一种用于提高受端电网暂态稳定裕度的机组出力优化方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提高受端电网暂态稳定裕度的机组出力优化方法，该方法对于一个已知运行状态的受端电网，计算出各发电机的暂态稳定裕度以及暂态稳定裕度对机组有功出力的灵敏度，将发电机暂态稳定约束作为约束条件提出机组出力优化的数学模型，得到各发电机出力的最优方案。本发明专利技术方法综合考虑了优化机组出力过程中的各种运行约束条件，考虑了机组的出力限值、支路功率的限值以及节点电压幅值的限值，因此对系统各种运行方式的适应性强，并易于工程实际操作，可以通过优化机组出力保证发电机的暂态稳定特性满足预期条件。

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高受端电网暂态稳定裕度的机组出力优化方法
本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种用于提高受端电网暂态稳定裕度的机组出力优化方法。
技术介绍
电力系统的安全可靠性是电网运行的首要目标，对电力系统暂态稳定性的分析与控制一直是业内研究重点之一。我国地域辽阔，能源分布不均，在电网互联的大背景下局部扰动可能引起大范围的暂态稳定问题。同时，直流输电技术因其大量优点在电网互联、远距离大容量输电等方面得到了广泛应用。交直流混联受端电网网架结构日益复杂，系统发生故障的概率攀升；受端电网的暂态失稳往往会导致直流输电系统的换相失败甚至直流闭锁，引起连锁反应。因此受端电网的暂态稳定分析是亟待解决的关键问题之一。电力系统暂态稳定分析的评估方法主要有能量函数法与功角差判据法，其中能量函数法通过构造能量函数来判断系统是否稳定，但不适用于目前复杂的大规模电网；功角差判据法通过判断发电机转子之间的相对功角是否超过一个阈值来评估系统是否暂态失稳。薛峰、丁纯、薛禹胜等人在文献《数值积分自动终止的算法及其工程应用，电力系统自动化,2001(20):9～13.》中提出了基于扩展等面积准则(EEAC)稳定性定量分析理论以及数值积分的自动终止算法，在积分的每一时步将多机轨迹映射到二维相平面，进而利用等面积定则分析系统的稳定性，但该方法存在模型适用性不强、精度差的缺点。苏福、杨松浩、王怀远、张保会等人在文献《电力系统暂态稳定时域仿真快速终止算法研究，中国电机工程学报,2017,37(15):4372～4378+4577》中提出暂态稳定裕度的概念，通过相轨迹凹凸性的暂态稳定裕度大小来迅速判断系统的暂态稳定性，避免了长时间的时域仿真，提高了电力系统暂态稳定的评估效率；基于相轨迹凹凸性的暂态稳定裕度具有精确、计算方便的特点，并且可应用于具有强非线性特性的电网。此外，我国电力系统工作人员提出了抵御故障的“三道防线”，对电网可能存在的暂态安全稳定问题，按控制策略实施切机、切负荷或解列等控制措施，保持系统的暂态稳定；但是“三道防线”存在有操作难度，在必要时刻需要失去某些负荷与发电机。柔性直流输电技术目前也广泛运用于电网中以调节系统的暂态稳定特性，但是柔直技术投资巨大，同时可能带来新的稳定问题。系统的暂态稳定性与其潮流方式的变化密切相关，在不同的发电机出力组合方式下，系统受到某一相同扰动时其暂态稳定性也会不同；因此亟需一种仅通过改变发电机出力组合就能提高受端电网稳定性的机组出力优化方法，同时需要找到一个对系统暂态稳定性精确、简便的暂态稳定判据。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种用于提高受端电网暂态稳定裕度的机组出力优化方法，可以通过优化机组出力保证系统暂态稳定特性满足要求。一种用于提高受端电网暂态稳定裕度的机组出力优化方法，包括如下步骤：(1)对于一个已知初始运行状态的受端电网，根据受端电网中同步发电机在各自最严重短路故障下的功角曲线与角速度偏移量曲线计算出各同步发电机的初始暂态稳定裕度；(2)通过改变同步发电机的有功出力，计算出各同步发电机暂态稳定裕度相对有功出力的灵敏度；(3)建立以下机组出力数学模型并对其进行优化求解，得到各同步发电机有功出力的最优方案；其中：SG为受端电网中的同步发电机集合，i为同步发电机集合SG中的任一台同步发电机，PGi为同步发电机i的有功出力，c2i、c1i、c0i分别为同步发电机i耗量特性曲线的二次项系数、一次项系数、常数项。进一步地，所述步骤(1)的具体实现方法为：对于受端电网中的任一台同步发电机，通过遍历扫描电网中各母线节点发生三相短路故障下该同步发电机的功角曲线与角速度偏移量曲线，取其中最严重故障情况下即功角摆幅最大的一组功角曲线与角速度偏移量曲线用以在同步发电机功角-角速度偏移量的相平面上绘制关于该同步发电机的相轨迹曲线，并通过以下算式计算出该同步发电机的初始暂态稳定裕度η0；η0＝min|ln|其中：Δωn为相轨迹曲线中对应第n个采样点的角速度偏移量，δn为相轨迹曲线中对应第n个采样点的功角，kn为相轨迹曲线中对应第n个采样点的斜率，ln为相轨迹曲线随功角δn的变化率，n为大于0的自然数且1≤n≤N，N为采样点个数且N＝T/ΔT，T为采样时长，ΔT为采样间隔。进一步地，所述步骤(2)的具体实现方法为：对于受端电网中的任一台同步发电机，在其初始运行状态下改变其有功出力大小，并重新计算在当前有功出力下该同步发电机的暂态稳定裕度，进而通过以下公式计算该同步发电机暂态稳定裕度相对有功出力的灵敏度s；其中：η为在当前有功出力下该同步发电机的暂态稳定裕度，η0为该同步发电机的初始暂态稳定裕度，ΔPG为给定的有功出力变化量。进一步地，所述步骤(3)中的机组出力数学模型需满足以下节电功率平衡约束；其中：SB为受端电网中的母线节点集合，k和j均为母线节点集合SB中的母线节点且k≠j，Vk和Vj分别为母线节点k和j的电压幅值，PHk为母线节点k上所连同步发电机的有功出力，若无同步发电机连接则PHk＝0；QHk为母线节点k上所连同步发电机的无功出力，若无同步发电机连接则QHk＝0；PDk为母线节点k上所连负荷的有功负荷量，若无负荷连接则PDk＝0；QDk为母线节点k上所连负荷的无功负荷量，若无负荷连接则QDk＝0；θkj为母线节点k与j之间的相角差，Gkj和Bkj分别为受端电网系统节点导纳矩阵中第xk行第yj列元素的实部和虚部，xk为母线节点k在系统节点导纳矩阵中对应的行序号，yj为母线节点j在系统节点导纳矩阵中对应的列序号。进一步地，所述步骤(3)中的机组出力数学模型需满足以下机组有功出力上下限约束；PGimin≤PGi≤PGimax其中：PGimin和PGimax分别为同步发电机i有功出力的下限值和上限值。进一步地，所述步骤(3)中的机组出力数学模型需满足以下母线节点电压上下限约束；Vkmin≤Vk≤Vkmax(k∈SB)其中：SB为受端电网中的母线节点集合，k为母线节点集合SB中的任一母线节点，Vk为母线节点k的电压幅值，Vkmin和Vkmax分别为母线节点k电压的下限幅值和上限幅值。进一步地，所述步骤(3)中的机组出力数学模型需满足以下线路潮流约束；其中：Sl为受端电网中的线路集合，l为线路集合Sl中的任一条线路，Pl为线路l的有功潮流，p和q分别为线路l两端连接的母线节点，Vp和Vq分别为母线节点p和q的电压幅值，θpq为母线节点p与q之间的相角差，Gpq和Bpq分别为受端电网系统节点导纳矩阵中第xp行第yq列元素的实部和虚部，xp为母线节点p在系统节点导纳矩阵中对应的行序号，yq为母线节点q在系统节点导纳矩阵中对应的列序号，Plmax为线路l的有功潮流上限值。进一步地，所述步骤(3)中的机组出力数学模型需满足以下机组有功出力暂态稳定约束；ηi0+si(PGi-PGi0)≥ηiset其中：si为同步发电机i暂态稳定裕度相对有功出力的灵敏度，ηi0为同步发电机i的初始暂态稳定裕度，PGi0为同步发电机i在初始运行状态下的有功出力，ηiset为同步发电机i的暂态稳定裕度期望值。本专利技术方法综合考虑了优化机组出力过程中的各种运行约束条件，考虑了机组的出力限值、支路功率的限值以及节点电压幅值的限值，因此对系统各种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提高受端电网暂态稳定裕度的机组出力优化方法，包括如下步骤：(1)对于一个已知初始运行状态的受端电网，根据受端电网中同步发电机在各自最严重短路故障下的功角曲线与角速度偏移量曲线计算出各同步发电机的初始暂态稳定裕度；(2)通过改变同步发电机的有功出力，计算出各同步发电机暂态稳定裕度相对有功出力的灵敏度；(3)建立以下机组出力数学模型并对其进行优化求解，得到各同步发电机有功出力的最优方案；

【技术特征摘要】
1.一种用于提高受端电网暂态稳定裕度的机组出力优化方法，包括如下步骤：(1)对于一个已知初始运行状态的受端电网，根据受端电网中同步发电机在各自最严重短路故障下的功角曲线与角速度偏移量曲线计算出各同步发电机的初始暂态稳定裕度；(2)通过改变同步发电机的有功出力，计算出各同步发电机暂态稳定裕度相对有功出力的灵敏度；(3)建立以下机组出力数学模型并对其进行优化求解，得到各同步发电机有功出力的最优方案；其中：SG为受端电网中的同步发电机集合，i为同步发电机集合SG中的任一台同步发电机，PGi为同步发电机i的有功出力，c2i、c1i、c0i分别为同步发电机i耗量特性曲线的二次项系数、一次项系数、常数项。2.根据权利要求1所述机组出力优化方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体实现方法为：对于受端电网中的任一台同步发电机，通过遍历扫描电网中各母线节点发生三相短路故障下该同步发电机的功角曲线与角速度偏移量曲线，取其中最严重故障情况下即功角摆幅最大的一组功角曲线与角速度偏移量曲线用以在同步发电机功角-角速度偏移量的相平面上绘制关于该同步发电机的相轨迹曲线，并通过以下算式计算出该同步发电机的初始暂态稳定裕度η0；其中：Δωn为相轨迹曲线中对应第n个采样点的角速度偏移量，δn为相轨迹曲线中对应第n个采样点的功角，kn为相轨迹曲线中对应第n个采样点的斜率，ln为相轨迹曲线随功角δn的变化率，n为大于0的自然数且1≤n≤N，N为采样点个数且N＝T/ΔT，T为采样时长，ΔT为采样间隔。3.根据权利要求1所述机组出力优化方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体实现方法为：对于受端电网中的任一台同步发电机，在其初始运行状态下改变其有功出力大小，并重新计算在当前有功出力下该同步发电机的暂态稳定裕度，进而通过以下公式计算该同步发电机暂态稳定裕度相对有功出力的灵敏度s；其中：η为在当前有功出力下该同步发电机的暂态稳定裕度，η0为该同步发电机的初始暂态稳定裕度，ΔPG为给定的有功出力变化量。4.根据权利要求1所述机组出力优化方法，其特征在于：所述步骤(3)中的机组出力数学模型需满足以下节电功率平衡约束；其中：SB为受端电网中的母线节点集合，k和j均为母线节点集合SB中的母线节点且k≠j，Vk和Vj分别为母线节点k和j的电压幅值，PHk为母线节点k...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晖，祁万春，徐政，应超楠，谢珍建，黄俊辉，彭竹弈，刘柏良，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32