[发明专利]一种电力系统暂态稳定判断和临界割集的识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统的规划和安全运行，更具体地涉及电力系统暂态稳定分析和临界割集识别。

背景技术

电网的不断互联、电力市场政策的逐步实施使得电网的动态行为更加复杂、电网运行越来越靠近其稳定极限，一旦发生自然或者人为故障，如果不能及时有效地加以控制，就会导致电网失去稳定运行，甚至瓦解，酿成大面积停电事故，给社会带来灾难性的后果。

电力系统暂态稳定是研究电力系统在某一运行方式，遭受到大的扰动后，并联运行的同步发电机间是否保持同步运行、负荷是否能够正常运行的问题。现有的电力系统暂态稳定分析方法主要包括数值仿真法、能量函数法、混合法和人工智能法。数值仿真法数学模型详尽，能给出状态变量随时间的响应，精确性高，缺点是计算量过大，耗费机时，而且不能提供系统稳定程度的信息；能量函数法可定量分析系统稳定性，给出受扰系统的稳定裕度、临界切除时间和稳定极限，但该方法在多机系统条件下的应用受到了限制。混合法是数值仿真法和能量函数法的结合，同时继承了两种算法的优缺点。人工智能法是近年来的研究热点，由于其可以快速的获取输入数据和输出数据之间的非线性映射关系，正在成为解决复杂电力系统稳定分析的一个重要手段，但是，人工智能算法的性能依赖于输入特征的选取，而目前输入特征多是基于经验选取的。

电力系统稳定分析方法的研究虽然取得了很多成果，但是还面临上述一些问题。如现有的电力系统分析方法都是建立在惯性坐标系下，无法充分反映暂态稳定问题主要表现为局部能量不平衡的特点，由于采用收缩到发电机内节点的系统模型，导致无法分析系统网络结构以及参数对电力系统暂态稳定的影响。大量研究表明：在大扰动的作用下，故障后的电力系统被注入大量的暂态能量，发电机转子的动能转化为增广网络中的势能，如果动能能够被网络所吸收，系统将保持稳定，否则，系统将失去稳定。若系统失稳且使得全部发电机分裂成临界机群{K}和非临界机群{T-K}时，必将对应于系统中某个割集上输电支路的运行参数发生剧烈的变化，此割集即为对应该扰动的临界割集。因此，大量学者从网络中暂态势能的变化特点和分布特征入手，研究系统的暂态稳定问题，并且取得了一定的成果。

蔡国伟等在中国电机工程学报2004，24(5):5-10发表了《基于网络信息的暂态稳定性定量分析——支路势能法》，提出了基于结构保持的多机电力系统拓扑暂态能量函数，构建仅依赖网络信息的以支路势能分析为基础的可定性且可定量评价系统暂态稳定性的支路势能法。在此基础上，蔡国伟等人又在International Journal Of Electrical Power & Energy Systems2007，29(3):199-207发表了《Identification of the vulnerable transmission segment and cluster of critical machines using line transient potential energy》，对支路稳定裕度指标进行改进，提出了新的支路稳定裕度指标，并将该指标用于系统脆弱输电断面和临界机组的识别。Padiyar K R等在IEEE Transactions on Power Delivery，2006，21(1):46-55发表了《Online detection of loss of synchronism using energy function criterion》，文中从支路势能的概念出发，结合轨迹预测方法提出了一个仅需要电压和电流测量量的电力系统失步在线检测算法。

但是这些算法的在判断支路失稳方面都是在两群失稳模式的假设下，采用基于支路势能边界面方法进行支路暂态稳定性判断。由于势能边界面方法并不总是一条包围稳定平衡点的封闭曲线，因此采用支路势能边界方法进行支路暂态稳定性判断时往往会导致误判和漏判，所以必须加入一定的约束条件来对支路势能边界方法的判断结果进行修正，这就增加了算法的复杂度。且由于这些算法是在两群失稳模式的假设下得出的，所以限制了其对多群失稳模式下的应用。

系统连通是指从系统中任意一个节点出发存在至少一条路径可以到达其他节点，否则，系统不连通；判断连通性算法通过邻接矩阵和路径矩阵的计算来实现，路径矩阵可以基于邻接矩阵通过一定的计算得到。

在电力系统运行中，若不考虑各类输电线路的电压等级、物理参数、潮流大小等因素，电网的拓扑结构就可以用图表示。具体说来，就是图中的节点集V表示系统中的母线；图中的支路集合E表示系统中的输电线路和变压器；图中节点之间的关系可以用邻接矩阵和路径矩阵来描述，具体含义如下：