一种基于应用补偿阻抗原理判断失步解列的设计方法

摘要

本发明公开一种基于应用补偿阻抗原理判断失步解列的设计方法。本发明可以自动获得线路的实时阻抗数值，并根据此实时阻抗作为线路补偿阻抗值，运用基于补偿阻抗原理判断失步解列方法，自动识别联络线两侧的电力系统是否处于失步振荡状态，失步振荡中心是否处于本线路上，并相应地开放或闭锁失步解列控制动作的执行。本发明可以实现安全可靠、动作范围明显的电力系统失步解列控制，避免突发事件引起的电网稳定破坏和大面积停电事故。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力领域自动控制方法，尤其是涉及一种基于应用补偿阻抗原理判断失步解列的设计方法。

背景技术

随着特高压电网的建设，各区域电网之间的联系大大加强，稳定特性更加复杂，迫切需要深入研究极端紧急情况下的电网解列控制技术，包括传统解列判据的适应性研究、不同断面解列的协调控制技术研究、解列控制新判据的研究等。

传统判据设计的解列控制方案存在着较多的问题。(1)判据仅能反映一类或几类失步特性，多数判据还不完善；(2)现在大多数判据都是针对两机系统，对于多频失步振荡，判据可能失效，严重时可能使系统稳定情况更加恶化；(3)复杂电力系统中，装置的参数整定非常困难，甚至无法整定；(4)在系统中的多套解列装置之间的配合困难。因为这些判据都是采用就地量进行判断的，在大电网互联的情况下，相邻站点间的失步解列装置配合较为困难，即使有辅助判据判断动作区范围，也是定性的判断，大都只能靠通过延长动作时间弥补这种不足。因而，复杂电力系统中，基于本地量的失步解列判据很难同时满足快速性和选择性。

如何有效地将远方电气量与就地电气量结合，正确地描述和检测系统振荡现象，是一个值得深入研究的课题。另外，即使对于失步解列的研究也多集中于在振荡中心所在联络线上实施解列。一般，系统失步时必须在振荡中心实施解列，传统的失步解列装置都以能够准确判断出振荡中心为控制动作的必要条件。但随着我国全国联网的巨型电力系统的形成，以及特高压电网的建设，原来弱联系的区域电网，电气联系日益紧密，振荡中心往往不在联络断面上，这就使得失步解列装置的配置，以及参数的整定都会带来新的挑战。实际电网运行中，已发生了将不处于振荡中心的联络线解列后有效地平息了系统功率振荡的情况。联络线处于非振荡中心时的解列控制问题迫切需要研究。

目前广为应用的相量测量技术是解决大区互联电网失步解列控制问题的重要方法，但由于种种原因，目前广域相量测量技术尚未应用于电网实时控制中，主要还是应用在电网分析和监测领域。但是直观来看，基于线路两端电压相量的失步解列判据可以准确识别失步振荡的中心是否位于本线路上，从而可以保护线路的全长。由于其具有明确的保护范围，因而能够解决复杂系统中相邻站点间失步解列装置的配合问题。

目前，如何获得基于线路两端电压相量主要方法有2种，第一种方法是采用补偿原理，目前在工程中已有采用，简单的说就是根据事先整定的线路阻抗值，根据本侧的电压和电流相量，获得对侧的电压相量。第二种方法是采用PMU(Phasor Measurement Unit)相量测量装置，通过同步时标和快速通信系统，同时获得线路两侧的电压相量。两种方法各有优缺点，前者装置实现简单、可靠，单侧判断，不涉及通信系统，符合第三道防线可靠性的要求，但由于涉及事先的阻抗整定，对电网结构变化的适应性不够，而且在某些网络中，精确的阻抗值也很难计算得到；后者由于是实时计算得到线路两侧电压相量，对电网结构适应能力强，没有需要整定的定值，但装置实现复杂，需双侧安装，对同步时标要求高，对快速通信系统要求高，一旦发生通信事故或同步时钟失效事故，将导致装置完全退出，不满足第三道防线可靠性要求。

如果能够综合上述两种方法的优点，将为解决现有大区互联电网的失步解列控制问题提供一条有效的技术出路。

发明内容

1、发明目的

本发明的目的是：自动获得线路的实时阻抗数值，并根据此实时阻抗作为线路补偿阻抗值，运用基于补偿阻抗原理判断失步解列方法，自动识别联络线两侧的电力系统是否处于失步振荡状态，失步振荡中心是否处于本线路上，并相应地开放或闭锁失步解列控制动作的执行。

2、技术方案

为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的。该技术方案包括下列步骤：

(1)安装在线路两侧具有同步时钟的失步解列装置，使用其中的测量模块实时测量得到线路两侧统一时标下的母线电压相量V1、V2和线路电流相量I1、I2；

(2)通过失步解列装置本身的高速通信模块及电力系统的高速通信网，两侧装置交换采集到的带时标的电压相量和电流相量；

(3)实时计算线路等值阻抗Z＝2(V1-V2)/(I1+I2)，根据计算得到的Z，保存作为线路的补偿阻抗Z_L；

(4)如果通信正常，就一直刷新此补偿阻抗值；如果通信异常，则将通信正常时保存的最后阻抗值作为此线路补偿阻抗值；

(5)根据得到的线路补偿阻抗值Z_L、一侧的电压和电流相量V1、I1，可以计算出对侧的电压相量V2’；

(6)根据电压相量V1和V2’，可以得到两电压相角差Δθ；

(7)根据两侧电压相量之间角度差Δθ的变化规律，应用基于阻抗补偿原理的失步解列判据，可判断系统是否发生失步振荡及失步振荡中心是否落在本线路上，并相应地开放或闭锁失步解列控制动作的执行。

本发明中，披露了一种电力系统失步解列判据设计方法的改进。该方法基于广域实时测量系统，利用通信系统正常时实时计算得到线路阻抗值，根据此实际线路阻抗值，采用基于阻抗补偿原理的失步解列判踞，自动识别出联络线两侧电力系统是否处于失步振荡状态、失步振荡中心是否处于本线路上，并相应地开放或闭锁失步解列控制动作的执行。与依靠事先整定获得补偿阻抗值的方法相比，该方法解决了不能自动适应电网运行状态改变的关键性难题，同时也解决了过补偿的问题，动作范围非常明确。该方法的流程参见图1。本方法中涉及的电压相量V，电流相量I的计算，及基于补偿阻抗原理的失步解列判据均是成熟算法，不在此描述。

3、有益效果

基于本发明所采用的方法的推广应用，将实现安全可靠、动作范围明显的电力系统失步解列控制，避免突发事件引起的电网稳定破坏和大面积停电事故。

(1)采用了基于广域实时测量的应用补偿阻抗原理判断失步解列方法设计的电力系统失步解列控制装置，可有效解决常规失步解列装置判断范围不精确的问题

(2)采用了基于广域实时测量的应用补偿阻抗原理判断失步解列方法设计的电力系统失步解列控制装置，可有效解决由于完全依赖广域实时测量系统进行失步判断而导致的对通信可靠性要求非常高的问题；

(3)采用了基于广域实时测量的应用补偿阻抗原理判断失步解列方法设计的电力系统失步解列控制装置，可有效解决常规补偿阻抗原理判断失步解列方法对电网结构变化适应性差的问题；

(4)采用了基于广域实时测量的应用补偿阻抗原理判断失步解列方法设计的电力系统失步解列控制装置，可有效解决多套失步解列装置构成失步解列系统后难以互相协调配合的问题；

采用了基于广域实时测量的应用补偿阻抗原理判断失步解列方法设计的电力系统失步解列控制装置，需要引入广域实时测量数据，但增加的技术比较成熟，不影响传统的基于补偿阻抗原理的失步解列控制方法中判断逻辑的可靠性。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

具体实施方式

下面是本发明的一个优选实施例，包括了采用本发明的方法实现的电力系统失步解列装置的判据说明。本发明的其它特征、目的和优点也可以从实施例的说明和附图2中看出。

如附图2所示，失步解列装置A和失步解列装置B之间具有高速通信通道，装置A的时钟通过高速通信通道与装置B的时钟同步。

(1)装置A采样计算母线电压相量U_A和线路电流相量I_A，并标注相量U_A、I_A时标；装置B采样计算母线电压相量U_B和线路电流相量I_B，并标注相量U_B、I_B时标。

(2)装置A通过高速通信通道连续获得带时标的相量U_B、I_B。

(3)装置A根据同一时标下的相量U_A、I_A和相量U_B、I_B，根据相量计算公式Z＝2(U_A-U_B)/(I_A+I_B)，得到线路阻抗Z_L并保存。

(4)装置A根据就地采样计算得到的相量U_A、I_A，和计算得到的线路阻抗Z_L，根据相量计算公式U’＝U_A-I_A*Z_L，得到线路对侧B点电压相量U’_B。

(5)装置A据此可以得到电压相量U_A和U’_B之间的角度差Δθ’。

(6)装置A根据Δθ’的变化规律，可以判断系统是否发生了振荡中心落在本线路上的失步振荡。

从以上可以看出，只在传统的失步解列装置上引入了广域测量的概念，就完整的解决了由于采用人为整定而带来的失步解列动作范围不准确、判据适应系统变化能力不强等问题。

本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解，但上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。