一種基于pmu的電力系統(tǒng)在線實時低頻減載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于PMU的在線實時低頻減載的方法，屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制 的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 預(yù)防電力系統(tǒng)的大停電，已經(jīng)成為當(dāng)今電力系統(tǒng)面臨的一個重要問題。當(dāng)系統(tǒng)出 現(xiàn)較大有功功率缺額時，會引起頻率下降，易造成系統(tǒng)頻率失穩(wěn)。而低頻減載作為電力系統(tǒng) 第三道防線，是抑制頻率下降、維持頻率穩(wěn)定的有效方法。
[0003] 低頻減載的關(guān)鍵問題之一是功率不平衡量的確定?，F(xiàn)有的離線整定實質(zhì)上是采 用了"逐次逼近"的計算方法，根據(jù)各種運行方式和各種可能發(fā)生的事故情況找出實際可能 發(fā)生的最大功率缺額來確定低頻減載所切負(fù)荷的總量。該方法雖然可以有效地阻止頻率下 降，但沒有考慮到運行時的具體情況以及事故等級的不同，往往會過量切除負(fù)荷，或者無選 擇的切負(fù)荷引起不必要的經(jīng)濟(jì)損失。另外根據(jù)傳統(tǒng)方案整定減負(fù)荷裝置，切負(fù)荷必須等到 頻率降低到整定值以下才動作，可能會錯過最佳切除時間，也會導(dǎo)致對繼電器正確動作的 依賴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有低頻減載策略之弊端，提供一種基于PMU的電力系統(tǒng) 在線實時低頻減載方法，可以針對運行時的具體情況以及不同的事故，利用PMU的實時測 量數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)初始的頻率變化率，在線實時決定切負(fù)荷量，有選擇的快速切除負(fù)荷，減 少對繼電器正確動作的依賴，有效的防止欠切或過切，以便更好地開展電力系統(tǒng)低頻減載 工作，并提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。
[0005] 本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] -種基于PMU的電力系統(tǒng)在線實時低頻減載方法，所述方法首先通過PMU的測量 數(shù)據(jù)，得到系統(tǒng)的等值慣性中心的頻率及其頻率變化率；然后，結(jié)合轉(zhuǎn)子運動平衡方程求出 系統(tǒng)的總功率不平衡量；最后，利用潮流追蹤算法找出與故障機(jī)組供求關(guān)系密切的負(fù)荷并 將總的功率不平衡量分配到各負(fù)荷節(jié)點。通過上述方法，可以根據(jù)系統(tǒng)頻率的實時變化情 況，在線決定切負(fù)荷量，有選擇的快速切除負(fù)荷，減少對繼電器正確動作的依賴，改善了系 統(tǒng)的低頻減載性能。通過對CEPRI-36節(jié)點系統(tǒng)的分析，驗證了所提方法的有效性。
[0007] 上述基于PMU的電力系統(tǒng)在線實時低頻減載方法，按照以下步驟進(jìn)行：
[0008] a.通過PMU的測量數(shù)據(jù)，得到系統(tǒng)等值慣性中心的頻率及其變化率；
[0009] b.結(jié)合轉(zhuǎn)子運動平衡方程求出系統(tǒng)的總功率不平衡量；
[0010] c.利用潮流追蹤算法找出與故障機(jī)組供求關(guān)系密切的負(fù)荷，并將總的功率不平衡 量分配到各負(fù)荷節(jié)點；
[0011] 上述基于PMU的電力系統(tǒng)在線實時低頻減載方法，通過PMU的測量數(shù)據(jù)，得到系統(tǒng) 等值慣性中心的頻率及其變化率的方法如下：
[0012] ①多機(jī)系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)慣性常數(shù)的確定。首先，需要清楚發(fā)電機(jī)慣性常數(shù)H1和H1,sys的區(qū)別。H1的計算基于第i臺發(fā)電機(jī)的視在功率Sn,i，但對于多機(jī)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)基準(zhǔn)功率 的選取應(yīng)該考慮整個系統(tǒng)，而不是僅考慮某一臺發(fā)電機(jī)。現(xiàn)在定義一個新的系統(tǒng)基準(zhǔn)容量 Sb_,sys，那么所有發(fā)電機(jī)的慣性常數(shù)應(yīng)該修正為：
[0013] Hljsys = H1-SnjlZSbasejsys (1)
[0014] 結(jié)合單臺機(jī)運動平衡方程，引入慣量中心（Center of Inertia, C0I)的概念，假設(shè) 系統(tǒng)中共有j臺發(fā)電機(jī)，則慣量中心的慣性常數(shù)為：
[0016] ②系統(tǒng)等值慣性中心頻率及其變化率的確定。由于頻率是一個全局量，而不是局 部的系統(tǒng)參數(shù)。為了構(gòu)建一個有效的低頻減載方案，需要計算系統(tǒng)等值慣性中心的頻率 fan,pu，而不僅僅是就地的頻率測量值這是獲得一個電力系統(tǒng)全局狀態(tài)信息的有效方 法。電力系統(tǒng)等值慣性中心頻率標(biāo)么值：
[0018] 關(guān)于系統(tǒng)等值慣性中心頻率變化率的確定，由于大擾動時df/dt易受振蕩的影 響，從而引起低頻繼電器誤動，此處采用Af/At代替df/dt，通過選擇合適的時間間隔 At，就可以得到非常接近系統(tǒng)實際頻率變化率的值，而且不受其他振蕩的影響。
[0019] 上述基于PMU的電力系統(tǒng)在線實時低頻減載方法，結(jié)合轉(zhuǎn)子運動平衡方程求出系 統(tǒng)的總功率不平衡量的方法如下：
[0020] ①根據(jù)簡化的系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型，可以得到頻率變化率的初值與導(dǎo)致系統(tǒng)頻率下 降的擾動值Pstep (基于系統(tǒng)基準(zhǔn)值的標(biāo)么值）的關(guān)系：
[0022] ②由于Pstep是基于簡化的系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型，考慮實際系統(tǒng)，最終的系統(tǒng)總功率 不平衡量應(yīng)在Pstep的基礎(chǔ)上乘以修正系數(shù)k，即系統(tǒng)總功率不平衡量P' step = PstepXk, k 取值范圍一般在1-1. 5之間。
[0023] 上述基于PMU的電力系統(tǒng)在線實時低頻減載方法，利用潮流追蹤算法找出與故障 機(jī)組供求關(guān)系密切負(fù)荷，并將總的功率不平衡量分配到各負(fù)荷節(jié)點的方法如下：
[0024] ①在潮流追蹤前，需將線路損耗和充電功率首先移至線路兩端等效為節(jié)點功率注 入，將系統(tǒng)化為無損網(wǎng)絡(luò)，然后利用潮流追蹤算法找出與故障機(jī)組供求關(guān)系密切的負(fù)荷。
[0025] ②由于在潮流追蹤前把系統(tǒng)化為了無損網(wǎng)絡(luò)。因此，潮流追蹤結(jié)果與實際功率缺 額之間將存在一個很小的差值。針對此問題，本發(fā)明采用了先對潮流追蹤結(jié)果歸一化處理， 然后重新計算相應(yīng)的減載量的方法對各負(fù)荷節(jié)點進(jìn)行減載量分配。
[0026] 假設(shè)功率缺額為P，與故障機(jī)組存在供求關(guān)系的m個負(fù)荷為L1，…，Lni，對應(yīng)的潮流 追蹤結(jié)果為P1，…，Pni，則實際減載量應(yīng)該按公式（5)分配：
[0028] 本發(fā)明可以根據(jù)PMU的測量數(shù)據(jù)得到系統(tǒng)頻率的實時變化情況，在線決定切負(fù)荷 量，有選擇的快速切除負(fù)荷，減少對繼電器正確動作的依賴，可以有效的防止欠切或過切， 改善了系統(tǒng)的低頻減載性能。通過對CEPRI-36節(jié)點系統(tǒng)的分析，驗證了所提方法的有效 性。
[0029] 實例分析
[0030] 以CEPRI-36節(jié)點系統(tǒng)為例，采用基于PMU的電力系統(tǒng)在線實時低頻減載方法，利 用PSASP(電力系統(tǒng)綜合分析軟件）對該方法進(jìn)行仿真驗證。
[0031] CEPRI-36節(jié)點系統(tǒng)如圖1所示，用PSASP進(jìn)行仿真計算，負(fù)荷模型采用50%恒阻 抗模型，50 %感應(yīng)電動機(jī)模型。
[0032] 在給定潮流運行方式下，設(shè)置在t = Os時刻，支路9和支路29發(fā)生三相斷線故障， 系統(tǒng)頻率變化情況如圖2所示。
[0033] 此系統(tǒng)共有8臺發(fā)電機(jī)，各發(fā)電機(jī)的慣性常數(shù)分別為：? = 3· 745，H2 = 2· 1245，H3=4· 507，H4 = 3· 336，H5 = 3· 0745，H6 = I. 31，H7 = 3. 846，HS = 4· 1965。各發(fā)電機(jī)的視在 功率分別為：Sn>1 = 1880MVA，Sn,2 = 706MVA，Sn,3 = 882MVA，Sn,4 = 235MVA，Sn,5 = 637. 5MVA， Sn，6 = 100MVA，Sn，7 = 286MVA，Sn，s = 388. 4MVA。