[發明專利]基于實時廣義戴維南等值的暫態電壓穩定判斷方法

有效

• 申請號: 201310665410.3
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103606921A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 趙建偉;嚴正;任曦駿;張健;張艷萍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;中國電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種應用于電力系統的數據判斷方法，具體是一種基于實時廣義戴維南等值的暫態電壓穩定判斷方法。

背景技術

電力系統暫態電壓穩定指的是在短期內，電力系統受到如線路故障、失去發電機或負荷等大擾動后系統所有母線保持穩定電壓的能力。如何準確判斷電力系統發生暫態電壓失穩仍是一個需要解決的難題，目前我國普遍采用如下實用判據：當暫態過程中系統電壓中樞點母線電壓下降持續（一般為1s）低于限定值（一般為0.75p.u.），就認為系統或負荷電壓不穩定；反之，則系統或負荷電壓穩定。該實用方法是在沒有精確暫態電壓穩定判別方法的情況下采用的一種權宜方法，缺乏理論支撐，且無法保證結果的準確性。

戴維南等值原理是線性電路中常用的一種簡化分析方法，從上世紀90年代開始被引入到復雜電力系統的靜態電壓穩定分析中，具體思路是：將所要研究的負荷節點之外的系統看作是一個等值電壓源和一個等值阻抗串聯而成的簡單電路，然后通過比較負荷阻抗與系統等值阻抗的模的大小來判斷電壓是否靜態穩定，即所謂的等阻抗判據。理論上，該判據同樣適用于暫態電壓穩定性的判斷，但前提是要能夠實時跟蹤計算暫態過程中每個時刻的戴維南等值參數。

經過對現有技術的檢索發現，目前已存在多種戴維南等值參數跟蹤算法，按照方法的原理思路大致可分為三類，且均存在各自的不足：1）基于本地狀態監測或潮流計算的算法。該類算法利用運行點及其鄰域點多個時間斷面的狀態數據，通過最小二乘回歸等方法計算戴維南等值參數。其前提是假設運行點鄰域內戴維南等值參數固定不變，因而存在參數漂移問題（《戴維南等值參數的漂移問題研究》，中國電機工程學報，2005，25(20)：1-5），雖然文獻《節點戴維南等值參數在線跟蹤簡捷算法》（中國電機工程學報，2006，26(10)：40-44）和中國專利（文獻號CN103258103，公開日2013.08.21）針對參數漂移問題做了改進，但仍未能從根本上改變基于多個時間斷面的缺陷。2）基于全微分的算法。文獻《基于全微分的戴維南等值參數跟蹤算法》（中國電機工程學報，2009，29(13)，48-53）和《適應大擾動的電力系統戴維南等值參數跟蹤算法》（中國電機工程學報，2012，32(22)，126-132）提出的該類方法考慮了不同運行點之間戴維南等值參數的變化，不存在參數漂移問題，但是對初值的依賴程度較高，初值設置得精確與否對后續計算結果影響較大。3）基于時域仿真的算法。文獻《基于時域仿真的戴維南等值參數跟蹤計算方法》（電機工程學報，2010，30（34）：63-68）和《受端系統暫態電壓穩定機理研究》（博士論文，仲悟之，北京：中國電力科學研究院，2008）提出的該類算法，對時域仿真過程中的每一個時間步，采用等值節點開路時的開路電壓和短路時的短路電流相除得到戴維南等值阻抗。該類方法的問題在于直接將線性電路的結論應用于非線性的電力系統，忽略了戴維南等值參數在這兩種狀態下的變化，因而存在一定的偏差。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于實時廣義戴維南等值的暫態電壓穩定判斷方法，充分考慮電力系統的非線性特性，能根據電力系統暫態過程中單個時間斷面的狀態計算當前的戴維南等值參數，從而判斷暫態電壓穩定性，克服了現有方法中基于多個時間斷面而存在參數漂移，忽略負荷節點開路和短路時戴維南等值參數的變化而存在偏差，需要設定初值等不足。

本發明是通過以下技術方案實現的。本發明根據電力系統暫態過程中各個時刻下的修正系統導納矩陣Y′以及系統的電壓、功率狀態，得到對應時刻下節點功率方程的雅可比矩陣J及其逆矩陣J^-1。由逆矩陣J^-1進一步得到等值節點處節點電壓變化量和負荷功率變化量之間的關系式，由系統的電壓、功率狀態得到等值節點處負荷電流變化量和負荷功率變化量之間的關系式，再根據兩種關系式計算對應時刻的戴維南等值阻抗值。然后由各個時刻的戴維南等值阻抗和等值節點處的負荷阻抗計算對應時刻的暫態電壓穩定判斷指標，用于電力系統離線分析和在線狀態的跟蹤與預警。用于電力系統報警裝置的跟蹤和預警。

整個技術方案可以通過軟件實現，其應用場合主要有兩種：一是用于電力系統的離線模擬，分析特定故障或擾動下電力系統關鍵節點是否會發生暫態電壓失穩，從而為相關部門確定運行方式、制定保護和安全控制策略提供有益參考。二是在條件成熟的情況下實現在線應用，安裝于主要重要變電站，通過實時計算暫態電壓穩定判斷指標并監控其變化情況，及時在接近電壓失穩之前發出預警，有利于電網運行管理部門正確采取相應的控制措施，保障電力系統安全運行。