一种不依赖系统扰动轨迹的电网稳定态势评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种不依赖系统扰动轨迹的电网稳定态势评估方法及系统。本方法将电网受扰后暂态过程分为两个阶段并提取两种状态。首先假设了系统受扰后保持稳定，随后对于每个阶段阐述了暂态能量传递规律，对于每个状态给出暂态能量分布计算方法，最后根据暂态能量在电网中的传递和分布特性对受扰后系统实际稳定态势做出评估。本发明专利技术通过对暂态能量在不同阶段的传递和分布特性的定量分析，及其与系统暂态稳定性关系的基础上，能够根据故障前电气状态量和网络拓扑结构以及故障地点，不需要依赖系统受扰轨迹，快速给出受扰后电网稳定性评估结果，为故障后采取有效的安全控制措施提供了有力依据。

A method and system of power grid stability situation assessment without dependence on system disturbance trajectory

The invention relates to a power grid stability situation assessment method and system which does not depend on the system disturbance trajectory. This method divides the transient process into two stages and extracts two states. First, it is assumed that the system is disturbed, and then the transient energy transfer law is described for each stage. The transient energy distribution method is given for each state. Finally, the actual stability state of the system is evaluated according to the transients and distribution characteristics of transient energy in the power grid. Based on the quantitative analysis of the transfer and distribution characteristics of transient energy at different stages and the relationship between the transient stability and the transient stability of the system, according to the electrical state quantity before the fault, the network topology and the fault location, it does not need to rely on the system's disturbed trajectory and quickly gives the stability evaluation of the power grid after the disturbance. The results provide a strong basis for effective safety control measures after failure.

【技术实现步骤摘要】
一种不依赖系统扰动轨迹的电网稳定态势评估方法及系统
本专利技术涉及电力系统仿真及分析计算领域，具体涉及一种不依赖系统扰动轨迹的电网稳定态势评估方法及系统。
技术介绍
当前我国电网建设已经步入到特高压大电网的时代。随着电网规模不断扩大，其在发挥资源优化配置作用的同时，也使得故障范围扩大，可能会导致大面积停电甚至全国范围内的电网崩溃，这将对电力系统的安全稳定控制研究工作提出了新的挑战。研究大扰动下电网扰动传播和暂态能量传播过程对于理解电力系统在扰动后的行为特征以及制定相关的防控措施具有重大意义。电网遭受大扰动后动态行为分析属于电力系统暂态稳定性分析范畴，因此，对大扰动传播及其影响的研究属于电力系统暂态稳定分析范畴。电力系统维持稳定运行的根本是系统中能量供求平衡，电网遭受大扰动直接破坏了这一平衡关系。目前，从能量角度对电网扰动传播的研究方法主要有：1)基于结构保持模型的暂态能量函数，利用支路势能函数，定义了扰动起始冲击时间和首次冲击时间，用来标记扰动冲击在电网上传播的顺序，并在分析了支路势能与支路有功功率变化规律基础上，构建支路稳定度指标以及提出联络线解列的定量判据。2)基于电力系统能量结构，引入端口供给能量函数，研究了特高压电网受扰后暂态能量在电网中分配规律以及支路暂态能量与功率振幅的关系，并阐述扰动冲击传播机理。目前关于电网扰动传播特性的研究主要有：1)从故障系统暂态能量的流动和分布特性来解释扰动的传播规律；2)对扰动冲击顺序与距离故障点电气距离和发电机群转动惯量的定性描述。这些研究对影响扰动传播因素的分析尚不够全面，未能从本质上揭示扰动传播的机理。因此，有必要深入理解局部大扰动在互联电网中传播机制及其对电力系统安全稳定的影响，为制定有效的电网安全稳定措施提供依据。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种不依赖系统扰动轨迹的电网稳定态势评估方法，本专利技术不依赖扰动轨迹，且定量考虑暂态能量流动特性影响因素的大电网扰动传播和暂态能量传递特性及电网稳定态势的评估。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术还提供一种不依赖系统扰动轨迹的电网稳定态势评估方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：A、阶段一：在受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数Ki；B、状态一：扰动结束时刻tc状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态动能分布系数KECi；C、状态二的假设状态：确定假设电力系统受扰后稳定情况下的发电机暂态动能分布状态，即计算t∞时刻发电机的暂态动能分布系数KESi；D、阶段二：确定受扰后阶段的暂态能量传递特性；E、状态二的实际状态：确定电力系统实际受扰后的输电网络暂态能量分布情况，即计算从状态一的发电机暂态动能分布情况变化到状态二假设的发电机暂态动能分布情况，暂态能量在输电网络中流动和分布情况，即计算线路暂态能量ESPl；F、对电力系统稳定事态评估。进一步地，所述步骤A中，阶段一的受扰阶段指的是从受扰时刻t0到扰动结束时刻tc的阶段；所述受扰阶段为暂态能量注入和积累过程；电网故障期间，不计机组调速器影响，分配到各发电机上的不平衡功率取决于发电机节点与故障节点之间的等值电抗和初始相角差；所述不平衡功率即各发电机感受到的不平衡功率；1)采用从图论角度出发的等值阻抗近似计算方式：将电网等效为加权无向图，母线作为节点，线路作为边，线路电抗作为边的权值；节点1和节点2两节点间的近似等值阻抗即为两节点间最短距离Dist12；2)采用故障前发电机初始有功功率P0i近似代替初始相角差；基于上述1)和2)，构建同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标为K'Sik＝P0i/Distik，经归一化处理后，定义发电机Gi不平衡功率分配系数为其中：K'Sik为同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标；P0i为故障前发电机初始有功功率；Distik为节点i和故障节点k两节点间的最短距离；Ki为发电机Gi不平衡功率分配系数。进一步地，所述步骤B中，阶段一期间，由于故障持续时间很短，假设故障期间发电机Gi持续受到恒定的不平衡功率P0i，根据发电机运动方程的增量方程进行积分；对发电机转子运动的增量方程等号两边积分，从t0积到tc，得到将其代入发电机动能表达式得到下面的式1)，得到阶段一结束后各发电机积累暂态动能，如下式所示：建立扰动结束时刻tc的暂态能量分配系数即阶段一结束后的电力系统暂态能量在发电机上的分布将由扰动结束时刻tc的暂态能量分配系数KECi分配；其中：Eki(tc)为各发电机积累暂态动能；tc为扰动结束时刻；t0为受扰时刻；Mi表示发电机Gi的惯量常数，ΔPL表示系统总不平衡功率，i表示第i台发电机，一共有n台发电机。Δω表示发电机转子角速度偏差，t表示从t0积到tc之间的任一时刻。进一步地，所述步骤C中，状态二指的是扰动后电力系统最终状态，包括①假设电力系统受扰后稳定情况下的能量分布状态；②电力系统实际受扰后的能量分布状态；其中假设电力系统受扰后稳定情况下的能量分布状态包括：假设电网故障清除后电力系统最终能够同步，不计电力系统阻尼作用，相对故障前角速度偏差为Δω∞，则电力系统同步状态下各发电机暂态动能即暂态动能与发电机惯量常数成正比；由此构建无穷时刻t∞的发电机暂态动能分分布系数其中：Eki(t∞)为各发电机有暂态动能；Δω∞为故障后相对故障前角速度偏差；Mi表示发电机Gi的惯量常数，t∞表示故障后系统同步后的无穷时刻。进一步地，所述步骤D中，阶段二的受扰后阶段(阶段二的受扰后阶段指的是从扰动结束时刻tc到无穷时刻t∞电网稳定(此处稳定是假设的稳定，电网也可能失稳)，注意，故障清除＝扰动结束，发生在tc)指的是从扰动结束时刻tc到无穷时刻t∞电网故障清除后的暂态能量在电网中传递时段；电力系统注入暂态能量守恒的情况下，电力系统暂态能量在发电机上的分布将由按扰动结束时刻tc的暂态动能分布系数KECi分配变化到按无穷时刻t∞的暂态动能分布系数KESi分配；暂态能量由一部分发电机动能转化为网络暂态势能，并沿输电网传递，并最终到达另一部分发电机；令KΔi＝KECi-KESi；按照KΔi＞0和KΔi＜0将发电机分为两组，分别形成源发电机集S＝{G1,G2,......Gs}和汇发电机集T＝{G1,G2,......Gt'}；暂态能量从源发电机向汇发电机传递，根据节点注入能量按照线路电抗大小成反比分配到各条支路的规律，得暂态能量流动过程中电网各支路上分布情况；暂态能量从源发电机Gi流向汇发电机Gj，且流经支路l的数值为Pl,ij，则定义Pl,ij为Gi和Gj之间暂态能量在支路l的分布系数；对于电网中任一条支路l，其承担的支路暂态能量为其中：KΔi表示扰动结束时刻tc发电机的暂态能量分配系数与无穷时刻t∞的发电机暂态动能分布系数的差值，KESi为无穷时刻t∞的暂态动能分布系数；KECi为扰动结束时刻tc发电机的暂态动能分布系数；Pl,ij为Gi和Gj之间暂态能量在支路l的分布系数；i表示源发电机节点，j表示汇发电机节点；s表示源发电机台数，t表示汇发电机台数。进一步地，状态二的实际状态指的是电力系统受扰后的实际输电网络暂态能量分布状态，此状态中，将线路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不依赖系统扰动轨迹的电网稳定态势评估方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：A、阶段一：在受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数Ki；B、状态一：扰动结束时刻tc状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态动能分布系数KECi；C、状态二的假设状态：确定假设电力系统受扰后稳定情况下的发电机暂态动能分布状态，即计算t∞时刻发电机的暂态动能分布系数KESi；D、阶段二：确定受扰后阶段的暂态能量传递特性；E、状态二的实际状态：确定电力系统实际受扰后的输电网络暂态能量分布情况，即计算从状态一的发电机暂态动能分布情况变化到状态二假设的发电机暂态动能分布情况，暂态能量在输电网络中流动和分布情况，即计算线路暂态能量ESPl；F、对电力系统稳定事态评估。

【技术特征摘要】
1.一种不依赖系统扰动轨迹的电网稳定态势评估方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：A、阶段一：在受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数Ki；B、状态一：扰动结束时刻tc状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态动能分布系数KECi；C、状态二的假设状态：确定假设电力系统受扰后稳定情况下的发电机暂态动能分布状态，即计算t∞时刻发电机的暂态动能分布系数KESi；D、阶段二：确定受扰后阶段的暂态能量传递特性；E、状态二的实际状态：确定电力系统实际受扰后的输电网络暂态能量分布情况，即计算从状态一的发电机暂态动能分布情况变化到状态二假设的发电机暂态动能分布情况，暂态能量在输电网络中流动和分布情况，即计算线路暂态能量ESPl；F、对电力系统稳定事态评估。2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述步骤A中，阶段一的受扰阶段指的是从受扰时刻t0到扰动结束时刻tc的阶段；所述受扰阶段为暂态能量注入和积累过程；电网故障期间，不计机组调速器影响，分配到各发电机上的不平衡功率取决于发电机节点与故障节点之间的等值电抗和初始相角差；所述不平衡功率即各发电机感受到的不平衡功率；1)采用从图论角度出发的等值阻抗近似计算方式：将电网等效为加权无向图，母线作为节点，线路作为边，线路电抗作为边的权值；节点1和节点2两节点间的近似等值阻抗即为两节点间最短距离Dist12；2)采用故障前发电机初始有功功率P0i近似代替初始相角差；基于上述1)和2)，构建同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标为K'Sik＝P0i/Distik，经归一化处理后，定义发电机Gi不平衡功率分配系数为其中：K'Sik为同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标；P0i为故障前发电机初始有功功率；Distik为节点i和故障节点k两节点间的最短距离；Ki为发电机Gi不平衡功率分配系数。3.如权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述步骤B中，阶段一期间，假设故障期间发电机Gi持续受到恒定的不平衡功率P0i，根据发电机运动方程的增量方程进行积分；对发电机转子运动的增量方程等号两边积分，从t0积到tc，得到将其代入发电机动能表达式得到下面的式1)，得到阶段一结束后各发电机积累暂态动能，如下式所示：建立扰动结束时刻tc的暂态能量分配系数即阶段一结束后的电力系统暂态能量在发电机上的分布将由扰动结束时刻tc的暂态能量分配系数KECi分配；其中：Eki(tc)为各发电机积累暂态动能；tc为扰动结束时刻；t0为受扰时刻；Mi表示发电机Gi的惯量常数，ΔPL表示系统总不平衡功率，i表示第i台发电机，一共有n台发电机。Δω表示发电机转子角速度偏差，t表示从t0积到tc之间的任一时刻。4.如权利要求3所述的评估方法，其特征在于，所述步骤C中，状态二指的是扰动后电力系统最终状态，包括①假设电力系统受扰后稳定情况下的能量分布状态；②电力系统实际受扰后的能量分布状态；其中假设电力系统受扰后稳定情况下的能量分布状态包括：假设电网故障清除后电力系统最终能够同步，不计电力系统阻尼作用，相对故障前角速度偏差为Δω∞，则电力系统同步状态下各发电机暂态动能即暂态动能与发电机惯量常数成正比；由此构建无穷时刻t∞的发电机暂态动能分分布系数其中：Eki(t∞)为各发电机有暂态动能；Δω∞为故障后相对故障前角速度偏差；Mi表示发电机Gi的惯量常数，t∞表示故障后系统同步后的无穷时刻。5.如权利要求4所述的评估方法，其特征在于，所述步骤D中，阶段二的受扰后阶段指的是从扰动结束时刻tc到无穷时刻t∞电网故障清除后的暂态能量在电网中传递时段；电力系统注入暂态能量守恒的情况下，电力系统暂态能量在发电机上的分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁剑，何静波，马世英，陈长胜，刘道伟，牛拴宝，柯贤波，霍超，屈高强，宫建锋，党东升，周宗川，赵利宁，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国家电网公司西北分部，国网宁夏电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11