一种基于发电机机端母线量测的电力系统振荡源定位方法.pdf

本发明涉及一种基于发电机机端母线量测的电力系统振荡源定位方法，属于电力系统稳定分析与控制技术领域。本发明的定位方法，首先获取必要的发电机参数和母线端量测后，计算各个发电机分别向网络中注入的暂态能量，并计算出暂态能量的非周分量斜率，设定斜率阈值，将计算得到的各斜率与阈值比较，选定存在振荡源的发电机，最后对振荡源进行定位。本发明方法对各类发电机和控制系统都有效，所需的数据只需发电机所在母线上的本地量测，而无需远方量测信号，本方法可在发电厂站分散化地实现振荡源设备级定位。

权利要求书一种基于发电机机端母线量测的电力系统振荡源定位方法，其特征在于该定位方法包括以下各步骤：(1)从电力系统中各发电机的母线上获取以下量测值：发电机机端的有功功率Pei，k，发电机机端的无功功率Qei，k，发电机母线的电压幅值Uti，k，发电机母线的电压频率fti，k，其中i为发电机序号，i＝1~n，n为发电机数，k为采样点序号，k＝1~N，N为采样点总数；(2)根据采样时间段的上述量测值，分别计算各发电机向电力系统中的输电网络供给的暂态能量ESP|gen，i：ESP|gen,i=Σk=1N-1(Pei,k2π(fti,k-f0)Δtk+Qei,kΔUti,kUti,k)]]>其中ΔUti，k＝Uti，k+1‑Uti，k，Δtk＝tk+1‑tk，f0是电力系统的基准频率，tk为第k个采样时刻；(3)计算各发电机向输电网络供给的暂态能量ESP|gen，i中的非周分量斜率Si，将其中的最大值记为Smax；(4)设定一个非周分量斜率的阈值，该阈值为0.2Smax；(5)将第i台发电机向输电网络供给的暂态能量的非周分量斜率与上述阈值进行比较，若Si＞0.2Smax，则选定第i台发电机进行步骤(6)，若Si≤0.2Smax，则判定第i台发电机上不存在振荡源；(6)对上述选定的第i台发电机，计算如下两个能量分量：ESP|gov,i=Σk=1N-1(Pei,k2π(fti,k-1)Δtk+Ei,k)ESP|exc,i=Σk=1N-1(Qei,kΔUti,kUti,k-Ei,k)]]>其中：Ei,k=(Qei,k+Uti,k2/xqi)Pei,kΔPei,k-Pei,k2ΔQei,k-2Pei,k2Uti,kΔUti,k/xqiPei,k2+(Qei,k+Uti,k2/xqi)2]]>其中xqi为第i台发电机的q轴同步电抗；(7)根据步骤(6)计算得到的两个能量分量，对振荡源进行定位：(7‑1)若ESP|gov,i的非周分量斜率大于零，则判定发电机的调速控制系统中存在振荡源；(7‑2)若ESP|gov,i的非周分量斜率小于零，则判定发电机的调速控制系统中不存在振荡源；(7‑3)若ESP|gov,i的非周分量斜率大于零，则判定发电机的励磁控制系统中存在振荡源；(7‑4)若ESP|gov,i的非周分量斜率小于零，则判定发电机的励磁控制系统中不存在振荡源；(8)遍历电力系统中的所有发电机，重复步骤(5)‑(7)，实现对电力系统振荡源的定位。

说明书一种基于发电机机端母线量测的电力系统振荡源定位方法
技术领域
本发明涉及一种基于发电机机端母线量测的电力系统振荡源定位方法，属于电力系统稳定分析与控制技术领域。
背景技术
在互联电力系统中，特定工况下的故障可能引起发电机转子间的相对摇摆，相应的输电线路上可能发生大幅功率振荡，从而威胁电力传输的安全。近年来国内外发生的多起振荡事故表明，功率振荡问题已经成为互联电力系统发展的关键瓶颈之一。
关于引发振荡的原因，传统负阻尼机理认为，高倍快速励磁系统会削弱所在发电机组的阻尼转矩，进而导致系统负阻尼模式的出现。最近的各种仿真研究也表明，调速系统参数选择不当也会引起负阻尼振荡。另一方面，近年来强迫振荡的机理也表明，发电机机械功率的周期性波动也可能导致系统大幅振荡。
显然，如果能够在线定位振荡源，就能够针对性地采取控制措施，及时地抑制振荡。目前已经有不少学者开始了这方面的研究。最初有学者定义了发电机能量，可以找到引起强迫振荡的干扰源所在的发电机组。在此基础上，进一步发展了基于支路能量的方法，可以通过量测线路状态量对电力网络中能量流向进行溯源，从而判断振荡源所在的区域。另一方面，也有文献从哈密顿实现的角度定义了全局能量，并提出端口供给能量的概念，通过端口供给能量的监测来判断端口外子系统是否是振荡源所在。
以上研究成果可以成功地对振荡源所在发电机进行定位，但对发电机内部的设备级定位还未见研究。发电机内部的两类控制设备即调速系统和励磁系统分别获取发电机相关电气量构成反馈控制，形成了发电机内部的两大控制通道如图1所示。图1中，Pm为发电机机械功率输入；Ef为发电机励磁电压输入；Pe为发电机输出有功功率；Qe为发电机输出无功功率。设备级定位就是判断振荡源所在的发电机内部控制通道，从而辨识出存在振荡源的控制设备，这是采取针对性措施平息振荡的前提。在大量的振荡事故事后重现和原因分析工作中，设备级定位也非常关键。例如，2010年三峡电站发生功率振荡事故，为了确定是何种控制设备引发了振荡，研究人员进行了大量的启发式推理、排查和仿真工作，最终才确认是PSS控制通道上的转速获取算法错误导致了振荡。在此类振荡事故重现问题中，准确、快速地辨识振荡源所在控制通道，无疑能够极大减少事故分析的工作量。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于发电机机端母线量测的电力系统振荡源定位方法，基于哈密顿实现理论(Hamiltonian Realization)对发电机内部分析其能量结构，通过发电机的能量结构中经由不同控制通道注入电力网络的能量分量的性质来判断振荡源所在控制通道。
本发明提出的基于发电机机端母线量测的电力系统振荡源定位方法，包括以下各步骤：
(1)从电力系统中各发电机的母线上获取以下量测值：发电机机端的有功功率Pei，k，发电机机端的无功功率Qei，k，发电机母线的电压幅值Uti，k，发电机母线的电压频率fti，k，其中i为发电机序号，i＝1~n，n为发电机数，k为采样点序号，k＝1~N，N为采样点总数；
(2)根据采样时间段的上述量测值，分别计算各发电机向电力系统中的输电网络供给的暂态能量ESP|gen，i：