電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著互聯(lián)電網(wǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的大規(guī)模接入，新型電力電 子裝置的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性越來(lái)越復(fù)雜。傳統(tǒng)基于事件的"離線(xiàn)決策，在線(xiàn)匹 配"和"在線(xiàn)決策，實(shí)時(shí)匹配"的暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制模式已不能滿(mǎn)足大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行 要求，逐漸向著"實(shí)時(shí)決策，實(shí)時(shí)控制"的方向發(fā)展。
[0003] 與此同時(shí)，近年來(lái)廣域測(cè)量系統(tǒng)的完善，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)暫態(tài)穩(wěn)定分析與控制提供了 可能的技術(shù)手段。"實(shí)時(shí)控制"是建立在"實(shí)時(shí)分析"的基礎(chǔ)之上的，對(duì)受擾后的系統(tǒng)，判斷 穩(wěn)定性只是暫態(tài)穩(wěn)定研究的第一步。當(dāng)識(shí)別出系統(tǒng)即將失穩(wěn)時(shí)，如何進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂埔员?免系統(tǒng)失穩(wěn)才是研究的最終目的。
[0004] 基于廣域量測(cè)信息的暫態(tài)穩(wěn)定控制，主要涉及到控制措施的量化分析及控制措施 的優(yōu)化兩方面。控制措施的量化分析，即控制變量與表征系統(tǒng)穩(wěn)定特性的狀態(tài)變量之間的 軌跡靈敏度關(guān)系，早期的軌跡靈敏度研究，主要基于暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)值積 分運(yùn)算得到。這種方法不但計(jì)算量巨大，而且依賴(lài)于仿真模型和參數(shù)的準(zhǔn)確性，很難用于在 線(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定控制。廣域測(cè)量系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得利用實(shí)測(cè)響應(yīng)數(shù)據(jù)求取靈敏度成為可能，這就 避免了模型和參數(shù)的影響，能更真實(shí)地反映控制變量與狀態(tài)變量之間的內(nèi)在聯(lián)系。控制措 施的優(yōu)化是保證系統(tǒng)在受擾后能恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，使控制代價(jià)最小的問(wèn)題。對(duì)于基 于廣域量測(cè)信息的暫態(tài)穩(wěn)定控制策略而言，控制措施的優(yōu)化包含兩層含義：一是采用何種 控制措施，其本質(zhì)是研究不同的失穩(wěn)模式。不同類(lèi)型的控制措施在不同的失穩(wěn)模式下具有 不同的效果，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)確定失穩(wěn)模式，進(jìn)而才能選擇最有效的控制措施類(lèi)型；二是在何 處進(jìn)行控制，其本質(zhì)反映的是控制變量與狀態(tài)變量之間的靈敏度關(guān)系。系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí)，在不同 地點(diǎn)采取同一類(lèi)型的控制措施，其效果往往是不同的，因此需要在最合理的地點(diǎn)實(shí)施控制 措施，才能保證控制措施的效果。因此，目前電力系統(tǒng)中基于廣域量測(cè)信息的暫態(tài)失穩(wěn)控制 措施的有效性不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的電力系統(tǒng)中基于廣域量測(cè)信息的暫態(tài)失穩(wěn)控制措施 的有效性不夠理想的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制 方法，能夠提高電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)控制措施的有效性。
[0006] 一種電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制方法，包括以下步驟：
[0007] 獲取廣域測(cè)量系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)量測(cè)信息，根據(jù)所述實(shí)時(shí)量測(cè)信息中發(fā)電機(jī)組切機(jī)控 制裝置的配置信息以及發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)確定參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組；
[0008] 獲取所述實(shí)時(shí)量測(cè)信息中發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特征信息；
[0009] 根據(jù)所述發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特征信息以及電力系統(tǒng)的慣量中心，獲取所述參與切機(jī) 控制的發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)動(dòng)能；
[0010] 根據(jù)所述參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)動(dòng)能，確定切除的發(fā)電機(jī)組，并進(jìn)行切 機(jī)控制。
[0011] 本發(fā)明的電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制方法，通過(guò)從廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí) 量測(cè)信息，根據(jù)所述實(shí)時(shí)量測(cè)信息以及電力系統(tǒng)的慣量中心，確定需要切除的發(fā)電機(jī)組，并 進(jìn)行切機(jī)控制。本發(fā)明根據(jù)失穩(wěn)的具體情況而制定相應(yīng)的切機(jī)控制，其所使用的物理量均 來(lái)自于實(shí)時(shí)量測(cè)信息，從而能夠提高電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)控制措施的有效性。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為一個(gè)實(shí)施例的電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制方法的流程示意圖；
[0013] 圖2為一個(gè)實(shí)施例的振蕩兩區(qū)域系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3為另一個(gè)實(shí)施例的電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制方法的流程示意圖；
[0015] 圖4為另一個(gè)實(shí)施例的IEEE9節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)架機(jī)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖5為一個(gè)實(shí)施例的全網(wǎng)功角曲線(xiàn)示意圖；
[0017] 圖6為一個(gè)實(shí)施例的采取切機(jī)措施后發(fā)電機(jī)組的功角曲線(xiàn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步地詳細(xì)描述。
[0019] 請(qǐng)參閱圖1中一個(gè)實(shí)施例的一種電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制方法的流程 示意圖。
[0020] S102,獲取廣域測(cè)量系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)量測(cè)信息。
[0021] 所述實(shí)時(shí)量測(cè)信息包括發(fā)電機(jī)組切機(jī)控制裝置的配置信息、發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 信息、以及發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特征信息等電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。通過(guò)該 步驟，獲得切機(jī)控制措施的原始物理量數(shù)據(jù)，提高電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)控制措施中原始 物理量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0022] S104,根據(jù)所述實(shí)時(shí)量測(cè)信息中發(fā)電機(jī)組切機(jī)控制裝置的配置信息以及發(fā)電機(jī)組 的運(yùn)行狀態(tài)確定參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組。
[0023] 其中，所述發(fā)電機(jī)組切機(jī)控制裝置的配置信息包括：發(fā)電機(jī)組與切機(jī)控制裝置的 關(guān)聯(lián)信息、發(fā)電機(jī)組ID信息、發(fā)電機(jī)組地理位置信息、發(fā)電機(jī)組參數(shù)信息、切機(jī)控制裝置ID 信息、切機(jī)控制裝置地理位置信息、切機(jī)控制裝置參數(shù)信息等；所述發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)包 括啟動(dòng)狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)等工作狀態(tài)。通過(guò)該步驟來(lái)確定參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組，能縮短切 機(jī)控制措施的制定時(shí)間，進(jìn)而提尚切機(jī)控制措施的制定效率。
[0024] S106,獲取所述實(shí)時(shí)量測(cè)信息中發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特征信息。
[0025] 所述動(dòng)態(tài)特征信息的采樣周期與廣域量測(cè)系統(tǒng)中測(cè)量單元的采樣周期相同，從而 使得動(dòng)態(tài)特征信息與廣域量測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)同步，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更高。
[0026] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特征信息包括：
[0027] 發(fā)電機(jī)組的角速度信息，其中，第i時(shí)刻第k臺(tái)發(fā)電機(jī)的角速度為ω，。
[0028] S108,根據(jù)所述發(fā)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)特征信息以及電力系統(tǒng)的慣量中心，得到所述參 與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)動(dòng)能。
[0029] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電力系統(tǒng)的慣量中心為：
其中iaOT為弟i時(shí)刻電力系統(tǒng)的慣M中七、，
η為所 述發(fā)電機(jī)組的數(shù)量，Mk為第k臺(tái)發(fā)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)。
[0031] 根據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，對(duì)于多機(jī)互聯(lián)電力系統(tǒng)，系統(tǒng)同步坐標(biāo)下的暫態(tài)動(dòng) 能Ek、暫態(tài)勢(shì)能Ep及全系統(tǒng)暫態(tài)能量E可定義如下：
[0035] 其中Sk為發(fā)電機(jī)組k的轉(zhuǎn)子角，Δ ω k為發(fā)電機(jī)組k的轉(zhuǎn)速與同步速的偏差，Mk 為發(fā)電機(jī)組k的轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)，Pnilo Pdi分別為發(fā)電機(jī)組k的機(jī)械功率和電磁功率，δ s 為失穩(wěn)后系統(tǒng)穩(wěn)定平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)組功角，作為勢(shì)能的參考點(diǎn)。故障切除時(shí)系統(tǒng)的 動(dòng)能和勢(shì)能分別為：
[0038] 其中δ。、Δ ω。分別為故障切除時(shí)的功角和轉(zhuǎn)速差；為故障期間的電磁功率； 為故障清除后的電磁功率。
[0039] 根據(jù)上述同步坐標(biāo)下的暫態(tài)能量函數(shù)定義可知，所定義的暫態(tài)動(dòng)能為全系統(tǒng)發(fā)電 機(jī)組動(dòng)能之和。當(dāng)系統(tǒng)受擾后穩(wěn)定運(yùn)行在一個(gè)高于同步轉(zhuǎn)速的頻率上，即A cok#〇,則由 式（1)可知所定義的系統(tǒng)暫態(tài)動(dòng)能不為零。實(shí)際上，這個(gè)能量對(duì)系統(tǒng)失步并不起作用，可見(jiàn) 在同步坐標(biāo)下所定義的暫態(tài)動(dòng)能并不能精確反映導(dǎo)致系統(tǒng)失步的能量，會(huì)影響分析結(jié)果的 正確性。
[0040] 慣量中心坐標(biāo)下的暫態(tài)動(dòng)能與同步坐標(biāo)下的暫態(tài)動(dòng)能相比，減少了慣量中心自身 運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，這部分動(dòng)能對(duì)系統(tǒng)失步而言并不起作用。因此該步驟中，基于慣量中心坐標(biāo)下 的電力系統(tǒng)的慣量中心進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定分析，能提高分析的正確性。
[0041] S110,根據(jù)所述參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)動(dòng)能，確定切除的發(fā)電機(jī)組，并進(jìn) 行切機(jī)控制。
[0042] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述根據(jù)參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)動(dòng)能，確定切除 的發(fā)電機(jī)組的步驟包括：
[0043] 將所述參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組按照暫態(tài)動(dòng)能的大小進(jìn)行從大到小的排序；
[0044] 根據(jù)排序結(jié)果以及切機(jī)控制條件，確定切除的發(fā)電機(jī)組，其中，所述切機(jī)控制條件
其中C為排序前C臺(tái)的發(fā)電機(jī)組，S為參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組總 數(shù)，r為切機(jī)量控制系數(shù)。
[0045] 通過(guò)該步驟中參與切機(jī)控制的發(fā)電機(jī)組的暫態(tài)動(dòng)能，來(lái)確定需要切除的發(fā)電機(jī) 組，使得電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)控制的措施制定，能夠根據(jù)失穩(wěn)的具體情況而制定相應(yīng)的 切機(jī)控制，提高其措施的效果。
[0046] 本實(shí)施例通過(guò)從廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)量測(cè)信息，根據(jù)所述實(shí)時(shí)量測(cè)信息以及電 力系統(tǒng)的慣量中心，確定需要切除的發(fā)電機(jī)組，并進(jìn)行切機(jī)控制。本實(shí)施例根據(jù)失穩(wěn)的具體 情況而制定相應(yīng)的切機(jī)控制，其所使用的物理量均來(lái)自于實(shí)時(shí)量測(cè)信息，從而能夠提高電 力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)控制措施的有效性。
[0047] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述電力系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的閉環(huán)控制方法，還包括電力 系統(tǒng)暫態(tài)功角失穩(wěn)的判斷步驟：
[0048] 根據(jù)所述實(shí)時(shí)量測(cè)信息，以及暫態(tài)功角失穩(wěn)狀態(tài)判斷模型判斷電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)