[发明专利]一种区域互联电网强迫功率振荡扰动源位置判断方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统调度自动化及电网的安全运行，更具体涉及区域互联电网强迫功率振荡扰动源位置的判断。

背景技术

电力系统在扰动下会发生电机转子间的相对摇摆并在缺乏阻尼的情况下引起持续振荡，振荡频率范围在0.1～2.5Hz，故称为低频振荡。低频振荡问题属于小扰动稳定范畴，随着互联电力系统的规模扩大、远距离重负荷输电系统的投入运行、快速自动励磁调节器和快速励磁系统的应用，国内外不少电力系统出现了低频振荡问题，低频振荡是影响电力系统的安全稳定运行的重要因素之一。

强迫功率振荡是低频振荡的一种形式，即当系统受到外界持续周期性功率扰动的频率接近系统功率振荡的固有频率时，会引起大幅度的功率振荡。汤涌在电网技术2006，30(10) ：29-33发表的《电力系统强迫功率振荡的基础理论》；杨东俊等在电力系统自动化2009，33（23）：24-28发表的《基于WAMS量测数据的低频振荡机理分析》；以及杨东俊等在电力系统自动化2011，35（10）：99-103发表的《同步发电机非同期并网引起电力系统强迫功率振荡分析》等论文中，分别通过理论及电网实际案例分析，论证了对于强迫功率振荡最有效的处理措施是迅速找到并切除扰动源，但未提出找到扰动源的具体方法。

广域测量系统由基于全球定位系统(GPS)的同步相量测量单元（PMU）及其通信系统组成，能够在广域电力系统中同步、高速采集机组和运行设备的有功功率、无功功率、电压、电流、相角以及重要的开关信号，是一种能对电力系统动态过程进行监测和分析的工具。广域测量系统为电网的频振荡的监测、振荡事件分析和振荡预防及抑制等几个方面提供了新的技术手段。

对于区域互联电网强迫功率振荡的扰动源定位问题，目前研究成果尚不多见，其中余一平等在电力系统自动化2010，34（5）：1-6发表的《基于能量函数的强迫功率振荡扰动源定位》采用基于线性化的系统运动方程建立能量函数，借助系统中的能量转换特性识别强迫功率振荡扰动源所在位置。文献指出在多机系统中由外施扰动引发的强迫功率振荡所产生的能量，只有通过扰动源所在的机组才能注入系统，而被系统中各网络元件的阻尼所消耗，因此通过扰动源所在机组的势能变化与其他机组不同的特点，就可以找到扰动源。由于外施扰动做功注入系统的能量通过势能在网络中传播，并且系统中任一节点的势能守恒，即流入节点的势能之和等于流出节点的势能，发电机的势能可以用与其相连的支路势能表示。系统中i节点和j节点之间的支路为L_i-j，其i端势能函数为：

                         （1）          

式中：为支路L_i-j电功率改变量，为i节点相角偏移，为支路i端角频率改变量，基准角频率，为电网基准频率，t为扰动时间。根据支路势能函数计算结果，若大于0则支路L_i-j扰动能量从i节点流向j节点，扰动源在i节点方向；若小于0则支路L_i-j扰动能量从j节点流向i节点，扰动源在j节点方向，据此判断扰动源所在的位置，经论证该方法可以适用于多机系统。但是，该方法需要通过积分求出支路势能函数，计算过程比较复杂不利于实时计算，并且在势能函数中主要通过非周期性分量来判断扰动源的位置，而势能函数中的周期性分量和积分初值的选取则会对判断的准确性产生一定的干扰。

由于在强迫振荡的稳态阶段，各状态量都以扰动频率周期性的变化，对于电网中节点和节点之间的支路，设在端观测到的振荡功率为，振荡频率，其中、分别为支路功率和端频率变化幅度，、为支路功率和端频率变化初相位，为扰动频率；代入（1）式可得势能函数为：

      （3）          

令：

                              （4）          

                   （5）          

                         （6）          

即有：

               （7）