一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统安全稳定分析技术领域，更具体地，涉及一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法及系统。


背景技术：

2.低频振荡是机电暂态尺度内三种稳定形态之一功角稳定的一种形式，表现为发电机组群转子之间弱阻尼持续振荡或负阻尼增幅振荡。对于增幅振荡，若无紧急控制措施则存在演变为功角失稳的威胁。低频振荡在弱互联结构的电网和大功率重载运行的系统中易于出现，此外，当电网发生故障导致重要线路开断，或直流闭锁引发潮流大量转移等扰动冲击后，也易激发出低频振荡。
3.低频振荡是威胁互联电网安全稳定运行的重要形式之一，机群功角相对摇摆时网络电气量随之动态变化，基于易于量测的广域支路响应信息，评估低频振荡引发功角失稳的威胁，并适时采取紧急控制抑制振荡恢复系统稳定运行，具有重要的理论意义和迫切的现实需求。在基于广域响应信息的关键支路筛选及解列割集选择方面，目前已有的关键支路搜索方法存在判据设置和计算步骤复杂的问题，且只在小系统算例中进行了仿真验证，在实际电网中存在控制失配和误判的风险。
4.因此，需要一种技术，以实现基于广域支路响应的低频振荡动态评估及控制。


技术实现要素：

5.本发明技术方案提供一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法及系统，以解决如何基于广域支路响应对低频振荡动态进行评估与控制的问题。
6.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法，所述方法包括：
7.步骤1，设置初始参数，所述初始参数包括简化支路暂态输电能力指数的下限值、简化支路暂态输电能力指数的上限值、预设判定次数值以及标志位值；
8.步骤2，根据每一条支路两端节点的电压幅值和电压相位计算每一条支路的简化支路暂态输电能力指数；
9.步骤3，根据所述简化支路暂态输电能力指数确定关键支路，并判断所述关键支路的电压相位差或两端节点的电压相量是否满足第一预设判据；
10.步骤4，当所述关键支路满足第一预设判据时，判断所述关键支路的简化支路暂态输电能力指数以及两端节点的电压相位差是否满足第二预设判据；
11.步骤5，当所述关键支路满足第二预设判据时，实施紧急控制。
12.优选地，所述根据所述简化支路暂态输电能力指数确定关键支路，包括：
13.对每条支路简化支路暂态输电能力指数进行排序，确定最小的简化支路暂态输电能力指数对应的支路为关键支路。
14.优选地，所述判断所述关键支路的电压相位差或两端节点的电压相量是否满足第
一预设判据，包括：
15.δθ
mn
＞90
°
16.其中，δθ
mn
为关键支路k两端节点的电压相位差；
[0017][0018]
其中，umax＝max{um，un，umn}、umin＝min{um，un，umn}分别为关键支路两端节点um、un两相量所围三角形的最大与最小边长，umn表示um、un两相量之差。
[0019]
优选地，所述判断所述关键支路的简化支路暂态输电能力指数以及两端节点的电压相位差是否满足第二预设判据，包括：
[0020]
sbttck＜ε
lth
[0021]
其中，ε
lth
为简化支路暂态输电能力指数的下限值，sbttck为关键支路的简化支路暂态输电能力指数；
[0022][0023]
其中，pk和δθk分别表示关键支路k的有功功率和两端节点电压相位差。
[0024]
优选地，步骤5，当所述关键支路满足第二预设判据时，实施紧急控制，还包括：
[0025]
将标志位值设置为1；
[0026]
将t更新为t+δt，并返回步骤2；其中t为当前时刻；δt为设定的相邻两个时刻的固定时间间隔。
[0027]
优选地，还包括：
[0028]
当所述关键支路不满足第一预设判据时，则执行步骤5。
[0029]
优选地，还包括：
[0030]
步骤6，当所述关键支路不满足第二预设判据时，判断所述关键支路满足下式的次数是否大于所述预设判定次数值；
[0031]
ε
lth
＜sbttck＜ε
hth
[0032]
其中，ε
lth
为简化支路暂态输电能力指数的下限值，ε
hth
为简化支路暂态输电能力指数的上限值；
[0033]
若所述关键支路满足下式的次数大于所述预设判定次数值，以及判断所述标志位值为1时，则实施紧急控制；或者，若所述关键支路满足下式的次数大于所述预设判定次数值，以及判断所述标志位值为0时，则将t更新为t+δt，并返回步骤2；
[0034]
若所述关键支路满足下式的次数不大于所述预设判定次数值，则将t更新为t+δt，并返回步骤2；其中t为当前时刻；δt为设定的相邻两个时刻的固定时间间隔。
[0035]
基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法的步骤。
[0036]
基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，其特征在于，包括：
[0037]
上述的计算机可读存储介质；以及
[0038]
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
[0039]
基于本发明的另一方面，本发明提供一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制系统，所述系统包括：
[0040]
初始单元，用于设置初始参数，所述初始参数包括简化支路暂态输电能力指数的下限值、简化支路暂态输电能力指数的上限值、预设判定次数值以及标志位值为0；
[0041]
计算单元，用于根据每一条支路两端节点的电压幅值和电压相位计算每一条支路的简化支路暂态输电能力指数；
[0042]
第一判断单元，用于根据所述简化支路暂态输电能力指数确定关键支路，并判断所述关键支路的电压相位差或两端节点的电压相量是否满足第一预设判据；
[0043]
第二判断单元，用于当所述关键支路满足第一预设判据时，判断所述关键支路的简化支路暂态输电能力指数以及两端节点的电压相位差是否满足第二预设判据；
[0044]
执行单元，用于当所述关键支路满足第二预设判据时，实施紧急控制。
[0045]
本发明技术方案提供一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法及系统，其中方法包括：步骤1，设置初始参数，初始参数包括简化支路暂态输电能力指数的下限值、简化支路暂态输电能力指数的上限值、预设判定次数值以及标志位值；步骤2，根据每一条支路两端节点的电压幅值和电压相位计算每一条支路的简化支路暂态输电能力指数；步骤3，根据简化支路暂态输电能力指数确定关键支路，并判断关键支路的电压相位差或两端节点的相量是否满足第一预设判据；步骤4，当关键支路满足第一预设判据时，判断关键支路的简化支路暂态输电能力指数以及两端节点的电压相位差是否满足第二预设判据；步骤5，当关键支路满足第二预设判据时，实施紧急控制。本发明技术方案提出了一种基于广域支路响应的低频振荡动态评估及紧急控制方法。本发明技术方案在失稳判据构建方法方面，本发明利用简化支路暂态输电能力指数直接对发生功角失稳的系统中的各支路进行判定，筛选出待解列的关键支路，计算公式简单，计算步骤少，因此节省了判定时间。本发明技术方案所提出的方法具有控制快速、搜索准确等优点，有助于降低电网发生低频振荡并导致功角失稳的风险。
附图说明
[0046]
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
[0047]
图1为根据本发明优选实施方式的基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法流程图；
[0048]
图2为根据本发明优选实施方式的低频振荡分析的典型系统示意图；
[0049]
图3为根据本发明优选实施方式的基于关键支路稳定特征量的低频振荡紧急控制策略流程图；
[0050]
图4为根据本发明优选实施方式的测试系统的电网结构示意图；
[0051]
图5为根据本发明优选实施方式的所设置故障发生后的电网发电机功角曲线及交流支路两端节点电压相位差曲线示意图；
[0052]
图6为根据本发明优选实施方式的系统中全部交流支路的sbttc指数及其中关键支路的稳定特征量示意图；
[0053]
图7为根据本发明优选实施方式的采取控制措施后的电网发电机功角曲线及交流支路两端节点电压相位差曲线示意图；
[0054]
图8为本发明优选实施方式的基于广域支路响应的低频振荡动态控制系统结构图。
具体实施方式
[0055]
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
[0056]
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
[0057]
图1为根据本发明优选实施方式的基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法流程图。在基于广域响应信息的关键支路筛选方面，现有技术存在判据设置和计算步骤复杂的问题，且只在小系统算例中进行了仿真验证，在实际电网中存在控制失配和误判的风险。为了克服现有技术存在的问题和困难，本发明提出了一种基于广域支路响应的低频振荡动态评估及紧急控制方法。在失稳判据构建方法方面，本发明利用简化支路暂态输电能力指数直接对发生功角失稳的系统中的各支路进行判定，筛选出待解列的关键支路，其计算公式简单，计算步骤少，因此节省了判定时间。
[0058]
如图1所示，本发明提供一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法，方法包括：
[0059]
步骤1，设置初始参数，初始参数包括简化支路暂态输电能力指数的下限值、简化支路暂态输电能力指数的上限值、预设判定次数值以及标志位值；
[0060]
本发明在步骤1设置相关参数ε
lth
、ε
hth
、n
th
，并置标志位s
emg
为0。其中，ε
lth
为人为设定的一个门槛值，表示sbttc指数的下限值；ε
hth
为人为设定的一个门槛值，表示sbttc指数的上限值；n
th
为人为设定的次数值，具体指sbttc指数满足式(7)的次数。如图3所示。
[0061]
步骤2，根据每一条支路两端节点的电压幅值和电压相位计算每一条支路的简化支路暂态输电能力指数；
[0062]
本发明在步骤2，量测系统中每一条支路i(i＝1,2,3,...,n，n表示系统内的支路总数)的两端节点电压幅值u
mi
、u
ni
和电压相位差δθi，根据式(1)计算每一条支路的sbttc指数，根据式(2)排序并定位其中的关键支路k。
[0063][0064][0065]
式(1)中，δθi＝|δθ
mi-δθ
ni
|，表示支路i两端节点的电压相位差。u
mi
、u
ni
、δθ
mi
、δθ
ni
在图2中均已标出，下标m、n表示一条线路上取的两个量测点的位置，通常取线路两端。u
mi
是支路i上节点m的电压幅值，u
ni
是支路i上节点n的电压幅值，δθ
mi
是支路i上节点m的电压相位，δθ
ni
是支路i上节点n的电压相位。
[0066]
根据式(2)对每条支路sbttc指数进行排序。定义具有最小sbttc指数值的支路为关键支路，其支路编号记为k。
[0067]
步骤3，根据简化支路暂态输电能力指数确定关键支路，并判断关键支路的电压相
位差或两端节点的电压相量是否满足第一预设判据；优选地，根据简化支路暂态输电能力指数确定关键支路，包括：
[0068]
对每条支路简化支路暂态输电能力指数进行排序，确定最小的简化支路暂态输电能力指数对应的支路为关键支路。
[0069]
优选地，判断关键支路的电压相位差或两端节点的电压相量是否满足第一预设判据，包括：
[0070]
δθ
mn
＞90
°
[0071]
其中，δθ
mn
为关键支路k两端节点的电压相位差；
[0072][0073]
其中，umax＝max{um，un，umn}、umin＝min{um，un，umn}分别为关键支路两端节点um、un两相量所围三角形的最大与最小边长，umn表示um、un两相量之差。
[0074]
优选地，还包括：
[0075]
当关键支路不满足第一预设判据时，则执行步骤5。
[0076]
本发明在步骤3中，判定关键支路k是否满足式(3)或式(4)。
[0077]
判据如式(3)、式(4)所示，满足两者之一则置标志位flgov为1，否则置为0。式(3)中δθ
mn
表示关键支路k两端节点的电压相位差，式(4)中umax＝max{um，un，umn}、umin＝min{um，un，umn}分别为关键支路k两端节点um、un两相量所围三角形的最大与最小边长，umn表示um、un两相量之差，umid则为中间大小边长。
[0078]
δθ
mn
＞90
°ꢀꢀꢀ
(3)
[0079][0080]
若满足，则进入步骤四；
[0081]
若不满足，则进入步骤五。
[0082]
步骤4，当关键支路满足第一预设判据时，判断关键支路的简化支路暂态输电能力指数以及两端节点的电压相位差是否满足第二预设判据；
[0083]
优选地，判断关键支路的简化支路暂态输电能力指数以及两端节点的电压相位差是否满足第二预设判据，包括：
[0084]
sbttck＜ε
lth
[0085]
其中，ε
lth
为简化支路暂态输电能力指数的下限值，sbttck为关键支路k的简化支路暂态输电能力指数；
[0086][0087]
其中，pk和δθk分别表示关键支路k的有功功率和两端节点电压相位差。
[0088]
本发明在步骤4，判定关键支路k是否同时满足式(5)和式(6)。
[0089]
具有最小sbttc指数且垂足电压位于支路之上的关键支路，其特征电气量可表征机组功角稳定性变化趋势。一方面关键支路sbttc数值随功角稳定性降低而减小，当其小于设定门槛值ε
lth
可表明功角稳定性已显著恶化，判据如式(5)所示；另一方面当关键支路功率随两端节点电压相位差增大不增反减时，表明已趋近不稳定平衡点，亦可表征功角稳定裕度大幅降低，判据如式(6)所示：
[0090]
sbttck＜ε
lth
ꢀꢀꢀ
(5)
[0091][0092]
式(6)中，pk和δθk分别表示关键支路k的有功功率和两端节点电压相位差。
[0093]
若同时满足式(5)和(6)，则进入步骤五；
[0094]
若不满足，则进入步骤六；
[0095]
步骤5，当关键支路满足第二预设判据时，实施紧急控制。
[0096]
本发明在步骤5实施紧急控制措施并置s
emg
为1。
[0097]
步骤5结束后使t＝t+δt，并返回步骤二。
[0098]
优选地，步骤5，当关键支路满足第二预设判据时，实施紧急控制，还包括：
[0099]
将标志位值设置为1；
[0100]
将t更新为t+δt，并返回步骤2；其中t为当前时刻；δt为设定的相邻两个时刻的固定时间间隔。
[0101]
优选地，还包括：
[0102]
步骤6，当关键支路不满足第二预设判据时，判断关键支路满足下式的次数是否大于预设判定次数值；
[0103]
ε
lth
＜sbttck＜ε
hth
[0104]
其中，ε
lth
为简化支路暂态输电能力指数的下限值，ε
hth
为简化支路暂态输电能力指数的上限值；
[0105]
若关键支路满足下式的次数大于预设判定次数值，以及判断标志位值为1时，则实施紧急控制；或者，若关键支路满足下式的次数大于预设判定次数值，以及判断标志位值为0时，则将t更新为t+δt，并返回步骤2；
[0106]
若关键支路满足下式的次数不大于预设判定次数值，则将t更新为t+δt，并返回步骤2；其中t为当前时刻；δt为设定的相邻两个时刻的固定时间间隔。
[0107]
本发明在步骤6中判定关键支路k是否满足式(7)的次数大于n
th
。
[0108]
ε
lth
＜sbttck＜ε
hth
ꢀꢀꢀ
(7)
[0109]
若满足，则进入步骤7；
[0110]
若不满足，则使t＝t+δt，并返回步骤2。
[0111]
步骤7：判定s
emg
＝1是否成立。
[0112]
若成立，实施紧急控制措施；
[0113]
若不成立，使t＝t+δt，并返回步骤2。
[0114]
本发明的另一实施方式提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法的步骤。
[0115]
本发明的另一实施方式提供一种电子设备，包括：
[0116]
上述计算机可读存储介质；以及
[0117]
一个或多个处理器，用于执行计算机可读存储介质中的程序。
[0118]
本发明提出了一种基于广域支路响应的低频振荡动态评估及紧急控制方法。在失稳判据构建方法方面，本发明利用简化支路暂态输电能力指数直接对发生功角失稳的系统
中的各支路进行判定，筛选出待解列的关键支路，其计算公式简单，计算步骤少，节省了判定时间。
[0119]
本发明提出的一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制方法具有控制快速、搜索准确等优点，有助于降低电网发生低频振荡并导致功角失稳的风险。本发明由于所采集信息易于量测、计算公式及控制策略流程简单，本发明具有较高的工程可实施性，并且在符合实际电网复杂规模和情形的算例中进行了仿真验证。
[0120]
本发明基于简化支路暂态输电能力指数和支路垂足电压位置，提出了可降维表征系统功角稳定性的关键支路识别方法、低频振荡引发功角失稳威胁的评估判据以及抑制振荡降低失稳威胁的紧急控制策略，并针对实际交直流混联大电网，仿真验证了评估判据以及紧急控制的有效性。关键支路的简化支路暂态输电能力小于设定阈值、传输有功对两端节点相位差的变化率小于零、关键支路sbttc指数值在指定区间内的次数大于指定值，这三项辅助判据起到了提高系统稳定性判别准确度和紧急控制措施实施时间准确度的作用。
[0121]
在仿真软件中搭建如图4所示的测试系统，该测试系统模拟了复杂交直流混联大电网的拓扑结构，可以通过仿真验证本技术方案在实际电网中的有益效果，ε
lth
、ε
hth
和n
th
分别设置为0.6、0.8和10。
[0122]
设置盐源—月开500kv交流线路在0.1s发生三相永久短路开断双回线故障，该故障发生后，系统的暂态响应曲线如图5所示，可以看出，这一故障引发了系统中发电机功角的低频振荡，且振荡幅值呈增幅趋势，系统中交流支路两端节点的相角差呈振荡发散趋势，若不采取紧急控制措施，系统中的机群最终将失去功角稳定。
[0123]
对应上述故障扰动，根据式(1)计算得到系统内所有500kv交流支路的sbttc指数随时间变化曲线如图6(a)所示，在第17.7s时，根据式(2)排序具有最小sbttc指数的支路为月开-洪沟支路；如图6(b)所示，通过计算月开和洪沟两个节点电压的相位差得知大于90
°
，因此满足式(3)也即flg
ov
＝1，进一步判断可知在第17.7s时，其sbttc指数数值第一次满足式(5)，由图6(c)可以看出在17.7s这一时刻月开-洪沟支路也满足式(6)，综上，第17.7s时月开-洪沟支路同时满足式(5)和式(6)，是可表征系统机群功角稳定水平的关键支路，其特征电气量表明系统已面临功角失稳威胁，需采取紧急控制措施。
[0124]
考虑通讯及控制0.2s延时，17.9s实施降低低频振荡引发功角失稳威胁的紧急控制措施，切除苏洼龙水电厂3台300mw机组，从而降低川藏长链型线路上的输送功率。实施紧急控制后，系统500kv交流支路的sbttc指数如图6(d)所示，可以看出，实施紧急控制后，后续sbttc指数低于ε
hth
且高于ε
lth
的次数小于n
th
，也即不满足式(7)，因此无需进一步采取控制措施。
[0125]
图7为采取紧急控制措施后的系统暂态响应曲线，对比图5和图7可以看出，依据本技术方案执行图3中的流程并实施紧急控制措施后，系统中发电机功角、交流线路相位差的低频振荡幅值均得到抑制并呈衰减趋势，有利于系统恢复功角稳定，从而验证了本发明的有效性。
[0126]
图8为本发明优选实施方式的基于广域支路响应的低频振荡动态控制系统结构图。如图8所示，本发明提供一种基于广域支路响应的低频振荡动态控制系统，系统包括：
[0127]
初始单元801，用于设置初始参数，初始参数包括简化支路暂态输电能力指数的下限值、简化支路暂态输电能力指数的上限值、预设判定次数值以及标志位值为0；
[0128]
计算单元802，用于根据每一条支路两端节点的电压幅值和电压相位计算每一条支路的简化支路暂态输电能力指数；
[0129]
第一判断单元803，用于根据简化支路暂态输电能力指数确定关键支路，并判断关键支路的电压相位差或两端节点的电压相量是否满足第一预设判据；优选地，根据简化支路暂态输电能力指数确定关键支路，包括：
[0130]
对每条支路简化支路暂态输电能力指数进行排序，确定最小的简化支路暂态输电能力指数对应的支路为关键支路。
[0131]
优选地，判断关键支路的电压相位差或两端节点的电压相量是否满足第一预设判据，包括：
[0132]
δθ
mn
＞90
°
[0133]
其中，δθ
mn
为关键支路k两端节点的电压相位差；
[0134][0135]
其中，umax＝max{um，un，umn}、umin＝min{um，un，umn}分别为关键支路两端节点um、un两相量所围三角形的最大与最小边长，umn表示um、un两相量之差。
[0136]
第二判断单元804，用于当关键支路满足第一预设判据时，判断关键支路的简化支路暂态输电能力指数以及两端节点的电压相位差是否满足第二预设判据；
[0137]
优选地，判断关键支路的简化支路暂态输电能力指数以及两端节点的电压相位差是否满足第二预设判据，包括：
[0138]
sbttck＜ε
lth
[0139]
其中，ε
lth
为简化支路暂态输电能力指数的下限值，sbttck为关键支路k的简化支路暂态输电能力指数；
[0140][0141]
其中，pk和δθk分别表示关键支路k的有功功率和两端节点电压相位差。
[0142]
优选地，还包括：
[0143]
当关键支路不满足第一预设判据时，则执行步骤5。
[0144]
优选地，步骤5，当关键支路满足第二预设判据时，实施紧急控制，还包括：
[0145]
将标志位值设置为1；
[0146]
将t更新为t+δt，并返回步骤2；其中t为当前时刻；δt为设定的相邻两个时刻的固定时间间隔。
[0147]
执行单元805，用于当关键支路满足第二预设判据时，实施紧急控制。
[0148]
优选地，还包括：
[0149]
步骤6，当关键支路不满足第二预设判据时，判断关键支路满足下式的次数是否大于预设判定次数值；
[0150]
ε
lth
＜sbttck＜ε
hth
[0151]
其中，ε
lth
为简化支路暂态输电能力指数的下限值，ε
hth
为简化支路暂态输电能力指数的上限值；
[0152]
若关键支路满足下式的次数大于预设判定次数值，以及判断标志位值为1时，则实施紧急控制；或者，若关键支路满足下式的次数大于预设判定次数值，以及判断标志位值为
0时，则将t更新为t+δt，并返回步骤2；
[0153]
若关键支路满足下式的次数不大于预设判定次数值，则将t更新为t+δt，并返回步骤2；其中t为当前时刻；δt为设定的相邻两个时刻的固定时间间隔。
[0154]
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
[0155]
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。