[发明专利]一种辨识电力系统发生连锁故障的方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，提出了一种辨识电力系统发生连锁故障的方法。

背景技术

对国内外电力系统大停电事故研究表明，由故障连锁反应引起的现代电网灾变事故，表现为一系列元件连锁反应跳闸。连锁故障发生的可能性极小，但发生后会给电网安全造成严重后果，引起了国内外学者的高度关注。对电网连锁性故障进行深入研究，对于电网规划、电网运行决策以及保证电网安全稳定运行等均具有重要意义。

对电网连锁故障的研究主要从以下几个方面进行：1)将物理学中的自组织临界理论应用到电力系统中，从宏观角度定义和辨识系统的演化规律。该理论通过研究和揭示临界特征，从宏观层次深入理解大停电事故现象，以期找到预防、控制大停电事故的方法。研究表明：实际系统在某种程度上体现出自组织临界特征，如北美和我国电力系统表征大停电规模的故障数据具有幂律尾特性，而并非传统认识上的正态分布。幂律特性背后即蕴含着自组织临界性。数据统计研究表明国内外电网大都具有明显小世界特性。2)通过简单复杂网络模型中的连锁反应描述网络结构对电力系统连锁故障的影响。指出介数和度数较高的联络节点在保证电网连通性的同时，对故障的传播起着推波助澜的作用，无标度网络结构电网在蓄意攻击下极易造成大规模灾变事故，比小世界网络结构更为脆弱。总体来看，基于复杂网络的研究有利于电网规划和大停电机理分析，但其模型没有考虑实际电网的运行特性和潮流约束。因此，很多学者从系统分析的角度也提出了一些模型，这些模型的基本原理都是通过不断进行潮流计算，得到并断开潮流越限的线路来模拟电力系统中连锁故障的发展过程。3)基于“近似”直流潮流和隐性故障机理的隐性故障模型、基于直流最优潮流(OPF)的最优潮流方法(OPA)模型、基于负荷切除和交流潮流的Manchester模型及基于交流OPF的停电模型。直流潮流隐性故障模型的前提假设是全部母线(节点)电压标么值为1，且为定值，忽略线路两端的相角变化。该假设在系统负载率较高和输电线路连锁开断过程中并不成立。Manchester模型没有充分考虑发电机的调节作用，从而可能将非停电故障判断为停电故障，或者扩大了故障规模。虽然最优潮流的停电模型克服了上述不足，但其并未考虑发电机、负荷特性及连锁故障发生过程中的频率偏移。系统输电线路连锁跳闸阶段大多伴随着负荷及发电机组的切除，由此产生的频率偏移及发电机调速过程是不可以忽略的。

因此，首先需要建立考虑发电机调速及负荷电压、频率特性的交流潮流计算方法。在分析电力系统连锁故障传播机制时，计算系统的频率变化和负荷调整值，准确的描述连锁故障过程中输电线路两端相角差变化，更符合电力系统实际；通过求取雅克比矩阵对角元素值的变化量分析系统负荷变化对电网的影响，定义节点电压稳定指标和系统电压稳定指标，推导出电压崩溃时节点电压临界值。随着负载率的升高，该临界值维持在0.5(±0.03)不变，节点电压稳定指标会下降而系统电压稳定指标会逐渐上升，因此在实际电网安全预警时选取0.6作为系统发生大停电的预警值。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑发电机调速及负荷电压、频率特性的交流潮流计算方法，求取雅克比矩阵对角元素值的变化量，从而定义节点电压稳定指标和系统电压稳定指标，推导出电力系统发生连锁故障时节点电压稳定指标的阀值和电压临界值，评估任意时刻、不同运行方式下的电力系统电压稳定情况与大停电之间的关系。

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：

1.评估电力系统电压稳定与电压临界值的方法，包括下列步骤：

(1)根据电力系统负荷功率，发电机功率、线路参数及节点参数，按照牛顿法计算得到初始时刻潮流分布；

(2)计算由电力系统负荷增加了ΔP_D0导致的发电机机组的功率输出增量和由于负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化，求出电力系统频率变化Δf。

(a)静态负荷等值模型：

P_di＝P_d0i(1+k_iΔf)(a_i+b_iV_i+c_iV_i²)    (1)

Q_di＝Q_d0i(1+k′_iΔf)(a′_i+b′_iV_i+c′_iV_i²)