[发明专利]一种电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法

权利要求书

1.一种电力系统不同紧急控制措施性能指标的快速评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据电力系统模型和参数、运行工况和预想故障，利用扩展等面积方法进行不考虑控制措施的暂态功角稳定裕度量化评估，若此时的暂态功角稳定裕度大于0，则认为预想故障发生后不需要实施相应的紧急控制措施，结束本方法，否则进入步骤2)；

2)根据预想故障的控制区间，按照控制措施类型搜索可能的切同步发电机措施、切风电/光伏措施、切负荷措施和紧急直流功率调制措施，形成备选紧急控制措施集；

选择备选紧急控制措施集中的第一个紧急控制措施作为待评估的紧急控制措施，进入步骤3)；

3)针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施实施后紧急控制时刻系统中各同步机的电磁功率；

根据式(3)计算紧急控制措施实施后紧急控制时刻系统中各同步机的电磁功率：

P e k * = [ V R * V I * ] g R b R b I g I E q ′ ′ E d ′ ′ - [ V R * V I * ] G R B R B I G I V R * V I * - - - ( 3 ) ]]>

式(3)中，为紧急控制措施实施后紧急控制时刻系统中第k台同步机的电磁功率，E″_q和E″_d分别为d-q坐标下同步机q轴和d轴暂态电势，紧急控制时刻不发生突变；g_R、b_R、b_I、g_I、G_R、B_R、B_I和G_I分别为与同步机参数、发电机转子角相关的系数，按以下方式计算：

g R = R a cos δ + x q ′ ′ sin δ R a 2 + x d ′ ′ x q ′ ′ , b R = R a sin δ - x d ′ ′ cos δ R a 2 + x d ′ ′ x q ′ ′ ]]>

b I = R a s i n δ - x q ′ ′ c o s δ R a 2 + x d ′ ′ x q ′ ′ , g I = - R a c o s δ - x d ′ ′ s i n δ R a 2 + x d ′ ′ x q ′ ′ ]]>

G R = R a - ( x d ′ ′ - x q ′ ′ ) s i n δ c o s δ R a 2 + x d ′ ′ x q ′ ′ , B R = x d ′ ′ cos 2 δ + x q ′ ′ sin 2 δ R a 2 + x d ′ ′ x q ′ ′ ]]>

G I = - x d ′ ′ sin 2 δ - x q ′ ′ cos 2 δ R a 2 + x d ′ ′ x q ′ ′ , G I = R a + ( x d ′ ′ - x q ′ ′ ) s i n δ cos δ R a 2 + x d ′ ′ x q ′ ′ ]]>

其中，R_a、x″_d和x″_q分别为发电机定子等值电阻、d轴次暂态电抗和q轴次暂态电抗；δ为发电机转子角，紧急控制时刻不发生突变；

和分别为紧急控制措施实施后紧急控制时刻R-I公用坐标下同步机机端电压的实部和虚部，通过式(2)求得：

U′＝[Y′]^-1I′ (2)

式(2)中，U＇为实施紧急控制措施后的节点电压向量，I＇为电力系统流入节点的电流向量，Y＇为电力系统导纳矩阵，I′和Y′根据将要实施的紧急控制措施直接获得，根据U′得到同步机机端电压；

4)针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施下紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量；

紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量的计算方法如下：

若待评估的紧急控制措施为切同步发电机措施，则根据式(9)计算紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量：

Φ * - Φ = M A M T - M g ΔP e + Σ j ∈ A ( P e j - P e j * ) = - M S - M g M T - M g ΔP e + Σ i ∈ S * ( P e i * - P e i ) - - - ( 9 ) ]]>

若待评估的紧急控制措施为切风电/光伏措施，则根据式(13)计算紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量：

Φ * - Φ = M A M T ΔP e + Σ j ∈ A ( P e j - P e j * ) = - M S M T ΔP e + Σ i ∈ S ( P e i * - P e i ) - - - ( 13 ) ]]>

若待评估的紧急控制措施为切负荷措施，则根据式(15)计算紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量：

Φ * - Φ = - M A M T ΔP e + Σ j ∈ A ( P e j - P e j * ) = M S M T ΔP e + Σ i ∈ S ( P e i * - P e i ) - - - ( 15 ) ]]>

若待评估的紧急控制措施为紧急直流功率调制措施，则根据式(17)计算紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量：

Φ * - Φ = Σ j ∈ A ( P e j - P e j * ) = Σ i ∈ S ( P e i * - P e i ) - - - ( 17 ) ]]>

以上各式中，Φ为不考虑紧急控制措施时OMIB等值机电磁功率与机械功率差，Φ^*为实施紧急控制措施后OMIB等值机电磁功率与机械功率差，Φ^*-Φ表示紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量；

S和A分别表示临界群和余下群，S^*表示实施紧急控制后的临界群；

M_S和M_A分别为临界群和余下群惯量和，M_T为所有同步机惯量和，M_g为被切除的同步机惯量和；

P_ei和P_ej分别为不考虑紧急控制措施时临界群中第i台和余下群中第j台同步机的电磁功率；和分别为实施紧急控制后临界群中第i台和余下群中第j台同步机的电磁功率，通过步骤3)中的计算获得；

若待评估的紧急控制措施为切同步发电机措施，则ΔP_e为紧急控制时刻被切同步机电磁功率和；若待评估的紧急控制措施为切风电/光伏措施，则ΔP_e为紧急控制时刻被切风力发电机输送到电网的有功功率和；若待评估的紧急控制措施为切负荷措施，则ΔP_e为紧急控制时刻被切负荷的有功功率和

5)针对待评估的紧急控制措施，计算该紧急控制措施的性能指标γ；

根据以式(18)计算紧急控制措施的性能指标γ：

γ = Δ η Δ P = A 3 A ~ 1 / Δ P - - - ( 18 ) ]]>

式(18)中，Δη为实施紧急控制前后系统稳定裕度的变化量；ΔP为紧急控制量；A₃为实施紧急控制后OMIB等值机增加的减速面积；为对应紧急控制措施下OMIB等值机的加速面积，计算公式如下：

A ~ 1 = 1 2 M T ω s 2 ]]>

A 3 = ( Φ * - Φ ) ( δ D S P - δ c g ) + ∫ δ D S P δ D S P * ( aδ 2 + b δ + c + Φ * - Φ ) d δ ]]>

δ D S P * = - b - b 2 - 4 a ( c + Φ * - Φ ) 2 a ]]>

以上式中，ω_s为不实施紧急控制措施时故障切除时刻或稳定平衡点时刻等值机的转子角速度；Φ^*-Φ表示紧急控制时刻OMIB等值机电磁功率与机械功率差的变化量，根据待评估的紧急控制措施的类型在步骤4)中计算获得；δ_cg为紧急控制时刻等值机转子角，δ_DSP为不实施紧急控制时动态鞍点时刻的转子角，为紧急控制后动态鞍点时刻的转子角；a、b、c为相关系数、利用不实施紧急控制时动态鞍点时刻及其前两个时刻的仿真数据二次拟合获得；

6)判断备选紧急控制措施集中所有的紧急控制措施的性能指标是否都完全计算完，若计算完则保存所有紧急控制措施的性能指标信息，结束本方法，否则选择下一个紧急控制措施作为待评估的紧急控制措施，返回步骤3)进行下一个紧急控制措施的性能指标的计算。