一种综合量化评估发电机组动态特性的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种综合量化评估发电机组动态特性的方法及系统，用于解决目前电网中采用阻尼比指标评价发电机组的动态特性时指标相对单一，由于阻尼比指标和电网其他形式的新的动态稳定问题无直接关系，无法用阻尼比指标分析和判断此新的动态稳定问题的技术问题。本发明专利技术的方法包括：生成多项指标；提取分析指标需用的发电机组扰动数据信息；根据提取的发电机组扰动数据信息对指标进行计算量化，得到各个指标对应在发电机组功率波动或振荡过程中的具体计算量化结果；根据计算量化结果的预置分配权重，对发电机组的动态稳定性进行综合评估，得到综合评估结果；根据综合评估结果，判断发电机组的动态稳定性，定位发电机组动态稳定问题的原因。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发电机组动态特性评估领域，尤其涉及一种综合量化评估发电机组动态特性的方法及系统。
技术介绍
大型电力系统互联的目的是提高发电和输电的经济性和可靠性，但是系统之间的互联又会引发许多动态稳定问题，主要涉及转子轴的摆动和电气功率的波动，表现为发电机组输送功率的波动。近年来发生了许多起机组对电网的低频振荡事件，振荡原因均为机组的自激摆动，进而引发电网的功率波动，严重影响到电网的安全稳定运行。如果导致系统稳定破坏，就可能造成一个或几个区域停电，对人民的生活和国民经济造成严重的损失。F.Demello和Concordia于1969年运用阻尼转矩的概念对单机—无穷大系统中的低频振荡现象进行了机理研究，结果指出在较高外部系统电抗和较高发电机功率输出的条件下，由于励磁系统存在惯性，随着励磁系统放大倍数的增加，与转子机械振荡相对应的特征根的实部数值将由负值逐渐上升，若放大倍数过大，实部将由负变正，从而产生增幅振荡。因此低频振荡的负阻尼机理是由于高放大倍数的励磁系统产生了负阻尼作用，抵消了系统固有的正阻尼，使得系统的总阻尼很小或为负，这样一旦出现扰动，就会引起转子增幅振荡或振荡不收敛。该振荡机理概念清晰，物理意义明确，有助于理解为何远距离大容量输电易发生低频振荡，已成为电力系统低频振荡的经典理论。I.Dobson等人系统地提出了强共振导致系统振荡失稳的机理：电力系统中各振荡模式的阻尼和频率随着系统参数的改变而改变，当某两个振荡模式的阻尼和频率变化到接近相同时可发生强共振，在强共振点附近，由于振荡模式之间的强交互作用，两个振荡模式对应的两对特征根迅速改变移动方向，方向变化接近90度，这样其中一对特征根的阻尼将迅速减小。一般认为发电机组波动是由于系统中产生了负阻尼的作用，使系统在扰动时不能很好地保持平衡，为此可以装设电力系统稳定器(PSS)，提供系统更多的正阻尼，抑制低频振荡的发生。实践表明，PSS可以对系统的低频振荡可以提供有效的抑制，已经在系统中得到广泛应用。由于负阻尼原理相对比较成熟，目前对于发电机组波动方面的研究重点也主要集中在对系统的阻尼新的分析方法和低频振荡抑制的新设备、新策略上。针对典型的长距离、大容量输电系统，发电机组的动态稳定性是限制线路输送能力的重要因素，长期以来，电网采用阻尼比这一指标作为恒量发电机组动态稳定性的关键指标，甚至阻尼比这一指标成为评价发电机动态稳定性的唯一评价指标。但是，随着系统互联越来越复杂，观察记录设备的逐渐完善，更多的低频振荡数据被记录下来，多次发现电力系统中有些振荡现象通过负阻尼原理无法得到解释。如在北美、加拿大等系统都出现过不寻常的振荡过程。另外，PSS也不能完全抵制振荡现象，如2011年12年2日平班电厂振荡事件，由于PSS的两个内部参数设定问题，对于1.0Hz以下的低频段阻尼却有较大影响，导致PSS在0.9Hz左右的低频段无法发挥正常的阻尼作用。虽然按照负阻尼原理安装了PSS，但是振荡依然时有发生。这些例子说明，实际系统中存在着未知机理的低频振荡，而这些新的功率振荡问题采用阻尼比这唯一指标，或者采用目前较为成熟的负阻尼理论并不能很好解释所有的情况，按照负阻尼原理设计的PSS不能够完全抑制它们的发生。电力系统低频振荡研究的是各同步发电机转子间的相对波动稳定性，当系统中存在不能忽略的周期性扰动时，系统是非自治的，发电机转子运动方程必须用二阶常系数非齐次微分方程来描述。此时发电机转子运动方程的解由通解和特解两部分组成，通解与系统的阻尼有关，而特解则跟系统非自治性有直接的关系。如果周期性扰动的频率与系统的固有低频振荡的频率接近，转子角的解中将有一个等幅不衰减的振荡特解。随着与阻尼有关的通解的衰减，余下的特解使得转子角表现为不稳定的等幅振荡。这就是低频振荡的强迫振荡机理。发电机组控制系统是由机械系统、励磁系统、调速系统、电气系统等多个部分组成，其中任何一个控制系统都会影响到发电机组在动态波动过程中的特性，影响发电机波动动态特性的因素较多，且机理复杂，一个评价指标并不能包罗万象，因此，有必要对发电机组的波动特性做更为深入的研究。目前国内外已对机组波动的发生机制、分析方法等方面进行了较为广泛的研究，主要包括传统的负阻尼理论，以及新提出的强迫振荡理论，普遍采用阻尼比这一指标来评价发电机组的动态特性，指标相对单一，用阻尼比指标分析弱阻尼引发的电网低频振荡稳定问题，基本满足，因为弱阻尼和阻尼比指标有很好的直接关系；但是，对于电网其他形式的低频振荡或动态稳定问题，阻尼比指标和这些新的动态稳定问题之间没有直接关系，用阻尼比指标分析和判断此新的动态稳定问题就无法满足要求。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种综合量化评估发电机组动态特性的方法及系统，解决了目前电网中采用阻尼比指标评价发电机组的动态特性时，指标相对单一，对于电网其他形式的低频振荡或动态稳定问题，由于阻尼比指标和这些新的动态稳定问题无直接关系，无法用阻尼比指标分析和判断此新的动态稳定问题的技术问题。本专利技术实施例提供的一种综合量化评估发电机组动态特性的方法，包括：生成多项指标，多项指标包括：振荡模式指标V1，振荡峰峰值占比指标V2，阻尼比指标V3，调节时间指标V4，振荡源定位指标V5，调速系统振荡阻尼极性指标V6，励磁系统振荡阻尼极性指标V7；读取发电机组扰动数据，并提取分析指标需用的发电机组扰动数据信息，发电机组扰动数据包括电网同步相量测量装置PMU、故障录波；根据提取的发电机组扰动数据信息对指标进行计算量化，得到各个指标对应在发电机组功率波动或功率振荡过程中的具体计算量化结果；根据计算量化结果的预置分配权重，对发电机组的动态稳定性进行综合评估，得到综合评估结果；根据综合评估结果，判断发电机组的动态稳定性，定位发电机组动态稳定问题的原因。可选地，生成多项指标具体包括：根据发电机组有功功率振荡频率生成振荡模式指标V1；根据发电机组有功功率波动的峰峰值生成振荡峰峰值占比指标V2；根据发电机组有功功率的波动曲线阻尼比生成阻尼比指标V3；根据发电机组有功功率的波动曲线调节时间生成调节时间指标V4；根据能量函数法及能流方向因子生成振荡源定位指标V5；根据发电机组调速控制系统在机组功率波动期间提供的阻尼正负极性生成调速系统振荡阻尼极性指标V6；根据发电机组的励磁控制系统在机组功率波动期间提供的阻尼正负极性生成励磁系统振荡阻尼极性指标V7。可选地，根据提取的发电机组扰动数据信息对指标进行计算量化，得到各个指标对应在发电机组功率波动或功率振荡过程中的具体计算量化结果具体包括：根据提取的发电机组扰动数据信息对振荡模式指标V1计算量化后得到的第一具体计算量化结果XV1为：振荡频率在0.1Hz～2.5Hz范围内时，XV1为100；振荡频率大于2.5Hz时，XV1为0；振荡频率小于0.1Hz时，XV1为50。根据提取的发电机组扰动数据信息对振荡峰峰值占比指标V2计算量化后得到的第二具体计算量化结果XV2为：若V2大于等于20％，则XV2为100；若V2在10％～20％间，则通过预置第一公式：XV2＝500×V2，计算XV2；若V2小于10％，则XV2为0。根据提取的发电机组扰动数据信息对阻尼比指标V3计算量化后得到的第三具体计算量化结果XV3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合量化评估发电机组动态特性的方法，其特征在于，包括：生成多项指标，多项所述指标包括：振荡模式指标V1，振荡峰峰值占比指标V2，阻尼比指标V3，调节时间指标V4，振荡源定位指标V5，调速系统振荡阻尼极性指标V6，励磁系统振荡阻尼极性指标V7；读取发电机组扰动数据，并提取分析所述指标需用的所述发电机组扰动数据信息，所述发电机组扰动数据包括电网同步相量测量装置PMU、故障录波；根据提取的所述发电机组扰动数据信息对所述指标进行计算量化，得到各个所述指标对应在发电机组功率波动或功率振荡过程中的具体计算量化结果；根据所述计算量化结果的预置分配权重，对发电机组的动态稳定性进行综合评估，得到综合评估结果；根据所述综合评估结果，判断发电机组的动态稳定性，定位发电机组动态稳定问题的原因。

【技术特征摘要】
1.一种综合量化评估发电机组动态特性的方法，其特征在于，包括：生成多项指标，多项所述指标包括：振荡模式指标V1，振荡峰峰值占比指标V2，阻尼比指标V3，调节时间指标V4，振荡源定位指标V5，调速系统振荡阻尼极性指标V6，励磁系统振荡阻尼极性指标V7；读取发电机组扰动数据，并提取分析所述指标需用的所述发电机组扰动数据信息，所述发电机组扰动数据包括电网同步相量测量装置PMU、故障录波；根据提取的所述发电机组扰动数据信息对所述指标进行计算量化，得到各个所述指标对应在发电机组功率波动或功率振荡过程中的具体计算量化结果；根据所述计算量化结果的预置分配权重，对发电机组的动态稳定性进行综合评估，得到综合评估结果；根据所述综合评估结果，判断发电机组的动态稳定性，定位发电机组动态稳定问题的原因。2.根据权利要求1所述的综合量化评估发电机组动态特性的方法，其特征在于，所述生成多项指标具体包括：根据发电机组有功功率振荡频率生成振荡模式指标V1；根据发电机组有功功率波动的峰峰值生成振荡峰峰值占比指标V2；根据发电机组有功功率的波动曲线阻尼比生成阻尼比指标V3；根据发电机组有功功率的波动曲线调节时间生成调节时间指标V4；根据能量函数法及能流方向因子生成振荡源定位指标V5；根据发电机组调速控制系统在机组功率波动期间提供的阻尼正负极性生成调速系统振荡阻尼极性指标V6；根据发电机组的励磁控制系统在机组功率波动期间提供的阻尼正负极性生成励磁系统振荡阻尼极性指标V7。3.根据权利要求2所述的综合量化评估发电机组动态特性的方法，其特征在于，所述根据提取的所述发电机组扰动数据信息对所述指标进行计算量化，得到各个所述指标对应在发电机组功率波动或功率振荡过程中的具体计算量化结果具体包括：根据提取的所述发电机组扰动数据信息对振荡模式指标V1计算量化后得到的第一具体计算量化结果XV1为：振荡频率在0.1Hz～2.5Hz范围内时，XV1为100；振荡频率大于2.5Hz时，XV1为0；振荡频率小于0.1Hz时，XV1为50。根据提取的所述发电机组扰动数据信息对振荡峰峰值占比指标V2计算量化后得到的第二具体计算量化结果XV2为：若V2大于等于20％，则XV2为100；若V2在10％～20％间，则通过预置第一公式：XV2＝500×V2，计算XV2；若V2小于10％，则XV2为0。根据提取的所述发电机组扰动数据信息对阻尼比指标V3计算量化后得到的第三具体计算量化结果XV3为：若阻尼比大于等于10％，则XV3为0；若阻尼比在3％～10％间，则通过预置第二公式：XV3＝-714.3×V3+121.4，计算XV3；若阻尼比小于3％，则XV3为100。根据提取的所述发电机组扰动数据信息对调节时间指标V4计算量化后得到的第四具体计算量化结果XV4为：若发电机组有功功率的波动曲线调节时间大于10秒或振荡周波大于10个周波，则XV4为100；若发电机组有功功率的波动曲线调节时间在5秒～10秒间或振荡周波在5～10个周波间，则通过预置第三公式：XV4＝10×V4，计算XV4；若发电机组有功功率的波动曲线调节时间小于5秒或振荡周波小于5个周波，则XV4为0。根据提取的所述发电机组扰动数据信息对振荡源定位指标V5计算量化后得到的第五具体计算量化结果XV5为：若振荡源定位表明发电机组为振荡源，则XV5为100；否则XV5为0。根据提取的所述发电机组扰动数据信息对调速系统振荡阻尼极性指标V6计算量化后得到的第六具体计算量化结果XV6为：若调速系统振荡阻尼极性为负，则XV6为100；否则，XV6为0。根据提取的所述发电机组扰动数据信息对励磁系统振荡阻尼极性指标V7计算量化后得到的第七具体计算量化结果XV7为：若励磁系统振荡阻尼极性为负，则XV7为100；否则XV7为0。4.根据权利要求3所述的综合量化评估发电机组动态特性的方法，其特征在于，所述根据所述计算量化结果的预置分配权重，对发电机组的动态稳定性进行综合评估，得到综合评估结果具体包括：根据所述计算量化结果的预置分配权重，通过预置第四公式对发电机组的动态稳定性进行综合评估，得到综合评估结果，所述预置第四公式为：Y=Σi=17aiXVi.]]>其中，ai为每个指标的加权权重,为i＝1,2，…，7，为各项指标的序号。5.根据权利要求1所述的综合量化评估发电机组动态特性的方法，其特征在于，所述根据所述综合评估结果，判断发电机组的动态稳定性具体包括：根据所述综合评估结果，生成综合评估报告，使得后续进行发电机组的动态稳定性是否存在问题的确定。6.一种综合量化评估发电机组动态特性的系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊峰，赵艳军，付聪，唐景星，王钤，梁晓兵，刘军，张跃，梅成林，马明，王玲，王奕，安然然，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44