电力系统失步振荡的振荡中心捕捉方法

摘要

电力系统失步振荡的振荡中心捕捉方法，选取电力系统中多个测量点，取测量点正序电压相位为测量点相位，任意两个测量点之间的相角差作为比相区间(即两个测量点之间的区间)的相角差，相角差最先满足θ＞180+θ0或θ＜-180+θ0的比相区间被判断为振荡中心所在的区间，即最小包涵振荡中心的区间。其中，θ0是起动前(即系统开始振荡前)区间电压相角差，θ是区间实时相角差。本发明应用于安全稳定控制系统中在系统失步判别时的振荡中心捕捉，可以快速可靠地判断出最小包涵振荡中心的区间。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统失步振荡的振荡中心的捕捉方法，应用于安全稳定控制系统中在系统失步判别时的振荡中心捕捉。

背景技术

电力系统在遭遇严重故障或多重性事故时可能失去同步，电力系统发生失步振荡时一定有一个振荡中心，当两端电压相位差从初始值逐步增加并超过180度，表明电网已经失步，且振荡中心位于两侧的母线之间。振荡中心一侧的同调机群频率高于平均频率，另一侧同调机群频率低于平均频率，如果假设两侧等值机组的电势近似相等，那么振荡中心的位置在系统阻抗的中点附近。掌握振荡中心的具体位置对确定系统的失步振荡模式、选择解列点至关重要。

目前大量应用于国内电力系统工程实践中的振荡解列装置原理主要有：视在阻抗轨迹解列判据、轨迹解列判据以及电压与电流之间相位角解列判据，其基本原理分别简述如下：

(1)视在阻抗循序判别原理的失步判据，该方法是通过测量阻抗的变化轨迹，得出相应的失步判据。根据阻抗变化轨迹区分失步振荡、同步振荡以及及短路故障。这种原理从理论上讲直接反应的是两个等值机组之间功角的变化。

(2)判别原理的失步判据，该方法是利用装置安装处采集到的电压和电流计算得到来代表振荡中心的电压，根据振荡中心电压的变化规律来区分失步振荡、同步振荡以及短路故障。

(3)电压与电流之间相位角振荡解列判据，该方法是利用装置安装处采集到的视在阻抗角的变化轨迹判断系统的失步特征。该判据能够判断出失步中心的位置方向。

随着电网规模的扩大和电网间联系的日益紧密，出现了现有振荡解列原理的不足之处：最多只能判别振荡中心的方向，而不能判别振荡中心的位置。这是所有分布安装装置所无法解决的问题，也是利用单一测点信息的失步判据原理的不足。

发明内容

本发明的目的是：提供一种电力系统失步振荡的振荡中心捕捉方法，能够准确、快速地判别出电力系统失步后振荡中心所在的位置。

本发明技术方案如下：电力系统失步振荡的振荡中心捕捉方法，选取电力系统中多个测量点，取测量点正序电压相位为测量点相位，任意二个测量点之间的相角差作为比相区间(即二个测量点之间的区间)的相角差，其特征如下：相角差最先满足式1或式2的比相区间被判断为振荡中心所在的区间，即最小包涵振荡中心的区间：对于加速失步采用式1判别振荡中心位置：

θ＞180°+θ₀                   式1

其中，θ₀是起动前(系统开始振荡前)区间电压相角差，θ是区间实时相角差。

在判出失步的各个比相区间中，最先满足式1的区间，必然是最小包涵振荡中心的区间。同理，对于减速失步而言可采用式2判别振荡中心位置：

θ＜-180°+θ₀                      式2

其中，θ₀是起动前(系统开始振荡前)比相区间电压初始相角差，θ是比相区间实时相角差；在判出失步的各个比相区间中，最先满足式2的区间，必然是最小包涵振荡中心的区间。

总之，相角差最先满足式1或式2的比相区间被判断为振荡中心所在的区间，即最小包涵振荡中心的区间。

θ＞180+θ₀           式1

θ＜-180+θ₀          式2

其中，θ₀是起动前(即系统开始振荡前)比相区间电压相角差，θ是比相区间实时相角差。

假定有如图1所示的系统简图，振荡中心在BC之间(相角差的范围限定在0～360度)。

其中，图1(a)为正常运行时的各厂站正序电压相位关系简图，图1(b)为振荡到180度时的各厂站正序电压相位关系简图，图1(c)振荡超过180度时的各厂站正序电压相位关系简图。

假定ABCD各厂站的正序电压相位分别为θ_A、θ_B、θ_C、θ_D，则各断面的正序电压实时相位差为：θ_AB(AB之间)、θ_AC(AC之间)、θ_AD(AD之间)、θ_BC(BC之间)、θ_BD(BD之间)、θ_CD(CD之间)。

由图1可见，对于加速失步，在正常运行时，距离振荡中心近的区间电压相角差初始值(即正常送电角)小，系统开始振荡后，到达180度时各个区间电压相角差均相等(即都是180度)，在越过180度之后距离振荡中心近的区间电压相角差反而比远离振荡中心的区间电压相角差大。

可见在180度附近，越靠近振荡中心的区间，其电压相角差的变化速度越大，基于此，对于加速失步而言，采用式1判别振荡中心位置；对于减速失步而言可采用式2判别振荡中心位置：

总之，相角差最先满足式1或式2的比相区间被判断为振荡中心所在的区间，即最小包涵振荡中心的区间。

本发明的有益效果：本发明应用于安全稳定控制系统中在系统失步判别时的振荡中心捕捉，可以快速可靠地判断出最小包涵振荡中心的区间，即检出振荡中心，解决失步解列装置之间的配合协调问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明专利进一步详细说明。

图1振荡过程中母线电压相位变化规律示意图

说明：

A、B、C、D分别为系统上的四个测量点，即装置安装在此处，假定振荡中心O点位于BC之间。

图1(a)表示系统正常运行时各点的电压矢量关系，由该图可见，此时的BC之间的初始相角差θ₀为∠BOC，BD之间的初始相角差θ₀为∠BOD，∠BOC要小于∠BOD。

图1(b)表示系统失步，正好系统两侧功角摆开到180度，由该图可见，BC之间的实时相角差θ为∠BOC，BD之间的实时相角差θ为∠BOD，此时∠BOC等于∠BOD，且为180度。

图1(c)表示系统失步，两侧功角摆开到超过180度时各点的电压矢量关系，由该图可见，BC之间的实时相角差θ为∠BOC，BD之间的实时相角差θ为∠BOD，∠BOC要大于∠BOD。

具体实施方式

实施的方式如下：

(1)选择多个测点，对各个测点数据进行同步

(2)计算各个比相区间的相角差

(3)在各个区间中依次查找最先满足式1或式2的比相区间，该区间则是最小包涵振荡中心的区间，确定振荡中心的位置。

θ＞180+θ₀                   式1

θ＜-180+θ₀                  式2

本发明所提供的判别方法已经在RTDS仿真系统中得到有效的验证。