一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法技术方案

本发明专利技术是一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法，其特点是，包括以下内容：计算不同运行方式下，由发电机组脱网引起大规模有功缺额的系统故障数；将不同故障下所对应的参数代入多机频率响应模型中；对模型仿真时间进行估算；故筛选代表运行故障方式，对频率响应集合进行聚类分析，以距离子聚类质心最近的原则筛选出系统的代表运行故障方式。能够弥补传统低频减载整定过程中计及运行故障方式少的不足，有效的提高了低频减载方案对各种工况的适应性，具有较高的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法
本专利技术是一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法，应用于电力系统低频减载方案的整定，预想事故分析及动态频率分析。
技术介绍
当电力系统处在不同的运行方式下，其旋转备用容量、负荷的频率调节系数、等值机组的惯性时间常数、调差系数等均不相同；相同运行方式下系统遭受不同的故障形式，所造成的有功功率缺额也不相同。以上两点导致按照系统最严重故障形式整定出的低频减载方案，难以较好的适应系统不同工况及各种故障形式，如果低频减载的整定过程详细考虑各种工况及故障方式，势必造成参数难以整定和计算量大的情况，因此，合理选择不同运行方式下的故障场景，对低频减载的整定和对故障的适应性具有重要的意义。电力系统的运行方式及故障形式，直接影响系统的频率响应特性，进而影响低频减载方案的整定。系统代表运行故障方式，顾名思义，就是具有代表性的几类运行方式下的故障形式。将其应用于低频减载的整定中，代替原有的最严重故障形式下的整定，将大大提高低频减载方案的适应性，避免其运行中造成负荷的过切或者欠切，增强电力系统运行的稳定性和经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法,它是在电力系统频率响应模型输出聚类分析的基础上，考虑系统不同运行方式下，不同机组组合脱网造成的功率缺额情况，弥补了传统低频减载整定过程中计及运行故障方式少的不足，有效的提高了低频减载方案对各种工况的适应性，具有较高的实际应用价值。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法，其特征是，它包括以下内容：1)计算不同运行方式下，由发电机组脱网引起大规模有功缺额的系统故障数为其中：N为k个运行方式下，系统总的故障数，C为排列组合算子，itw为脱网机组数，n1，n2……nk为运行方式1，2……k下的在线发电机个数，j为该次运行方式下脱网机组上限，j取值应小于在线发电机个数；2)将不同故障下所对应的参数代入多机频率响应模型中，模型中各参数为其中：H为系统惯量中心的惯性时间常数，iol为在线发电机组个数，n为在线发电机组总数，Hiol为系统中第iol台机组的惯性时间常数，Mbase.iol为第iol台机组的额定容量，Sbase为系统的基准容量，riol为折算后的调差系数，Riol为系统中第iol台机组的调差系数；多机频率响应模型中的Pd由脱网发电机的脱网前出力确定，Δω为系统惯量中心角频率偏差值，D为发电机的阻尼常数，限幅环节ΔPmax、ΔPmin由系统旋转备用容量确定，a1i、a2i、b1i、b2i为第i台机组的调速系统系数，由各在线机组的调速系统模型确定，其中，负荷模型仅考虑负荷的有功-频率调节特性PL＝P0(1+KLΔf)(5)式中：PL为负荷实际的有功功率，Δf为系统频率偏差，P0为负荷的额定有功功率，KL为负荷的频率调节系数；3)多机频率响应模型仿真时间的估算，低频减载作用的范围是在动态频率的暂态最低点时间tfmin之前，故筛选代表运行故障方式时，频率响应模型的仿真时间应为各种工况下暂态最低点时间的最大值tsim＝max([tfmin,1…tfmin,i…tfmin,m])(6)其中：tfmin为动态频率暂态最低点时间，i为系统运行故障方式个数，m为系统运行故障方式总数，tsim为模型的仿真时间；当仅考虑一台发电机且调速系统采用一阶模型，频率响应模型的传递函数为二阶系统的自然振荡频率和阻尼比为其中：Pd为脱网发电机的出力Δω为系统惯量中心角频率偏差值，ωn为二阶系统自然振荡频率，ξ为二阶系统的阻尼比，s为拉普拉斯变换算子，a1为调速系统的时间常数，r1为发电机组1的调差系数，D为发电机的阻尼常数，H为系统惯量中心的惯性时间常数；简化的二阶系统的阻尼振荡频率为其中：fr为系统的阻尼振荡频率；a1为调速系统的时间常数，r1为发电机组1的调差系数，ωn为二阶系统自然振荡频率，ξ为二阶系统的阻尼比，对于正弦阻尼震荡，其第一摆暂态最低点时间近似为振荡周期的四分之一其中：k为所留裕度，通常取值为1-1.5，tfmin为动态频率暂态最低点时间；fr为系统的阻尼振荡频率；4)系统代表运行故障方式的筛选各种工况及故障方式下的频率响应集合Ω为其中：向量为第i个运行故障方式下的频率响应，i为系统运行故障方式个数，m为系统运行故障方式的总数；对频率响应集合进行聚类分析，以距离子聚类质心最近的原则筛选出系统的代表运行故障方式。本专利技术的一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法，通过对多机电力系统进行建模，基于频率响应模型的输出，采用聚类分析的方法筛选系统代表运行故障方式，考虑了不同运行方式下，不同机组组合脱网造成的功率缺额情况，弥补了传统低频减载整定过程中计及运行故障方式少的不足，有效的提高了低频减载方案对各种工况的适应性，具有较高的实际应用价值。附图说明图1是电力系统多机频率响应模型；图2是新英格兰10机39节点系统；图3是筛选出的系统代表运行故障方式频率响应；图4是采用系统代表运行故障方式后整定后低频减载动作对比图。具体实施方式下面利用附图和实施例对本专利技术作进一步说明。1)计算不同运行方式下，由发电机组脱网引起大规模有功缺额的系统故障数为其中：N为k个运行方式下，系统总的故障数，C为排列组合算子，itw为脱网机组数，n1，n2……nk为运行方式1，2……k下的在线发电机个数，j为该次运行方式下脱网机组上限，j取值应小于在线发电机个数；3)将不同故障下所对应的参数代入多机频率响应模型中，如附图1所示，模型中各参数为...

【技术保护点】
一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法，其特征是，它包括以下内容：1)计算不同运行方式下，由发电机组脱网引起大规模有功缺额的系统故障数，其计算式为N=Σi=1jCn1i+Σi=1jCn2i+···+Σi=1jCnki---(1)]]>其中：N为k个运行方式下，系统总的故障数，C为排列组合算子，i为脱网机组数，n1，n2……nk为运行方式1，2……k下的在线发电机个数，j为该次运行方式下脱网机组上限，j取值应小于在线发电机个数；2)将不同故障下所对应的参数代入多机频率响应模型中，模型中各参数为H=Σi=1nHiMbase.iSbase---(2)]]>Sbase=Σi=1nMbase.i---(3)]]>ri=Mbase.iRiSbase---(4)]]>其中：H为系统惯量中心的惯性时间常数，i为在线发电机组个数，n为在线发电机组总数，Hi为系统中第i台机组的惯性时间常数，Mbase.i为第i台机组的额定容量，Sbase为系统的基准容量，ri为折算后的调差系数，Ri为系统中第i台机组的调差系数；模型中的Pd由脱网发电机的脱网前出力确定，Δω为系统惯量中心角频率偏差值，D为发电机的阻尼常数，限幅环节ΔPmax、ΔPmin由系统旋转备用容量确定，a1i、a2i、b1i、b2i为第i台机组的调速系统系数，由各在线机组的调速系统模型确定，负荷模型仅考虑负荷的有功‑频率调节特性PL＝P0(1+KLΔf)   (5)式中：PL为负荷实际的有功功率，Δf为系统频率偏差，P0为负荷的额定有功功率，KL为负荷的频率调节系数；3)模型仿真时间的估算，低频减载作用的范围是在动态频率的暂态最低点时间tfmin之前，故筛选代表运行故障方式时，频率响应模型的仿真时间应为各种工况下暂态最低点时间的最大值tsim＝max(tfmin,i)i＝1,…,m   (6)其中：tfmin为动态频率暂态最低点时间，i为系统运行故障方式个数，m为系统运行故障方式总数，tsim为模型的仿真时间；当仅考虑一台发电机作用，则频率响应模型的传递函数为Δω=(r1ωn2Dr1+1)[(1+a1s)Pds2+2ξωns+ωn2]---(7)]]>二阶系统的自然振荡频率和阻尼比为ωn2=Dr1+12Hr1a1---(8)]]>ξ=[2Hr1+Dr1a12(Dr1+1)]ωn---(9)]]>其中：Pd为脱网发电机的出力Δω为系统惯量中心角频率偏差值，ωn为二阶系统自然振荡频率，ξ为二阶系统的阻尼比，s为拉普拉斯变换算子，a1为调速系统的时间常数，r1为发电机组1的调差系数，D为发电机的阻尼常数，H为系统惯量中心的惯性时间常数；简化的二阶系统的阻尼振荡频率为fr=ωn2π1-ξ2≈12π12Hr1a1---(10)]]>其中：fr为系统的阻尼振荡频率；a1为调速系统的时间常数，r1为发电机组1的调差系数，ωn为二阶系统自然振荡频率，ξ为二阶系统的阻尼比，对于正弦阻尼震荡，其第一摆暂态最低点时间近似为振荡周期的四分之一tf min=k4fr---(11)]]>其中：k为所留裕度，通常取值为1‑1.5，tfmin为动态频率暂态最低点时间；fr为系统的阻尼振荡频率；4)系统代表运行故障方式的筛选各种工况及故障方式下的频率响应集合Ω为Ω=[w·1···w·i···w·m]---(12)]]>其中：向量wi为第i个运行故障方式下的频率响应，i为系统运行故障方式个数，m为系统运行故障方式的总数；对频率响应集合进行聚类分析，以距离子聚类质心最近的原则筛选出系统的代表运行故障方式。...

【技术特征摘要】
1.一种基于响应的电力系统代表运行故障方式筛选方法，其特征是，它包括以下内容：1)计算不同运行方式下，由发电机组脱网引起大规模有功缺额的系统故障数，其计算式为其中：N为k个运行方式下，系统总的故障数，C为排列组合算子，itw为脱网机组数，n1，n2……nk为运行方式1，2……k下的在线发电机个数，j为该次运行方式下脱网机组上限，j取值应小于在线发电机个数；2)将不同故障下所对应的参数代入多机频率响应模型中，模型中各参数为其中：H为系统惯量中心的惯性时间常数，iol为在线发电机组个数，n为在线发电机组总数，Hiol为系统中第iol台机组的惯性时间常数，Mbase.iol为第iol台机组的额定容量，Sbase为系统的基准容量，riol为折算后的调差系数，Riol为系统中第iol台机组的调差系数；多机频率响应模型中的Pd由脱网发电机的脱网前出力确定，Δω为系统惯量中心角频率偏差值，D为发电机的阻尼常数，限幅环节ΔPmax、ΔPmin由系统旋转备用容量确定，a1i、a2i、b1i、b2i为第i台机组的调速系统系数，由各在线机组的调速系统模型确定，其中，负荷模型仅考虑负荷的有功-频率调节特性PL＝P0(1+KLΔf)(5)式中：PL为负荷实际的有功功率，Δf为系统频率偏差，P0为负荷的额定有功功率，KL为负荷的频率调节系数；3)多机频率响应模型仿真时间的估算，低频减载作用的范围是在动态频率的暂态最低点时间tfmin之前，故筛选代表运行故障方式时，频率响应模型的仿真时间应为各种工况下暂态最低点时间的最大值tsim＝max([tfmin,1…tfmi...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙正龙，蔡国伟，王雨薇，孔令国，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22