[發明專利]一種考慮負荷變化特性的電力系統穩定性分析方法

有效

• 申請號: 200910090701.8
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN101625389A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 湯涌;林偉芳;孫華東;易俊;仲悟之;張鑫;邵瑤
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;H02J3/00;H02J3/12;H02J3/24
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及電力系統穩定分析的方法，屬于電力系統領域。

背景技術

電力系統穩定性是指電力系統受到事故擾動后保持穩定運行的能力。其中對功角穩定的 研究已相對成熟，形成了較完整的分析、控制體系。然而對電壓穩定的研究，從概念到分析 方法仍處于發展階段，相應的研究工作離成熟還有相當的距離。目前學術界中提出了關于感 應電動機的穩定問題，對該穩定問題的研究還將繼續深入。

當前對電壓失穩的判據沒有統一的標準，我國在工程上采用的標準是根據電壓中樞點母 線電壓下降幅度和持續時間進行判別，即動態過程中系統電壓中樞點母線電壓下降持續(一 般為1秒)低于限定值(一般為0.75p.u.)，就認為系統電壓失穩。然而，如果系統發生功角 失穩或電動機失穩，同樣也會引起電壓持續降低。

利用戴維南等值參數的信息反映電壓穩定水平成為近年來研究的熱點之一。由于每一時 刻戴維南參數的變化都包含了系統中的各非線性元件和動態元件的影響，可用于大擾動后系 統的暫態穩定分析。當負荷節點的等效阻抗等于該節點網絡的戴維南等值阻抗時，系統傳輸 的有功功率達到極限，為電壓穩定的臨界點。該結論作為電壓穩定判據已被普遍認同并廣泛 應用于電壓穩定性分析和控制。值得注意的是，該電壓穩定判據只有在負荷在恒功率因數變 化的假設條件下成立。然而在電壓穩定問題的研究中，“負荷按恒定功率因數變化”這一假設 往往被忽略，使得該結論被廣泛地應用于電壓穩定的分析和控制。在實際系統中(特別是系 統受擾動后的暫態過程中)負荷的變化難以按恒定功率因數變化，采用負荷節點的等效阻抗 等于該節點網絡的戴維南等值阻抗作為電壓穩定的臨界判據會有較大誤差。

在電力系統的在線運行分析控制中，從已有的文獻和實際工程系統來看，當故障后系統 電壓大幅下降時，還尚未有實時判斷系統失穩性質的指標，從而給系統調度人員采用何種有 效的控制措施來保持系統穩定帶來了困惑，失去了挽救系統的最佳時機，導致系統穩定進一 步惡化，甚至發生系統崩潰，其結果所帶來的社會影響和經濟損失是不可估量的。

當電力系統發生故障，系統電壓大幅下降時，系統運行和分析人員往往難以辨別系統的 失穩性質是功角失穩，電壓失穩或感應電動機失穩，基于此提出了本發明。

發明內容

本發明基于時域仿真方法，得到故障后系統的戴維南等值參數的變化，若系統戴維南等 值電勢持續下降，則系統功角失穩，反之則以系統的傳輸功率為目標函數，將故障后系統的 負荷特性作為約束條件，通過拉格朗日因子法，構造修正目標函數，求取極值點，繼而判斷 系統為電壓失穩或感應電動機失穩。通過本發明，可判斷故障后在不同負荷變化特性下的電 力系統的失穩本質，可運用于電力系統穩定分析以及運行控制，利于系統運行、分析人員辨 別故障后系統的失穩性質，采取有效的安全控制措施，提高電力系統的穩定運行水平。

具體而言，本發明提出了一種考慮負荷變化特性的電力系統穩定性分析方法，該方法包 括以下步驟：

步驟A：基于時域仿真方法，求取故障后系統中需監測的負荷母線的系統戴維南等值參 數；

步驟B：若系統的戴維南等值電勢持續下降，則系統功角失穩，此方法的具體內容參見 中國發明專利申請《一種基于動態戴維南等值判別電壓失穩與功角失穩的方法》(申請號： 200810119923.3)；

步驟C：若系統的戴維南等值電勢無持續下降趨勢，則以系統的傳輸功率為目標函數， 由已知的負荷節點的負荷模型，以故障后的負荷特性為約束條件，利用拉格朗日因子法，構 造修正目標函數；

步驟D：求修正目標函數的駐點，即在約束條件下目標函數的可能極值點，再由可能的 極值點中求得目標函數的最大值點以及相應目標函數的最大值P_max；

步驟E：由已知的負荷模型，求解故障后的負荷需求P_n；

步驟F：比較故障后系統的負荷需求與最大傳輸功率間的關系，若負荷需求大于系統的 最大傳輸功率，則為電壓失穩，反之則為感應電動機失穩。

其中在所述步驟A中求取故障后負荷母線的系統戴維南等值參數的方法，是利用時域仿 真方法，通過每一個計算步中生成的網絡代數方程求得戴維南等值母線處的綜合阻抗矩陣， 再通過補償法來求解任意一個負荷母線處的系統戴維南等值參數，

t時刻，在電力系統的時域仿真過程中，必須求解如下網絡方程，以獲得節點電壓向量