復進行上述步驟，實現(xiàn)預想事故下電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的在線分析。
采用本發(fā)明所述分析方法分析大系統(tǒng)穩(wěn)定性時，采用單一發(fā)電機等面積方法不必計算所有機組的穩(wěn)定裕度，只需計算前向機群或后向機群中的少數(shù)幾臺臨界機組的穩(wěn)定裕度就可得到系統(tǒng)穩(wěn)定性。
綜上所述，本發(fā)明提供的所述基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法的優(yōu)點包括如下幾個方面 (1)本發(fā)明所述分析方法得到了多機系統(tǒng)中單一發(fā)電機電磁功率的簡潔表達方式。將多機系統(tǒng)中單一發(fā)電機多元非線性功角函數(shù)表達為一用發(fā)電機本身功角表達的一元高次多項式函數(shù)，使得單一發(fā)電機等面積方法能夠方便地應用于多機電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析； (2)利用時域仿真得到故障切除以后系統(tǒng)的暫態(tài)軌跡，得到臨界機群中單一發(fā)電機在系統(tǒng)慣性中心坐標系COI下的轉(zhuǎn)子角度與輸出電磁功率，方法不受模型的限制； (3)采用事后評估方法評估系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度時，在確定穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度時，利用轉(zhuǎn)子角度達到最大值之前的一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，擬合得到臨界機群中各單一發(fā)電機功角曲線多項式系數(shù)，將其外延得到時域仿真不能得到的功角曲線，計算得到臨界機組的穩(wěn)定裕度；對于不穩(wěn)定故障，利用不穩(wěn)定平衡點時刻機組轉(zhuǎn)子的角速度得到機組的不穩(wěn)定裕度，結果可靠； (4)采用預測評估時，利用當前時刻前的一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，擬合得到臨界機群中各臨界機組的功角曲線，外延預測得到未來時刻機組的電磁功角曲線。利用單一發(fā)電機等面積定則可以預測到各臨界機組的不穩(wěn)定裕度。可以提前預測得到系統(tǒng)的不穩(wěn)定裕度與穩(wěn)定裕度。
本發(fā)明所述基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法適用于大規(guī)模電力系統(tǒng)預想事故在線暫態(tài)穩(wěn)定評估。



圖1為本發(fā)明所述分析方法的流程框圖； 圖2為實施例1中6機系統(tǒng)失穩(wěn)搖擺曲線圖； 圖3為實施例1中6機穩(wěn)定系統(tǒng)搖擺曲線圖； 圖4為實施例2中IEEE17機系統(tǒng)75號節(jié)點三相短路，0.356秒切除故障線路時發(fā)電機轉(zhuǎn)子搖擺曲線圖； 圖5為實施例2中IEEE17機系統(tǒng)中支路25-26靠近26節(jié)點側(cè)發(fā)生三相接地，0.196秒切除故障線路時搖擺曲線圖； 其中圖2-圖5中的橫坐標為時間，縱坐標為轉(zhuǎn)子搖擺角度(弧度)。

具體實施例方式 如圖1所示，由電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA采集得到全網(wǎng)相關數(shù)據(jù)，如，發(fā)電功率、負荷功率、網(wǎng)絡拓撲等，由任意商用狀態(tài)估計軟件進行數(shù)據(jù)處理后得到全網(wǎng)當前運行狀態(tài)。
采用時域仿真對預想事故下當前電網(wǎng)進行仿真研究，計算系統(tǒng)慣性中心坐標系COI下單一發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子角度與輸出電磁功率，利用數(shù)據(jù)擬合得到當前時刻前單一發(fā)電機輸出電磁功率理論表達形式中的多項式系數(shù)，將其外延得到預測的單一發(fā)電機電磁功率，預測臨界機群中各單一發(fā)電機穩(wěn)定裕度；不穩(wěn)定故障的不穩(wěn)定裕度為臨界機群中各臨界機組在不穩(wěn)定平衡點的穩(wěn)定裕度最小者；穩(wěn)定故障的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度為臨界機群中各臨界機組在最大轉(zhuǎn)子角度處的穩(wěn)定裕度最小者；警示穩(wěn)定裕度為負的預想事故，轉(zhuǎn)其它預防控制或緊急控制分析模塊；重復進行上述過程，實現(xiàn)預想事故下電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的在線分析。
實施例1 本實施例采用事后評估與預測評估的方法來評估系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。對于失穩(wěn)情況，事后評估是根據(jù)仿真結果得到故障切除時刻或穩(wěn)定平衡點時刻研究發(fā)電機的角速度，以及研究發(fā)電機在不穩(wěn)定平衡點時刻的角速度，計算得到相應的穩(wěn)定裕度。對于穩(wěn)定情況，事后評估是根據(jù)仿真得到的研究發(fā)電機到達最大功角

之前的功角曲線數(shù)據(jù)擬合得到最大功角點到不穩(wěn)定平衡點之間的功角曲線，利用本發(fā)明提出的相關計算公式計算得到相應穩(wěn)定裕度。所謂預測評估就是利用當前功角點

之前的功角曲線數(shù)據(jù)，利用擬合并外延得到相應功角曲線，能夠在機組達到最大功角點或者不穩(wěn)定平衡點之前并計算出相應機組的穩(wěn)定裕度。
本實施例介紹的是6機系統(tǒng)失穩(wěn)故障的事后評估和預測評估，6機系統(tǒng)的相關原始數(shù)據(jù)參見后述附錄。
其中6機系統(tǒng)失穩(wěn)故障的事后評估為 6機系統(tǒng)在5號節(jié)點發(fā)生三相瞬時短路，0.36秒故障，搖擺曲線如圖2所示。在故障切除以后的最初階段，根據(jù)單一發(fā)電機等面積定則，臨界發(fā)電機G1、G2、G3、G6的穩(wěn)定裕度如表1所示。表中

為故障切除時刻或平衡點時刻發(fā)電機的角加速度；

為不穩(wěn)定平衡點時刻發(fā)電機的角加速度；tcr為發(fā)電機越過不穩(wěn)定平衡點的時間。由表中單一發(fā)電機的一擺穩(wěn)定裕度可知，系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度為-0.568。
表1臨界單一發(fā)電機不穩(wěn)定裕度
采用EEAC(擴展等面積)評估系統(tǒng)穩(wěn)定裕度時，不同的機組分群方式有不同的評估結果。由表2數(shù)據(jù)可知，不同的分群方式會有不同的穩(wěn)定裕度結果。
表2不同分群得到的穩(wěn)定裕度
6機系統(tǒng)失穩(wěn)故障的預測評估 在當前功角點時，可以得到穩(wěn)定裕度計算式為 式中

與

分別為研究發(fā)電機在當前時刻的功角與角速度，

為研究單一發(fā)電機在穩(wěn)定平衡點時刻的角速度或故障切除時刻的角速度，P′e為研究單一發(fā)電機的功角曲線，Pm為研究單一發(fā)電機的機械功率，

為研究單一發(fā)電機的不穩(wěn)定平衡點功角。隨著仿真的推進，

不斷向不穩(wěn)定平衡點功角

靠近，擬合的P′e得到不斷更新，得到的預測穩(wěn)定裕度不斷向事后評估裕度逼近，因而仿真時間越長計算得到的穩(wěn)定裕度越準確。上面的穩(wěn)定裕度計算式中，

與

都是仿真(測量)得到的，只有在

與

之間的功角曲線及

是由擬合或求解得到。裕度計算公式計算穩(wěn)定裕度時充分利用了已有仿真或測量結果，對擬合P′e的外延區(qū)間減到了最小，采用簡單的二次函數(shù)擬合即可得到令人滿意的結果。利用不同樣本時間的數(shù)據(jù)，發(fā)電機2的功角曲線擬合結果、預測的不穩(wěn)定平衡點角度與穩(wěn)定裕度如表3所示。由時域仿真得到的不穩(wěn)定平衡點角度為-1.39，隨著仿真時間的加長，擬合預測得到的不穩(wěn)定平衡點角度越來越接近時域仿真得到的準確的不穩(wěn)定平衡點角度。發(fā)電機3和發(fā)電機6的預測穩(wěn)定裕度如表4、5所示。
表3發(fā)電機2的預測穩(wěn)定裕度
表4發(fā)電機3的預測穩(wěn)定裕度
表5發(fā)電機6的預測穩(wěn)定裕度
6機系統(tǒng)穩(wěn)定場景的穩(wěn)定評估 對穩(wěn)定故障，即可以采用預測評估的方法，也可以采用事后評估的方法進行穩(wěn)定裕度的量化計算。系統(tǒng)故障為15號節(jié)點發(fā)生三相短路，0.16秒故障切除。搖擺曲線如圖3所示，在觀察時段內(nèi)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。對正向搖擺的臨界機組與負向搖擺的臨界機組進行了穩(wěn)定裕度的評估，其結果如表6與表7所示。由時域仿真與曲線擬合得到各臨界機組的功角曲線，求得相應的單一發(fā)電機不穩(wěn)定平衡點角度，得到各機組的穩(wěn)定裕度。表6與表7穩(wěn)定裕度結果采用的擬合樣本時間為各臨界機組達到最大功角點之前0.1秒。應當特別指出的是，穩(wěn)定情況下，機組的不穩(wěn)定平衡點通過時域仿真是得不到的，將本發(fā)明擬合得到的功角曲線外推可以得到仿真無法得到的不穩(wěn)定平衡點角度。由搖擺曲線與表6及表7所示的數(shù)據(jù)可知，表中的穩(wěn)定裕度大小正確反應了機組搖擺的嚴重程度。
表6負向搖擺臨界機的預測穩(wěn)定裕度
表7正向搖擺臨界機的預測穩(wěn)定裕度
實施例2 IEEE17機系統(tǒng)測試的第一個故障是支路75-9靠近75號節(jié)點處三相短路，0.356秒切除故障線路。搖擺曲線如圖4所示。故障切除以后，系統(tǒng)一擺是穩(wěn)定的，二擺失去穩(wěn)定。利用故障切除以后0.1秒的數(shù)據(jù)，由擬合得到單一發(fā)電機簡潔功角曲線及預測的單一發(fā)電機一擺穩(wěn)定裕度如表8所示。隨著采樣時間接近最大轉(zhuǎn)子角度時間，預測得到的單一發(fā)電機穩(wěn)定裕度越來越接近表9所示的事后評估得到的穩(wěn)定裕度。預測的處于130節(jié)點的發(fā)電機二擺穩(wěn)定裕度為負，系統(tǒng)失去穩(wěn)定，與仿真情況一致。
表8樣本時間為故障切除后01秒下IEEE17機系統(tǒng)單一發(fā)電機功角曲線及穩(wěn)定裕度
表9樣本時間為最大功角前0.1秒下IEEE17機系統(tǒng)單一發(fā)電機功角曲線及穩(wěn)定裕度
IEEE17機系統(tǒng)的第二個測試故障是支路25-26靠近26節(jié)點側(cè)發(fā)生三相接地，0.196秒切除故障線路。搖擺曲線如圖5所示，由搖擺曲線可知在節(jié)點73與76上的臨界發(fā)電機組是前向機組，系統(tǒng)以二群失穩(wěn)的模式失去同步穩(wěn)定。由單一發(fā)電機等面積法則得到76號機上的穩(wěn)定裕度為-0.732。與實際情況相符。
實施例3 某電力系統(tǒng)有584個節(jié)點，531個負荷，87臺發(fā)電機以及1284條支路。EGBZ2，EGBZ3節(jié)點間463號線路靠近EGBZ2側(cè)發(fā)生三相短路，0.2秒故障切除。故障切除以后，采用本發(fā)明方法得到4個臨界機群的一擺穩(wěn)定裕度分別如表10所示。表中UEP1是樣本時間為0.2-0.3秒預測得到的不穩(wěn)定平衡點，預測穩(wěn)定裕度是根據(jù)擬合得到的單一發(fā)電機功角曲線，采用預測評估方法得到的。UEP2為采用時域仿真得到的、準確的不穩(wěn)定平衡點，但由于196號節(jié)點上的發(fā)電機一擺穩(wěn)定，其UEP2是根據(jù)功角曲線與原動機功率平衡求解得到。節(jié)點190、191及193節(jié)點上的發(fā)電機單一發(fā)電機穩(wěn)定裕度是根據(jù)時域仿真得到的不穩(wěn)定平衡點時刻發(fā)電機轉(zhuǎn)子速度得到的。由于196節(jié)點上發(fā)電機一擺穩(wěn)定，其穩(wěn)定裕度是由擬合得到的功角曲線得到的。系統(tǒng)穩(wěn)定裕度為單一發(fā)電機穩(wěn)定裕度的最小者。系統(tǒng)穩(wěn)定裕度與仿真結果完全一致。
由表10數(shù)據(jù)可知預測的穩(wěn)定裕度、不穩(wěn)定平衡點與仿真得到的穩(wěn)定裕度、不穩(wěn)定平衡點非常接近。
表10某87機系統(tǒng)單一發(fā)電機功角曲線及穩(wěn)定裕度 附錄6機系統(tǒng)參數(shù) 本附錄給出了6機系統(tǒng)標幺值參數(shù)，基準值為100MVA。
表A1支路阻抗 表A2發(fā)電機參數(shù) 表A3節(jié)點電壓 表A4負荷功率 表A5等值并聯(lián)容性電納
權利要求
1.一種基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法，其特征是，包括如下基礎步驟
(1)由電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集得到全網(wǎng)數(shù)據(jù)；
(2)采用狀態(tài)估計方法對采集到的全網(wǎng)數(shù)據(jù)進行處理，得到全網(wǎng)當前運行狀態(tài)；
(3)采用時域仿真對預想事故下當前電網(wǎng)進行仿真，得到故障后電網(wǎng)暫態(tài)功角搖擺曲線與電磁功率曲線；計算得到故障切除以后系統(tǒng)慣性中心坐標系COI下單一發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角度與輸出電磁功率，在正向搖擺與負向搖擺群中選定多臺臨界機組作為臨界機群；根據(jù)當前時刻前一段時間內(nèi)各臨界機的功角與電磁功率數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)擬合得到各發(fā)電機功角曲線的二次或高次多項式系數(shù)；將當前時刻前擬合得到的功角曲線外延得到當前時刻以后的未來時刻的發(fā)電機電磁功角曲線，利用單一發(fā)電機等面積準則計算得到預測臨界機群中的各單一臨界機組的穩(wěn)定裕度；
(4)不穩(wěn)定故障的系統(tǒng)不穩(wěn)定裕度為臨界機群中的臨界機組在不穩(wěn)定平衡點的穩(wěn)定裕度最小者；穩(wěn)定故障的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度為臨界機群中各臨界機組在最大轉(zhuǎn)子角度處的穩(wěn)定裕度最小者；
(5)穩(wěn)定裕度為負時，警示預想事故，轉(zhuǎn)其它預防控制或緊急控制分析模塊；
(6)重復進行上述步驟(3)至(5)，實現(xiàn)預想事故下電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的在線分析。
2.根據(jù)權利要求1所述基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法，其特征是，所述臨界機群是在正向搖擺與負向搖擺群中各選定的3-5臺臨界機組構成的臨界機群。
3.根據(jù)權利要求1或2所述基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法，其特征是，所述步驟3的具體步驟為
如果負荷采用恒定阻抗并入電網(wǎng)，由理論分析可知發(fā)電機i的等效電磁功率可表示為
上面式中的
為發(fā)電機i相對系統(tǒng)慣性中心的轉(zhuǎn)子角度，g為發(fā)電機臺數(shù)，由上式可有如下發(fā)電機等效電磁功率對系統(tǒng)慣性中心坐標系COI下各發(fā)電機本身轉(zhuǎn)子位置角度的一階導數(shù)
進一步對上式微分，計算出電磁功率對功角的高階導數(shù)；
如果負荷采用考慮機電暫態(tài)的異步機負荷，由理論分析可知發(fā)電機i的等效電磁功率可表示為
上面式中的sj為異步感應電動機j的轉(zhuǎn)子滑差，l為感應發(fā)電機臺數(shù)，由上式可有如下發(fā)電機等效電磁功率對系統(tǒng)慣性中心坐標系COI下各發(fā)電機本身轉(zhuǎn)子位置角度的一階導數(shù)
進一步對上式微分，可計算出電磁功率對功角的高階導數(shù)；
任意單一發(fā)電機在達到最大角度
之前，P′e，i與
之間是一條連續(xù)可微曲線，由泰勒級數(shù)可有
上式可以簡寫成
利用仿真得到的
數(shù)據(jù)，通過擬合得到的一元高次多項式來預測單一發(fā)電機從當前功角點到不穩(wěn)定平衡點之間的
曲線；由數(shù)學分析可知，在展開點
附近的一個鄰域內(nèi)，泰勒級數(shù)吻合原曲線；由當前功角點
之前的時刻點上功角曲線數(shù)據(jù)擬合得到的功角曲線函數(shù)預測當前功角點
到不穩(wěn)定平衡點之間的曲線。
4.根據(jù)權利要求3所述基于多機系統(tǒng)單一發(fā)電機功角曲線簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法，其特征在于，所述穩(wěn)定裕度具體為
不穩(wěn)定情況下基于單一發(fā)電機等面積定則的機組不穩(wěn)定裕度
系統(tǒng)不穩(wěn)定裕度為
uηs＝minuηi
穩(wěn)定情況下基于單一發(fā)電機等面積的加速機組的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度
是臨界發(fā)電機i的最大功角點功角；
是臨界發(fā)電機i的不穩(wěn)定平衡點功角；
是故障切除時刻臨界發(fā)電機i的角速度或穩(wěn)定平衡點時刻臨界發(fā)電機i的角速度；
是不穩(wěn)定平衡點時刻臨界發(fā)電機i的角速度；Pmi為發(fā)電機原動機功率，P′ei為發(fā)電機i的等效電磁功率；
系統(tǒng)穩(wěn)定裕度為ηs＝minηi
通過解下式可求得發(fā)電機i的不穩(wěn)定平衡點
式中
為故障切除后擬合確定的未來時刻的
曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多機電力系統(tǒng)單一發(fā)電機電磁功率簡潔表達方式的暫態(tài)穩(wěn)定在線分析方法，由傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析可知電力系統(tǒng)中任意單一發(fā)電機的輸出電磁功率是所有發(fā)電機功角的多元非線性函數(shù)或所有發(fā)電機的功角與感應機轉(zhuǎn)子滑差的多元非線性函數(shù)。經(jīng)泰勒級數(shù)展開得到復雜電力系統(tǒng)任一單一發(fā)電機電磁輸出功率的簡潔表達形式。時域仿真得到多機電力系統(tǒng)功角搖擺曲線及電磁功率曲線，利用數(shù)據(jù)擬合得到高次多項式函數(shù)中的系數(shù)。將擬合得到的功角曲線外延，得到預測的未來時刻的功角曲線。利用得到的單一發(fā)電機功角曲線簡潔表達形式，可以得到多機系統(tǒng)中單一發(fā)電機及系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。本發(fā)明可用于大規(guī)模電力系統(tǒng)在線暫態(tài)穩(wěn)定分析。
文檔編號H02J3/00GK101794998SQ20101906000
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權日2010年2月5日
發(fā)明者吳政球 申請人:湖南大學