[发明专利]用于电力系统中摆角估算的系统和方法

说明书

本发明实施例提供一种用于针对源端发电机(108)的内部电压(E_S)与接收端发电机(110)的内部电压(E_R)之间的摆角的至少第一范围来检测功率摆动的方法和系统。所述方法包括获得所述源端发电机(108)的电压幅值(V_S)和所述源端发电机(108)的电流幅值(I_S)。所述方法进一步包括估算所述源端发电机(108)与所述接收端发电机(110)之间的总电抗(X)，并且根据获得的V_S、获得的I_S和估算的X来估算所述E_S与所述E_R之间的第一摆角(θ)。所述方法进一步包括基于所述估算的θ来检测功率摆动状况。

技术领域

本发明实施例涉及电力系统，特别涉及用于电力系统中摆角估算的系统和方法。

背景技术

电力系统在系统产生的有功功率与消耗的有功功率之间存在平衡时在稳态条件下运转。电力系统干扰可能会引起机器转子角的振荡，所述振荡在系统发电机的内部电压相对彼此波动时会导致类似功率摆动的状况。电力系统故障、线路切换、发电机断开或大量负载消失或突然施加大量负载是可能引起电力系统中发生功率摆动事件的系统干扰的实例。取决于干扰的严重程度和电力系统控制动作，系统可能返回到稳定状态或经历大负载角分离并且最终失去同步。大功率摆动(稳定的或不稳定的)可能会在系统中的不同位置处引起不想要的继电器操作，这会使系统干扰加剧并且会导致大范围的断电或停电。

另外，电力系统中不稳定功率摆动导致的互连发电机的异步操作可能引发电路断路器的失控跳闸，从而导致设备损坏并且使电力操作人员面临安全问题。因此，异步系统区域可能需要快速且动态地与彼此分离以便避免大范围设备损坏和系统主要部分停机。为了遏制这些风险，根据国际标准要求，应当配备最优发电机保护设备(如发电机继电器)，以便在半波动周期中使发电机与系统的其余部分隔离开来。满足国际标准的需要对保护工程师提出确保选择性且可靠的继电器操作的挑战。

在常规继电方法中，对发电机终端处确定的系统阻抗变化进行分析来检测功率摆动。当前正在使用各种基于阻抗的保护方法，包括振荡闭锁(PSB)和失步跳闸(OST)。然而，这些保护方法可能需要进行大量电力系统稳定性研究才能得到用于选择性且可靠的继电器操作的最优设置。保护工程师通常使用不适于适应系统配置或操作动力学的变化(例如，实施阶段期间传输和分配布置的变化或操作阶段期间的动态变化)的初步设置。大量研究和非动态初步设置可能导致保护设备在此类事件期间无法选择性地、可靠地且稳靠地检测功率摆动和隔离发电机。

其他已知继电方法估算摆动中心电压(SCV)来检测功率摆动。此类方法使用未将实时电力系统动力学考虑在内的近似估算。在一些继电方法中，使用高速通信网络(如光纤通信或全球定位系统(GPS) 通信)来在源端处从位于远离源端位置的一个或多个接收端处的一个或多个发电机获得数据以用于SCV估算。然而，由于与实施和维护高速通信网络相关的成本，此类方法存在经济挑战。用于SCV的一些方法直接测量发电机的内部电压与终端电压之间的转子角来检测功率摆动。在不存在直接测量结果的情况下，确定功率摆动状况是困难的。

在一种已知SCV方法中，双源等效系统的SCV与摆角(θ)之间的关系可根据以下方程式来确定：

其中，E是源端发电机的内部电压。

在此类方法中，功率摆动可通过计算SCV的变化率来检测。SCV 的时间导数通过以下方程式给出：

在这个方程式中，由于sin(θ/2接近于一，所以θ应为约180度 (例如，在90度与180度之间)。因此，当θ值约为180度时，以上方程式可用于检测功率摆动。然而，对于在0度与90度之间的θ/2 值，以上方程式将导致sin(θ/2接近于零。换句话说，这种方法不适用于更小的θ值范围(例如，在0度与90度之间)。

发明内容