一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法技术方案

一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法，面向大规模电力外送模型，利用扩展等面积定则得到等效单机无穷大系统；通过过多阶自记忆公式，得到下一时刻功角；利用三角函数对不平衡功率进行拟合，根据最小二乘法得到自记忆系数矩阵和不平衡功率拟合系数的最小二乘解，结合选择出的最优预测阶数，完成单机功角超实时预测；根据重合闸时间与预测失稳时间的比较，提出不同首摆失稳情况下的重合闸方案；根据不同的重合闸方案，计算不平衡能量，使首摆失稳的系统回稳，通过重新整定最佳重合时间最大程度上减小系统功角摇摆。本发明专利技术控制方法旨在解决瞬时性故障首摆失稳时重合闸方案的缺失问题，提高系统稳定性和供电可靠性。提高系统稳定性和供电可靠性。提高系统稳定性和供电可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法


[0001]本专利技术涉及自适应重合闸
，具体涉及一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法。

技术介绍

[0002]现有的自适应重合闸技术已经有了深入的研究，在传统重合闸的基础上引入了故障性质的识别，在识别为瞬时性故障后发出重合命令，在永久性故障下闭锁重合闸，有利于减小二次冲击，提高系统稳定性。但即使是瞬时性故障，在首摆失稳下直接重合也可能难以使系统稳定，对于越来越多的大规模电力外送场景，故障线路输送功率很大，当故障线路切除后系统易出现首摆失稳现象，盲目重合可能加速系统失稳。因此研究系统首摆失稳情况下的重合闸方案具有重要意义，提高了供电可靠性。
[0003]在首摆失稳后投入即时的控制策略已经难以发挥作用，此时需要引入功角曲线的超实时预测及首摆稳定性预判，由于发电机功角在扰动后不能短时突变，给功角超实时预测提供了可能性。一些学者提出多种功角预测方法，基于三角函数进行拟合的方法(宋方方.基于WAMS的电力系统受扰轨迹预测[J].电力系统自动化,2006(23):27
‑
32.)和基于多项式进行拟合的方法(楼伯良.基于多项式模型的受扰电压轨迹快速预测方法[J].智慧电力,2017,45(11):85
‑
90.)以及基于自回归法进行预测(杨佳宁.基于双层栈式长短期记忆的电网时空轨迹预测[J].计算机科学,2019,46(S2):23
‑
27+32.)。
[0004]但是上述经验性预测没有建立在动力学微分方程上，缺乏预测精度且预测时长不够。

技术实现思路

[0005]针对现有的重合闸技术，在大规模外送场景下发生线路故障会出现首摆失稳，导致系统难以稳定的技术问题。本专利技术提供一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法，旨在解决瞬时性故障首摆失稳时重合闸方案的缺失问题，提高系统稳定性和供电可靠性
[0006]本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：面向大规模电力外送模型，利用扩展等面积定则得到多机等效公式，进而得到送端多机系统的等效单机无穷大系统；
[0009]步骤二：通过过多阶自记忆公式，得到下一时刻功角；利用三角函数对不平衡功率进行拟合，根据最小二乘法得到自记忆系数矩阵和不平衡功率拟合系数的最小二乘解，结合选择出的最优预测阶数，完成单机功角超实时预测；
[0010]步骤三：根据重合闸时间与预测失稳时间的比较，提出不同首摆失稳情况下的重合闸方案；
[0011]步骤四：根据不同的重合闸方案，计算预先设置直流功率支援消纳系统中不平衡
能量，使首摆失稳的系统回稳，通过重新整定最佳重合时间最大程度上减小系统功角摇摆。
[0012]所述步骤一中，基于大规模电力外送场景特点建立模型，进行功角预测之前，将多机系统等效为单机无穷大系统，对扰动后的多机系统进行分群，记超前机群和滞后机群分别为：S群和A群，得到等值双机系统。
[0013]扩展等面积定则是一种将系统中多台发电机等效变换成一个单机无穷大系统的方法，可以用来判断系统暂态稳定性，实现系统稳定性的定量分析。
[0014]所述步骤一中，通过扩展等面积定则，得到公式(1)，得到等效单机无穷大系统，
[0015][0016]式(1)中：δ
eq
＝δ
s
‑
δ
A
为系统等效功角，为系统等效功角对时间的导数，δ
A
、δ
s
分别为滞后机群和超前机群的等效功角；ω
eq
＝ω
s
‑
ω
A
为系统等效角速度，为系统等效角速度对时间的导数，ω
A
、ω
s
分别为滞后机群和超前机群的等效角速度；为系统等效惯量，为系统等效机械功率，为系统等效电磁功率。
[0017]H
A
、H
S
分别为滞后机群和超前机群的等效惯量，P
eA
、P
eS
分别为滞后机群和超前机群的等效电磁功率，P
mA
、P
mS
分别为滞后机群和超前机群的等效机械功率。
[0018]所述步骤二包括如下步骤：
[0019]步骤2.1：引入多阶自记忆公式，通过实测的历史功角值和记忆系数矩阵求解，结合式(3)进行下一时刻功角的预测；
[0020][0021]式(3)中，β
i
(i＝﹣P，
…
，0,1)为自记忆系数，Δt为采样间隔时间，δ
i
(i＝﹣P，
…
，0)为历史时刻的功角值，P表示预测阶数、i表示采样点数。δ1表示第一个预测点的功角，β
‑
p
、δ
‑
p
、ω
‑
p
分别表示﹣P历史时刻对应的自记忆系数、功角、角速度，δ
‑
p+1
、δ
i
‑1、δ
i+1
分别表示采样点数为﹣P+1、i
‑
1、i+1时的历史功角，δ
‑1、β0分别表示倒数第二个历史时刻的功角和自记忆系数，δ0、β1分别表示最后一个历史时刻的功角和自记忆系数。
[0022]步骤2.2：对于单机无穷大系统，转子运动方程为：
[0023][0024]式(2)中，δ为发电机与无穷大母线的功角差，ω0为同步角速度，Δω为发电机的转子角速度，H为惯性时间常数，P
m
为机械输入功率，P
e
为电磁输出功率；
[0025]将公式(2)第二式化为公式(4)的差分方程形式：
[0026][0027]式(4)中，ΔP为不平衡功率；t为预测时间，Δt为采样时间间隔，Δω(t)、Δω(t+Δt)分别为下一时刻和当前时刻的转子角速度，ΔP(t)、ΔP(t+Δt)分别表示当前时刻和下一时刻的不平衡功率。
[0028]步骤2.3：通过式(5)对ΔP进行预测：
[0029]ΔP＝P
c
(t)+λ
1t
(t)sin(δ)+λ
2t
(t)cos(δ)
ꢀꢀ
(5)；
[0030]式(5)中，P
c
(t)、λ
1t
(t)、λ
2t
(t)为时变拟合参数，在不发生大扰动工况下认为短时恒定，利用最小二乘法对参数进行计算后，完成对ΔP的预测，进而进行角速度预测。sin(δ)、cos(δ)分别表示功角为δ时所对应的正弦值和余弦值。
[0031]步骤2.4：求记忆系数矩阵最小二乘解：将公式(3)表示为公式(6)的矩阵形式，公式(7)(8)(9)给出记忆系数矩阵A的最小二乘解计算公式，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：面向大规模电力外送模型，利用扩展等面积定则得到等效单机无穷大系统；步骤二：通过过多阶自记忆公式，得到下一时刻功角；利用三角函数对不平衡功率进行拟合，根据最小二乘法得到自记忆系数矩阵和不平衡功率拟合系数的最小二乘解，结合选择出的最优预测阶数，完成单机功角超实时预测；步骤三：根据重合闸时间与预测失稳时间的比较，提出不同首摆失稳情况下的重合闸方案；步骤四：根据不同的重合闸方案，计算不平衡能量，使首摆失稳的系统回稳，通过重新整定最佳重合时间减小系统功角摇摆。2.根据权利要求1所述一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法，其特征在于：所述步骤一中，基于大规模电力外送场景特点建立模型，进行功角预测之前，将多机系统等效为单机无穷大系统，对扰动后的多机系统进行分群，记超前机群和滞后机群分别为：S群和A群，得到等值双机系统。3.根据权利要求2所述一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法，其特征在于：所述步骤一中，通过扩展等面积定则，得到公式(1)，得到等效单机无穷大系统，式(1)中：δ
eq
＝δ
s
‑
δ
A
为系统等效功角，为系统等效功角对时间的导数，δ
A
、δ
s
分别为滞后机群和超前机群的等效功角；ω
eq
＝ω
s
‑
ω
A
为系统等效角速度，为系统等效角速度对时间的导数，ω
A
、ω
s
分别为滞后机群和超前机群的等效角速度；为系统等效惯量，为系统等效机械功率，为系统等效电磁功率；H
A
、H
S
分别为滞后机群和超前机群的等效惯量，P
eA
、P
eS
分别为滞后机群和超前机群的等效电磁功率，P
mA
、P
mS
分别为滞后机群和超前机群的等效机械功率。4.根据权利要求1所述一种瞬时故障下重合闸所致系统首摆失稳控制方法，其特征在于：所述步骤二包括如下步骤：步骤2.1：引入多阶自记忆公式，通过实测的历史功角值和记忆系数矩阵求解，结合式(3)进行下一时刻功角的预测；式(3)中，β
i
(i＝﹣P，
…
，0,1)为自记忆系数，
△
t为采样间隔时间，δ
i
(i＝﹣P，
…
，0)为历史时刻的功角值，P表示预测阶数、i表示采样点数；δ1表示第一个预测点的功角，β
‑
p
、δ
‑
p
、
ω
‑
p
分别表示﹣P历史时刻对应的自记忆系数、功角、角速度，δ
‑
p+1
、δ
i
‑1、δ
i+1
分别表示采样点数为﹣P+1、i
‑
1、i+1时的历史功角，δ
‑1、β0分别表示倒数第二个历史时刻的功角和自记忆系数，δ0、β1分别表示最后一个历史时刻的功角和自记忆系数；步骤2.2：对于单机无穷大系统，转子运动方程为：式(2)中，δ为发电机与无穷大母线的功角差，ω0为同步角速度，
△
ω为发电机的转子角速度，H为惯性时间常数，P
m
为机械输入功率，P
e
为电磁输出功率；将公式(2)第二式化为公式(4)的差分方程形式：式(4)中，
△
P为不平衡功率；t为预测时间，
△
t为采样时间间隔，
△
ω(t)、
△
ω(t+
△
t)分别为下一时刻和当前时刻的转子角速度，
△
P(t)、
△
P(t+
△
t)分别表示当前时刻和下一时刻的不平衡功率；步骤2.3：通过式(5)对
△
P进行预测：
△
P＝P
c
(t)+λ
1t
(t)sin(δ)+λ
2t
(t)cos(δ)
ꢀꢀ
(5)；式(5)中，P
c
(t)、λ
1t
(t)、λ
2t
(t)为时变拟合参数，在不发生大扰动工况下认为短时恒定，利用最小二乘法对参数进行计算后，完成对
△
P的预测，进而进行角速度预测；sin(δ)、cos(δ)分别表示功角为δ时所对应的正弦值和余弦值；步骤2.4：求记忆系数矩阵最小二乘解：将公式(3)表示为公式(6)的矩阵形式，公式(7)(8)(9)给出记忆系数矩阵A的最小二乘解计算公式，δ＝Mβ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振兴，胡聪，朱益，万佳灵，张萌萌，李振华，翁汉琍，黄景光，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：