專利名稱：一種小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式的判斷方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領域，具體涉及一種小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式的 判斷方法。
背景技術：
由于電力系統(tǒng)的發(fā)展、遠距離重負荷輸電系統(tǒng)的投入運行、互聯(lián)電力系統(tǒng)的出 現(xiàn)和規(guī)模擴大、快速自動勵磁調(diào)節(jié)器和快速勵磁系統(tǒng)的應用，國內(nèi)外不少電力系統(tǒng)出現(xiàn) 了低頻功率振蕩問題，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，成為制約聯(lián)絡線輸送功率極 限提高的最重要因素之一。在過去的幾年里，我國的電力系統(tǒng)經(jīng)歷了由省(區(qū))間聯(lián)網(wǎng)到大區(qū)域電網(wǎng)間互聯(lián) 的飛速發(fā)展。在過去的幾年里，我國的電力系統(tǒng)經(jīng)歷了由省(區(qū))間聯(lián)網(wǎng)到大區(qū)域電網(wǎng) 間互聯(lián)的飛速發(fā)展。2001年，實現(xiàn)了東北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)的互聯(lián)及華東電網(wǎng)與福建電網(wǎng) 的互聯(lián)，2002年實現(xiàn)了川渝電網(wǎng)和和華中電網(wǎng)的互聯(lián)，華中電網(wǎng)和華北電網(wǎng)成功進行了 聯(lián)網(wǎng)試驗，互聯(lián)運行也已實現(xiàn)。聯(lián)網(wǎng)工程的研究表明，隨著電網(wǎng)的擴大和送電功率的增加，動態(tài)穩(wěn)定問題(低 頻振蕩問題)已成為影響互聯(lián)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的最重要的因素之一。在我國 區(qū)域間電網(wǎng)互聯(lián)的過程中，由于重視了動態(tài)穩(wěn)定性問題，把動態(tài)穩(wěn)定性問題作為重要問 題之一進行了仔細的研究并采取了相應的措施，通過廣泛并合理的配置PSS，保證了互 聯(lián)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。但近年來發(fā)生在華北-華中互聯(lián)電網(wǎng)的幾 次功率振蕩表明，由于小地區(qū)的弱阻尼振蕩激發(fā)了省網(wǎng)乃至區(qū)域電網(wǎng)功率大幅振蕩時有 發(fā)生，例如2005年10月29日華中電網(wǎng)10.29功率振蕩，由于十堰地區(qū)的功率振蕩導致 湖北主要500千伏線路和部分機組出現(xiàn)功率擺動，而三峽電廠、龍泉、斗笠、江陵站500 千伏母線電壓也有明顯波動；2005年9月1日內(nèi)蒙萬家寨由于送出線路檢修引起萬家寨 相對系統(tǒng)的功率振蕩，進而激發(fā)了蒙西電網(wǎng)相對華北主網(wǎng)的功率振蕩，蒙西-華北區(qū)間 聯(lián)絡線500kV豐萬雙線上的功率振蕩幅度比較大，最大振幅達到900MW。電力系統(tǒng)中存在著各種持續(xù)的周期性小擾動，當這些小擾動的擾動頻率接近系 統(tǒng)固有振蕩頻率時，會引起系統(tǒng)諧振，導致大幅度的功率振蕩，甚至導致系統(tǒng)穩(wěn)定破 壞。這類振蕩稱為強迫功率振蕩。因此，當某區(qū)域電網(wǎng)運行方式有較大改變或有機組接 入時，對區(qū)域網(wǎng)或新接入機組是否存在引發(fā)大區(qū)電網(wǎng)發(fā)生大幅度功率振蕩的問題進行研 究是十分必要的。因此，研究一種分析小地區(qū)電網(wǎng)功率振蕩能否誘發(fā)主網(wǎng)振蕩的判別方 法是非常迫切的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術中的缺陷，本 發(fā)明提出了一種小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩 模式的判斷方法，該判斷方法用于當小地區(qū)電網(wǎng)抑或是主網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構調(diào)整較大、運行 特性發(fā)生較大變化時，對小地區(qū)電網(wǎng)是否存在引發(fā)主網(wǎng)發(fā)生強迫功率振蕩問題的可能性進行校驗，該判斷方法不但具有提高效率、操作便捷的優(yōu)點，還可實現(xiàn)對電網(wǎng)結(jié)構的合理規(guī)劃，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行。本發(fā)明所述的小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式的判斷方法，包括以下步驟1)主網(wǎng)振蕩模式分析1.1)主網(wǎng)方式安排考慮電廠的開停機計劃、負荷曲線、電網(wǎng)結(jié)構等實際情況，根據(jù)實際需要確定 開機方式和負荷水平，并考慮實際可能出現(xiàn)的不利情況，安排電網(wǎng)運行方式。在電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析中，一般需要校核豐期大負荷、豐期小負荷、枯期大負 荷、枯期小負荷等幾種典型方式。1.2)主網(wǎng)小干擾分析在本發(fā)明的計算研究工作中以小干擾分析法為主，該方法的優(yōu)點是能夠根據(jù)特 征根判別系統(tǒng)的穩(wěn)定情況，可以縱觀全局。本發(fā)明采用電力系統(tǒng)小干擾分析程序作為計 算工具，首先對主網(wǎng)進行小干擾分析計算；其次對計算得到的特征值表進行分析篩選出 該主網(wǎng)的主要振蕩模式；然后通過對主要振蕩模式特征向量表中的右特征向量模值、角 度和參與因子信息進行分析得到各振蕩模式下發(fā)電機組的參與情況以及機組間的相位關 系；最后，將該主網(wǎng)的主要振蕩模式及其對應的振蕩頻率^和阻尼比1進行統(tǒng)計得到小 干擾分析結(jié)果。1.3)小地區(qū)所在區(qū)域振蕩模式篩選并統(tǒng)計相關振蕩模式的振蕩頻率對該運行方式下的主網(wǎng)進行小干擾分析后，根據(jù)區(qū)域劃分得出大區(qū)振蕩模式、 區(qū)域振蕩模式以及地區(qū)振蕩模式，根據(jù)篩選出的小地區(qū)所在區(qū)域電網(wǎng)的振蕩模式，統(tǒng)計 所有振蕩模式對應的振蕩頻率，并加以匯總。通過對主網(wǎng)振蕩模式的分析篩選出有關要研究的小地區(qū)所在區(qū)域電網(wǎng)的振蕩模 式，這個小地區(qū)所在的區(qū)域電網(wǎng)是一個較廣泛的概念，它可以包括大區(qū)電網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng) 也可以包括其所在的地區(qū)電網(wǎng)。根據(jù)篩選出的小地區(qū)所在區(qū)域的振蕩模式，統(tǒng)計所有振 蕩模式對應的振蕩頻率。2)小地區(qū)電網(wǎng)振蕩模式分析2.1)小地區(qū)電網(wǎng)送電需求分析通過統(tǒng)計小地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)電、負荷水平以及旋轉(zhuǎn)備用安排的要求，確定小地區(qū) 電網(wǎng)的送電需求；對該地區(qū)所轄范圍內(nèi)的電廠的裝機容量進行統(tǒng)計，得出小地區(qū)電網(wǎng)的裝機容 量。同時根據(jù)有關部門的預測負荷(包括主要項目和增長點)，結(jié)合歷年實際用電增長情 況，綜合分析后確定該地區(qū)電網(wǎng)的負荷水平以及最大用電負荷。2.2)檢查小地區(qū)電網(wǎng)機組是否采用實測勵磁參數(shù)對該地區(qū)所轄范圍內(nèi)的機組的發(fā)電機和勵磁參數(shù)進行檢查，看其是否采用實測 勵磁參數(shù)。若發(fā)電機參數(shù)未采用實測參數(shù)，則發(fā)電機的慣性時間常數(shù)(T》取值原則為 若小地區(qū)振蕩模式振蕩頻率偏高，則I應取偏大值(水輪機可取8秒、汽輪機可取10 秒)，反之，I應取偏小值(水輪機可取4秒、汽輪機可取6秒)。若發(fā)電機未采用實測 勵磁參數(shù)，則應采用快速勵磁參數(shù)進行建模，并不考慮電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的作用。2.3)安排小地區(qū)電網(wǎng)正常運行方式、主要元件檢修方式
梳理小地區(qū) 電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，針對其存在的薄弱環(huán)節(jié)對電網(wǎng)進行機組、主要元 件的單元件檢修和雙元件檢修。安排小地區(qū)電網(wǎng)的正常運行方式以及主要元件的單元件 及雙元件檢修方式。2.4)小地區(qū)電網(wǎng)小干擾分析和振蕩模式統(tǒng)計分析采用小干擾分析法對小地區(qū)電網(wǎng)的正常運行方式以及主要元件的單元件及雙元 件檢修方式進行小干擾分析計算，根據(jù)計算結(jié)果，統(tǒng)計出在不同運行方式下的該小地區(qū) 電網(wǎng)的主要振蕩模式及其對應的振蕩頻率fd和阻尼比ζ d。3)小地區(qū)電網(wǎng)振蕩頻率fd與主網(wǎng)振蕩頻率fa是否存在相近性將步驟2.4中計算得出的小地區(qū)電網(wǎng)振蕩頻率(fd)與步驟1.2中對主網(wǎng)小干擾分 析得出的小地區(qū)電網(wǎng)所在區(qū)域電網(wǎng)參與的振蕩頻率(fz)進行比較，判斷之間的頻率 差是否在15%以內(nèi)如果頻率差在15%以內(nèi)則認為具有相近性，便進行步驟4)進一步判 斷具有相近性的振蕩頻率是否為弱阻尼模式；如果頻率差大于15%，則認為不具有相近 性，那么就不存在小地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)振蕩模式之間的耦合關系，即結(jié)束整個判斷過程。4)判斷具有相近性的振蕩頻率是否為弱阻尼模式如果小地區(qū)電網(wǎng)的振蕩頻率(fd)與對主網(wǎng)進行小干擾分析得到的小地區(qū)所在區(qū) 域電網(wǎng)參與的振蕩頻率(fz)相近的話，則需要判斷這個相似振蕩頻率對應的振蕩模式是 否為弱阻尼振蕩模式當阻尼值《0.03時，其對應的振蕩模式為弱阻尼振蕩模式，則小地 區(qū)電網(wǎng)的振蕩模式可能會激發(fā)大區(qū)電網(wǎng)的振蕩模式，便進行步驟5)進一步確認該小地區(qū) 電網(wǎng)的弱阻尼振蕩模式參與發(fā)電機是否為實測勵磁參數(shù)；反之，如果不是弱阻尼振蕩模 式，則小地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)振蕩模式之間的耦合振蕩就能很快平息，不會對系統(tǒng)穩(wěn)定造成 影響，即結(jié)束整個判斷過程。5)如果小地區(qū)電網(wǎng)弱阻尼振蕩模式參與發(fā)電機均為實測勵磁參數(shù)，則要求該地 區(qū)采用限制外送功率、提高運行電壓等綜合提高小地區(qū)系統(tǒng)阻尼的措施；反之，建議在 適當控制小地區(qū)外送規(guī)模的前提下，加快小地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)電機參數(shù)實測建模工作。其中，所述步驟1.2)采用小干擾分析法對主網(wǎng)進行小干擾分析的具體步驟如 下1)首先列出所描述系統(tǒng)的非線性微分方程組，然后將它們線性化，得出 AXz =Az *ΔΖζ的線性微分方程組；2)求解矩陣Az的特征值，得到全系統(tǒng)的所有機電振蕩模式的特征值的實部αζ 和虛部ωζ及其特征向量表，所述特征向量表中含有右特征向量模值、角度和參與因子信 息；3)根據(jù)特征值的實部Ciz和虛部ωζ,計算得到對應的振蕩頻率/ζ =》及阻尼比
-CCz ζΖ = ~- °其中，所述步驟2.4)中采用小干擾分析法對小地區(qū)電網(wǎng)進行小干擾分析的具體 步驟如下1)首先列出所描述系統(tǒng)的非線性微分方程組，然后將它們線性化，得出 ΔΧ,=次* Md的線性微分方程組；2)求解矩陣Ad的特征值，得到全系統(tǒng)的所有機電振蕩模式的特征值的實部ad和虛部COd及其特征向量表，所述特征向量表中含有右特征向量模值、角度和參與因子信 息；3)根據(jù)特征值的實部Cid和虛部cod，計算得到對應的振蕩頻率力及阻尼 -a.
比本發(fā)明的有益效果在于大型互聯(lián)電網(wǎng)的形成使電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定問題突出，小地區(qū)電網(wǎng)弱阻尼方式、非 正常全接線方式運行對主網(wǎng)的安全影響已不容忽視。本發(fā)明提出了一種小地區(qū)電網(wǎng)抑 或是主網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構調(diào)整較大、運行特性發(fā)生較大變化時，對小地區(qū)電網(wǎng)是否存在引發(fā) 主網(wǎng)發(fā)生強迫功率振蕩問題的可能性進行校驗的方法，具有很強的可操作性，可顯著提 高電力工作者的工作效率，對規(guī)劃合理的電網(wǎng)結(jié)構、保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要意 義。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式判斷方法的步驟流程 圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式的判斷方法進行詳 細描述。以湖北電網(wǎng)新建500kV宜昌北變電站投運后是否會出現(xiàn)220kV饋供區(qū)內(nèi)機組振 蕩引起大區(qū)電網(wǎng)發(fā)生強迫功率振蕩問題為例進行說明。1.主網(wǎng)振蕩模式分析1.1主網(wǎng)方式安排本發(fā)明將對華北、華中、華東三個大區(qū)聯(lián)網(wǎng)形成“三華”同步電網(wǎng)情況下，典 型豐期大負荷運行方式進行分析。1.2主網(wǎng)小干擾分析通過對主網(wǎng)進行小干擾分析，得出主網(wǎng)主要振蕩模式對應的振蕩頻率主要分布 于0.IHz 0.9Hz，詳見下表1:表1 2012年“三華聯(lián) 網(wǎng)”豐期大負荷方式全網(wǎng)主要振蕩模式
權利要求
1. 一種小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式的判斷方法，其特征在于該方法包括以下 步驟·1)主網(wǎng)振蕩模式分析·1.1)主網(wǎng)方式安排考慮電廠的開停機計劃、負荷曲線、電網(wǎng)結(jié)構等實際情況，根據(jù)實際需要確定開機 方式和負荷水平，并考慮實際可能出現(xiàn)的不利情況，安排電網(wǎng)運行方式；·1.2)主網(wǎng)小干擾分析首先采用小干擾分析法對主網(wǎng)進行小干擾分析計算；其次對計算得到的特征值表進 行分析篩選出主網(wǎng)的主要振蕩模式；然后通過對主要振蕩模式特征向量表中的右特征向 量模值、角度和參與因子信息進行分析得到各振蕩模式下發(fā)電機組的參與情況以及機組 間的相位關系；最后，將該主網(wǎng)的主要振蕩模式及其對應的振蕩頻率^和阻尼比ζζ進行 統(tǒng)計得到小干擾分析結(jié)果；·1.3)小地區(qū)所在區(qū)域振蕩模式篩選并統(tǒng)計相關振蕩模式的振蕩頻率對該運行方式下的主網(wǎng)進行小干擾分析計算后，通過對主網(wǎng)振蕩模式的分析篩選出 有關要研究的小地區(qū)所在區(qū)域電網(wǎng)的振蕩模式，根據(jù)篩選出的小地區(qū)所在區(qū)域參與的振 蕩模式，統(tǒng)計所有振蕩模式對應的振蕩頻率，并加以匯總；·2)小地區(qū)電網(wǎng)振蕩模式分析·2.1)小地區(qū)電網(wǎng)送電需求分析通過統(tǒng)計小地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)電、負荷水平以及旋轉(zhuǎn)備用安排的要求，確定小地區(qū)電網(wǎng) 的送電需求；·2.2)檢查小地區(qū)電網(wǎng)機組是否采用經(jīng)實際測量所得實測勵磁參數(shù)對該地區(qū)所轄范圍內(nèi)的機組的發(fā)電機和勵磁參數(shù)進行檢查，看其是否采用實測勵磁 參數(shù)，若發(fā)電機參數(shù)未采用實測勵磁參數(shù)，則發(fā)電機的慣性時間常數(shù)乃取值原則為若 小地區(qū)振蕩模式振蕩頻率偏高，則乃應取偏大值，反之，I應取偏小值；若發(fā)電機未采 用實測勵磁參數(shù)，則應采用快速勵磁參數(shù)進行建模，并不考慮電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用；·2.3)安排小地區(qū)電網(wǎng)正常運行方式、主要元件檢修方式梳理小地區(qū)電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，安排小地區(qū)電網(wǎng)的正常運行方式以及主要元件的單元 件及雙元件檢修方式；·2.4)小地區(qū)電網(wǎng)小干擾分析和振蕩模式統(tǒng)計分析采用小干擾分析法對小地區(qū)電網(wǎng)的正常運行方式以及主要元件的單元件及雙原件檢 修方式進行小干擾分析計算，根據(jù)計算結(jié)果，統(tǒng)計出該小地區(qū)電網(wǎng)的主要振蕩模式及其 對應的振蕩頻率fd和阻尼KCd;·3)比較小地區(qū)電網(wǎng)振蕩頻率fd與主網(wǎng)振蕩頻率^是否存在相近性如果 |fz-fd|<15%,則小地區(qū)電網(wǎng)振蕩模式與大區(qū)電網(wǎng)振蕩模式之間存在耦合關系，說明小地 區(qū)電網(wǎng)振蕩頻率與主網(wǎng)振蕩頻率存在相近似振蕩頻率，繼續(xù)進行步驟4)；如果|fz-fd|> 15%,則小地區(qū)電網(wǎng)振蕩模式與主網(wǎng)振蕩模式之間不存在耦合關系，說明小地區(qū)電網(wǎng)振 蕩頻率與主網(wǎng)振蕩頻率不存在相近似振蕩頻率，即結(jié)束整個判斷過程；·4)判斷具有相似性的振蕩頻率的振蕩模式是否為弱阻尼當阻尼值《0.03時，其對 應的振蕩模式為弱阻尼振蕩模式，小地區(qū)電網(wǎng)弱阻尼振蕩模式便可能會激發(fā)主網(wǎng)的功率振蕩，則繼續(xù)進行步驟5);否則，小地區(qū)電網(wǎng)振蕩模式阻尼較強則不會激發(fā)主網(wǎng)發(fā)生強 迫振蕩，即結(jié)束整個判斷過程；5)如果小地區(qū)電網(wǎng)弱阻尼振蕩模式參與發(fā)電機均為實測參數(shù)，則要求該地區(qū)采用限 制外送功率、提高運行電壓等綜合提高小地區(qū)系統(tǒng)阻尼的措施；反之，建議在適當控制 小地區(qū)外送規(guī)模的前提下，加快小地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)電機參數(shù)實測建模工作。
2.如權利要求1所述的一種小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式的判斷方法，其特征在 于所述步驟1.2)采用小干擾分析法對主網(wǎng)進行小干擾分析的具體步驟如下1)首先列出所描述系統(tǒng)的非線性微分方程組，然后將它們線性化，得出 AX2 = < *ΔΖζ的線性微分方程組；2)求解矩陣Az的特征值，得到全系統(tǒng)的所有機電振蕩模式的特征值的實部和虛部 ωζ及其特征向量表，所述特征向量表中含有右特征向量模值、角度和參與因子信息；3)根據(jù)特征值的實部αζ和虛部ωζ，計算得到對應的振蕩頻率/ζ=*及阻尼比
3.如權利要求1所述的一種小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式的判斷方法，其特征在 于所述步驟2.4)中采用小干擾分析法對小地區(qū)電網(wǎng)進行小干擾分析的具體步驟如下1)首先列出所描述系統(tǒng)的非線性微分方程組，然后將它們線性化，得出 ATd = Ad * AZrf的線性微分方程組；2)求解矩陣Ad的特征值，得到全系統(tǒng)的所有機電振蕩模式的特征值的實部ad和 虛部及其特征向量表，所述特征向量表中含有右特征向量模值、角度和參與因子信 息；3)根據(jù)特征值的實部ad和虛部cod，計算得到對應的振蕩頻率力二·及阻尼比c -Z^L bd ~ °①d
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小地區(qū)振蕩模式激發(fā)主網(wǎng)振蕩模式的判斷方法。該判斷方法采用下述步驟實現(xiàn)1)主網(wǎng)振蕩模式分析；2)小地區(qū)電網(wǎng)振蕩模式分析；3)比較小地區(qū)電網(wǎng)振蕩頻率fd與主網(wǎng)振蕩頻率fz是否存在相近性；4)如果存在相近性，則判斷具有相似性的振蕩頻率的振蕩模式是否為弱阻尼；5)如果該振蕩模式為弱阻尼振蕩模式，則確認該小地區(qū)電網(wǎng)振蕩模式參與發(fā)電機是否為實測勵磁參數(shù)。該判斷方法用于當小地區(qū)電網(wǎng)抑或是主網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構調(diào)整較大、運行特性發(fā)生較大變化時，對小地區(qū)電網(wǎng)是否存在引發(fā)主網(wǎng)發(fā)生強迫功率振蕩問題的可能性進行校驗，該判斷方法不但具有提高效率、操作便捷的優(yōu)點，還可實現(xiàn)對電網(wǎng)結(jié)構的合理規(guī)劃，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行。
文檔編號H02J3/24GK102013689SQ201010556949
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2010年11月24日
發(fā)明者張文朝, 張艷萍, 李岳, 湯涌 申請人:中國電力科學研究院