本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定性判別領(lǐng)域，具體講涉及一種暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的判別方法和裝置。
背景技術(shù)：
：一些地區(qū)電力工業(yè)的發(fā)展和受端系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，使得遠距離大容量的輸電成為常態(tài)，而受端系統(tǒng)對外來電能的大量需求也促使電壓穩(wěn)定性問題愈加凸顯。感應(yīng)電動機負荷作為電力系統(tǒng)負荷的重要組成部分，在工業(yè)負荷中的比例高達90％以上，在電網(wǎng)中感應(yīng)電動機的負荷特性與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視在功率傳輸特性相互作用，對暫態(tài)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生復(fù)雜的影響，因此人們十分關(guān)注含有感應(yīng)電動機負荷的電壓穩(wěn)定問題。發(fā)明人從大量研究中認識到，帶有感應(yīng)電動機負荷的系統(tǒng)受到擾動時，感應(yīng)電動機負荷特性將與網(wǎng)絡(luò)視在功率傳輸特性存在相互作用過程，形成以感應(yīng)電動機為核心的電壓失穩(wěn)正反饋動態(tài)過程，該相互作用特性稱為感應(yīng)電動機網(wǎng)荷互饋特性。對于計及感應(yīng)電動機負荷的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性問題，現(xiàn)有的方法多是基于感應(yīng)電動機極限切除滑差來作出判別的，將感應(yīng)電動機模型與感應(yīng)電動機負荷機械轉(zhuǎn)矩的變化相結(jié)合，而進行的計算感應(yīng)電動機極限切除滑差的解析方法，根據(jù)故障切除時刻滑差是否大于極限切除時的滑差來對感應(yīng)電動機是否失穩(wěn)作出判定的。這種計算和判別雖然較為簡單便捷、不準確。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，需要提供一種能夠充分考慮感應(yīng)電動機網(wǎng)荷互饋特性的感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定判別方法來滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要。技術(shù)實現(xiàn)要素：為滿足現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的需要，本發(fā)明提供了一種判別暫穩(wěn)電壓穩(wěn)定性的方法。本發(fā)明提供的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判別方法，其改進之處在于，所述方法包括：根據(jù)故障切除前后采集的感應(yīng)電動機滑差和機端恢復(fù)電壓計算感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的最小機端電壓和感應(yīng)電動機滑差；根據(jù)故障切除時刻的滑差和感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的滑差間的差，和/或，感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差與故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差間的差，判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性。進一步的，采集故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差Sc和故障切除后瞬間感應(yīng)電動機機端恢復(fù)電壓Ure；感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時，電磁功率曲線Te與機械功率曲線Tm相切時的感應(yīng)電動機的滑差Sm和最小機端電壓ULmin按下式計算：式中，T0：感應(yīng)電動機初始機械轉(zhuǎn)矩；R1：表示感應(yīng)電動機模型簡化后的等值電阻，X1：表示感應(yīng)電動機模型簡化后的等值電抗；RR：感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子電阻；Rs：感應(yīng)電動機定子電阻；XR和Xs：分別為感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子電抗和定子電抗；XM：感應(yīng)電動機的勵磁電抗；ωs：感應(yīng)電動機負荷的同步角速度；A、B、C分別為機械轉(zhuǎn)矩的系數(shù)。進一步的，根據(jù)所述故障切除時刻的和感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的滑差間的差做出的判斷包括：若Sc≤Sm，則比較感應(yīng)電動機機端恢復(fù)Ure與最小機端電壓ULmin；否則，計算臨界失穩(wěn)滑差Su。進一步的，根據(jù)所述比較感應(yīng)電動機機端恢復(fù)電壓Ure與最小機端電壓ULmin的差做出的判斷包括：若Ure＞ULmin，則感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定；否則，判定感應(yīng)電動機電壓失穩(wěn)。進一步的，所述感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差Su的計算包括：1)按下式計算感應(yīng)電動機吸收的視在功率SML：其中，PML和QML：分別為滑差s的感應(yīng)電動機吸收的有功功率和無功功率，由下式計算：式中，U：感應(yīng)電動機端電壓，US：感應(yīng)電動機等值端電壓；表示感應(yīng)電動機的等值阻抗的共軛；感應(yīng)電動機的等值阻抗Ze按下式計算：2)網(wǎng)絡(luò)傳輸特性曲線SML如下式所示：其中，X：等值線路阻抗，ES：送端等值電勢，負荷功率因數(shù)角；按下式計算感應(yīng)電動機負荷功率因數(shù)3)計算上式得正實數(shù)根為感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差Su的值。進一步的，根據(jù)所述感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差Su與故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差Sc的差所做的判斷包括：若Sc＜Su，則需計算電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩相等時的機端電壓，再次判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性；否則，判定感應(yīng)電動機電壓失穩(wěn)。進一步的，所述電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩相等時的機端電壓UEM的計算包括：按下式計算感應(yīng)電動機電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩相等時的機端電壓：其中，感應(yīng)電動機等值端電壓按下式計算：由感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時電磁轉(zhuǎn)矩Te與機械轉(zhuǎn)矩Tm的平衡關(guān)系Te(US,sc)＝Tm(sc)計算感應(yīng)電動機等值端電壓，其中，滑差為Sc時機械功率為：Tm(sc)＝T0[A(1-sc)2+B(1-sc)+C]；電磁轉(zhuǎn)矩Te為進一步的，所述感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性的判斷包括：若機端恢復(fù)電壓Ure大于電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩相等時的機端電壓UEM，則判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定；否則，判定感應(yīng)電動機電壓失穩(wěn)。一種暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判別裝置，所述裝置包括：計算單元，用于根據(jù)預(yù)先采集的故障切除前后的感應(yīng)電動機滑差和機端恢復(fù)電壓，計算感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的最小機端電壓和感應(yīng)電動機滑差；判定單元，用于根據(jù)故障切除時刻的滑差和感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的滑差間的差，和/或，感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差與故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差間的差，判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性。進一步的，所述裝置還包括判據(jù)制定單元，用于制定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性判斷用判據(jù)，所述判據(jù)如下式所示：其中，s0：感應(yīng)電動機的初始滑差；sc：感應(yīng)電動機任意滑差；sm：穩(wěn)定運行時，最小機端電壓對應(yīng)的感應(yīng)電動機滑差；su：臨界失穩(wěn)滑差。進一步的，所述判定單元包括：臨界計算子單元，用于計算感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差，并與故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差比較；第一比較子單元，用于比較故障切除時刻和感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的滑差，判斷感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性；第二比較子單元，用于根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩相等時的機端電壓與機端恢復(fù)電壓比較，判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性。與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：(1)本發(fā)明提供的技術(shù)方案根據(jù)故障切除前后采集的感應(yīng)電動機滑差和機端恢復(fù)電壓計算感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的最小機端電壓和感應(yīng)電動機滑差；并根據(jù)故障切除時刻的滑差和感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的滑差間的差，和/或，感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差與故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差間的差，判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性，以雙重判斷的方式判定感應(yīng)電動機穩(wěn)定性，簡化感應(yīng)電動機穩(wěn)定性的判斷步驟，有效提高穩(wěn)定行判斷的準確度；(2)本發(fā)明提供的技術(shù)方案基于感應(yīng)電動機網(wǎng)荷互饋特性進行判別，綜合考慮了網(wǎng)絡(luò)傳輸特性和感應(yīng)電動機負荷特性及二者的相互作用過程，能更全面、有效的反映以感應(yīng)電動機為核心的電壓失穩(wěn)情況，具有較好的準確性。(3)本發(fā)明提供的技術(shù)方案在故障切除后感應(yīng)電動機滑差恢復(fù)所需的電壓由故障切除時感應(yīng)電動機的滑差值確定，將恢復(fù)電壓關(guān)于故障切除時滑差的分段函數(shù)作為判斷感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定的必要條件，該判據(jù)方法具有較好的適用性，為預(yù)防電壓失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生和制定電壓失穩(wěn)解決措施提供了有力的理論支撐。附圖說明圖1為本發(fā)明提供的判別方法流程圖；圖2為本發(fā)明提供的感應(yīng)電動機等效模型；圖3為本發(fā)明提供的簡化后的感應(yīng)電動機模型；圖4為實施例中計算視在功率傳輸極限的等值模型示意圖；圖5為實施例中不同恢復(fù)電壓下感應(yīng)電動機滑差和電磁功率變化關(guān)系圖；圖6為實施例中三瞬故障感應(yīng)電動機滑差和功率變化關(guān)系圖；圖7為實施例中三永故障感應(yīng)電動機滑差和功率變化關(guān)系圖。具體實施方式以下將結(jié)合說明書附圖，以具體實施例的方式詳細介紹本發(fā)明提供的技術(shù)方案。本發(fā)明針對電壓穩(wěn)定過程中有功功率與無功功率相互作用及感應(yīng)電動機與網(wǎng)絡(luò)傳輸相互作用的特點，從視在功率傳輸?shù)幕纠碚摮霭l(fā)，綜合考慮系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β逝c無功功率的交互作用對電壓穩(wěn)定性的影響，將感應(yīng)電動機與網(wǎng)絡(luò)視在功率傳輸?shù)南嗷プ饔藐P(guān)系定義為感應(yīng)電動機網(wǎng)荷互饋特性。本發(fā)明圍繞以感應(yīng)電動機為核心的暫態(tài)電壓失穩(wěn)正反饋動態(tài)過程，分析感應(yīng)電動機網(wǎng)荷互饋特性，以進一步解釋含感應(yīng)電動機負荷的電壓失穩(wěn)過程，提出一種新的基于感應(yīng)電動機網(wǎng)荷互饋特性的電壓穩(wěn)定判別方法。如圖1所示的流程圖，為本發(fā)明提供的基于感應(yīng)電動機網(wǎng)荷互饋特性的電壓穩(wěn)定判別方法，包括下列步驟：步驟A：監(jiān)測故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差Sc和故障切除后瞬間感應(yīng)電動機機端恢復(fù)電壓Ure。步驟B：計算感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時，感應(yīng)電動機的最小機端電壓ULmin使得感應(yīng)電動機電磁功率曲線恰好與機械功率曲線相切時，對應(yīng)的感應(yīng)電動機滑差Sm。由(1)式求取Sm和ULmin。其中：Tm(s)＝T0[A(1-s)2+B(1-s)+C](2)式中，T0為感應(yīng)電動機初始機械轉(zhuǎn)矩；R1：表示感應(yīng)電動機模型簡化后的等值電阻，X1：表示感應(yīng)電動機模型簡化后的等值電抗；RR、XR、RS、XS分別為感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子電抗、定子電阻和定子電抗，XM為感應(yīng)電動機的勵磁電抗，感應(yīng)電動機等值電路參數(shù)見感應(yīng)電動機等值模型如圖2所示，簡化后感應(yīng)電動機模型如圖3所示；ωs為感應(yīng)電動機負荷的同步角速度；A、B、C為機械轉(zhuǎn)矩系數(shù)。步驟C：比較故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差Sc與感應(yīng)電動機電磁功率曲線與機械功率曲線相切時對應(yīng)的感應(yīng)電動機滑差Sm。若Sc滿足不等式(4)，轉(zhuǎn)至步驟D；否則，轉(zhuǎn)至步驟E。sc≤sm(4)步驟D：比較感應(yīng)電動機機端恢復(fù)電壓Ure與感應(yīng)電動機的最小機端電壓ULmin。若感應(yīng)電動機機端恢復(fù)電壓Ure滿足不等式(5)，則判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定；否則，判定感應(yīng)電動機電壓失穩(wěn)。Ure＞ULmin(5)步驟E：計算任意滑差為s時對應(yīng)的感應(yīng)電動機運行量?；顬閟時感應(yīng)電動機吸收的有功功率PML和無功功率QML為：式中，U：感應(yīng)電動機端電壓，US：感應(yīng)電動機等值端電壓；表示感應(yīng)電動機的等值阻抗的共軛；Ze為感應(yīng)電動機的等值阻抗，按下式計算：從而可求出感應(yīng)電動機吸收的視在功率SML為：計算臨界失穩(wěn)滑差Su。網(wǎng)絡(luò)傳輸特性曲線方程如下式所示：其中X為等值線路阻抗，ES為送端等值電勢，為負荷功率因數(shù)角。感應(yīng)電動機負荷功率因數(shù)與滑差的關(guān)系為：聯(lián)立式(5)(6)(7)(8)(9)解得正實數(shù)根作為感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差Su的值。步驟F；比較故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差Sc與臨界失穩(wěn)滑差Su。若Sc滿足不等式(10)，轉(zhuǎn)至步驟G；否則，判定感應(yīng)電動機電壓失穩(wěn)。sc＜su(10)步驟G：求電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩相等時的機端電壓UEM。針對待研究的感應(yīng)電動機，計算其滑差為sc時機械功率為：Tm(sc)＝T0[A(1-sc)2+B(1-sc)+C](11)考慮到穩(wěn)定運行時感應(yīng)電動機電磁轉(zhuǎn)矩Te與機械轉(zhuǎn)矩Tm的平衡關(guān)系，可得：Te(US,sc)＝Tm(sc)(12)從而解出滑差sc下的感應(yīng)電動機等值端電壓US，如下式所示：進而得到感應(yīng)電動機電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩相等時的機端電壓UEM，如下式所示：步驟H：Ure與UEM比較。若感應(yīng)電動機機端恢復(fù)電壓Ure滿足不等式(13)，則判定感應(yīng)電動機穩(wěn)定；否則，判定感應(yīng)電動機電壓失穩(wěn)。Ure＞UEM(15)實施例本發(fā)明以無窮大單負荷系統(tǒng)算例對方法正確性進行驗證，使用PSD-BPA幾點暫態(tài)仿真軟件，其具體實施過程如下：采用表1所示的感應(yīng)電動機典型參數(shù)，建立圖4所示無窮大單負荷系統(tǒng)模型，采用三相短路故障。負荷采用100％感應(yīng)電動機模型，感應(yīng)電動機初始滑差s0＝0.0116，可以求得sm＝0.08，ULmin＝0.554p.u，su＝0.242。表1感應(yīng)電動機典型參數(shù)RRXRXMRSXS0.020.123.490.020.18若短路發(fā)生后0.12s切除故障，切除時刻感應(yīng)電動機滑差sc＝0.042，此時sc<sm，UEM＝0.603p.u。如圖5中(a)所示，當感應(yīng)電動機恢復(fù)電壓Ure在0.582p.u左右時，雖有Ure<UEM，但滿足Ure>ULmin，感應(yīng)電動機滑差能夠得以恢復(fù)；當恢復(fù)電壓Ure在0.538p.u左右，Ure<ULmin時，感應(yīng)電動機滑差持續(xù)增大，感應(yīng)電動機趨于失穩(wěn)。若將短路切除時間延長，切除時刻感應(yīng)電動機滑差sc＝0.104，此時sm<sc<su，UEM＝0.561p.u。如圖5中(b)所示，當感應(yīng)電動機恢復(fù)電壓Ure在0.555p.u左右時，雖有Ure高于ULmin，感應(yīng)電動機滑差尚不能恢復(fù)；當感應(yīng)電動機恢復(fù)電壓UEM＝0.567p.u時，高于滑差0.104對應(yīng)的電壓值UEM＝0.561p.u時，感應(yīng)電動機滑差能夠恢復(fù)。由此驗證了本方法的合理性。若采用三相短路瞬時故障仿真，感應(yīng)電動機滑差和功率變化如圖6所示，短路切除時，感應(yīng)電動機滑差增加到0.241，則故障切除后感應(yīng)電動機滑差開始下降，經(jīng)過過渡，感應(yīng)電動機的運行滑差最終能夠恢復(fù)；短路切除時，滑差增加到0.245，故障切除后滑差繼續(xù)增大，直至感應(yīng)電動機堵轉(zhuǎn)?？梢?，感應(yīng)電動機臨界滑差sc應(yīng)介于0.241至0.245之間(如圖6)。由本文方法得到此時的臨界滑差sc＝0.251，與仿真數(shù)值較為接近。若采用三相短路永久性故障，感應(yīng)電動機滑差和功率變化如圖7所示，仿真驗證臨界滑差sc約為0.091至0.092之間(如圖7)。由本文方法計算得此時臨界滑差sc＝0.096，亦與對應(yīng)的仿真臨界滑差數(shù)值較為接近。對比計及感應(yīng)電動機的電壓暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)，目前較為普遍接受的，是將故障后電磁轉(zhuǎn)矩曲線與機械轉(zhuǎn)矩交點對應(yīng)的滑差作為臨界滑差sc。當Tm(s)采用如式(2)所示二次轉(zhuǎn)矩表達式時，sc由方程(14)求得。sc＞sm同樣采用表1所示感應(yīng)電動機典型參數(shù)，計算對應(yīng)恢復(fù)電壓下的臨界滑差。若采用二次機械轉(zhuǎn)矩模型，當故障切除后恢復(fù)電壓為0.64p.u時，由方程(14)求出sc＝0.188；當恢復(fù)電壓等于0.56p.u時，由方程(14)求得sc＝0.130，均與實際值偏離較大?？梢姡捎靡话愕呐R界切除滑差判別方法，在感應(yīng)電動機母線電壓發(fā)生改變時具有一定的局限性，且其計算結(jié)果偏差較大；本文提出的計及感應(yīng)電動機的暫態(tài)電壓穩(wěn)定判據(jù)具有更好的準確性和適用性。一種暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判別裝置，所述裝置包括：計算單元，用于根據(jù)預(yù)先采集的故障切除前后的感應(yīng)電動機滑差和機端恢復(fù)電壓，計算感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的最小機端電壓和感應(yīng)電動機滑差；判定單元，用于根據(jù)故障切除時刻的滑差和感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的滑差間的差，和/或，感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差與故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差間的差，判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性。進一步的，所述裝置還包括判據(jù)制定單元，用于制定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性判斷用判據(jù)，所述判據(jù)如下式所示：其中，s0：感應(yīng)電動機的初始滑差；sc：感應(yīng)電動機任意滑差；sm：穩(wěn)定運行時，最小機端電壓對應(yīng)的感應(yīng)電動機滑差；su：臨界失穩(wěn)滑差。進一步的，所述判定單元包括：臨界計算子單元，用于計算感應(yīng)電動機臨界失穩(wěn)滑差，并與故障切除時刻感應(yīng)電動機滑差比較；第一比較子單元，用于比較故障切除時刻和感應(yīng)電動機穩(wěn)定運行時的滑差，判斷感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性；第二比較子單元，用于根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩與機械轉(zhuǎn)矩相等時的機端電壓與機端恢復(fù)電壓比較，判定感應(yīng)電動機電壓穩(wěn)定性。以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3