[发明专利]一种电力系统暂态稳定性判定方法

摘要

本发明涉及一种电力系统暂态稳定性判定方法，属于电力系统稳定分析和监测技术领域。本发明方法对电力系统动态过程进行深入分析，使用合适的方法描述电力系统在故障中的暂态过程，并给出电力系统负荷稳定性判定方法。首先分析感应电动机的状态方程，结合电力系统量测特性，提出了感应电动机简化模型，完整有效描述感应电动机模的动态特性，并针对简化模型进行在线综合负荷模型参数的辨识，以李雅普诺夫方法为基础，分析综合负荷模型在电力系统故障过程中状态的变化，据此给出了极限切除时间和电力系统负荷失稳的相关判据。本方法能够快速的实现电力系统综合负荷模型的参数辨识及稳定性判断，同时保证较高的准确性和可靠性，满足在线应用的要求。

主权项

一种电力系统暂态稳定性判定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将电力系统综合负荷模型简化成如下形式：X′=XR+XSPcom=P0Pcom_m0=Pm0Qcom=Q0Pm0Qm0=Rrs0X′R0+jX0=(Rcom+jXcom)//jXM]]>其中，Pcom和Qcom分别为电力系统综合负荷模型中的有功功率和无功功率，Pcom_m0为感应电动机部分的有功功率，电阻Rcom和电抗Xcom为综合负荷模型中的静态部分，电阻Rcom和电抗Xcom相互串联，为Xs，XR和XM分别为综合负荷模型感应电动机部分的定子电抗、转子电抗、励磁电抗；P0和Q0分别为综合负荷简化模型中的有功功率和无功功率，Pm0和Qm0分别为综合负荷简化模型中感应电动机部分的有功功率、无功功率，电阻R0和电抗X0为综合负荷简化模型的静态部分，电阻R0和电抗X0相互串联，Rr为综合负荷简化模型的感应电动机部分的转子电阻，X′为综合负荷简化模型的感应电动机部分的暂态电抗，s0为综合负荷简化模型感应电动机部分的稳态滑差；(2)上述电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分的状态方程为：dEddt=-2πf0RrX′(Ed-Ud)+2πf0sEqdEqdt=-2πf0RrX′(Eq-Uq)-2πf0sEddsdt=-1H(Pm-Pm0)]]>其中，Ed和Eq分别为综合负荷简化模型中感应电动机部分d轴和q轴的内电势，Ud与Uq分别为综合负荷简化模型的d轴和q轴的端电压，s为综合负荷简化模型的感应电动机部分的滑差，H为综合负荷简化模型感应电动机部分的转子时间常数，取值范围为0～100秒，f0为电力系统的频率基值，取值为50赫兹；根据上述综合负荷简化模型的感应电动机部分的状态方程，得到综合负荷简化模型的待辨识参数集为：θ＝{H,Rr,X′,s0}；(3)根据电力系统综合简化负荷模型的运行特性，得到电力系统综合负荷简化模型的电流输出值为：Id=Uq-EqX′+k1Ud+k2UqIq=Ed-UdX′-k2Ud+k1Uq]]>其中，Id和Iq分别为上述综合负荷简化模型中d轴和q轴的电流，k1＝R0/(R02+X02)，k2＝X0/(R02+X02)；并得到综合负荷简化模型的有功功率P0无功功率Q0：P0=UqEd-UdEqX′+k1U2Q0=U2-UdEd-UqEqX′+k2U2;]]>其中，U为综合负荷简化模型的机端电压幅值；(4)设电力系统故障发生前和故障发生后瞬间电力系统综合负荷简化模型的d轴电流分别为Id0和Id1，q轴电流分别为Iq0和Iq1，d轴端电压分别为Ud0和Ud1，q轴端电压分别为Uq0和Uq1，根据步骤(3)中的公式，得到k1值如下：设电力系统发生故障后瞬间的电力系统综合负荷简化模型的有功功率为P1，并设电力系统故障发生前和故障发生后瞬间的综合负荷简化模型机端电压为分别为U0和U1，根据上述综合负荷简化模型和k1值，计算得到电力系统故障发生前和故障发生后瞬间的综合负荷简化模型感应电动机部分的有功功率分别为Pm0和Pm1：Pm0=P0-k1U02=U2X′2+(Rrs0)2·Rrs0Pm1=P1-k1U12;]]>(5)设定一个矩阵A，根据上述步骤(2)的综合负荷简化模型感应电动机部分状态方程，得到综合负荷简化模型中感应电动机部分稳态无功功率Qm0稳态值如下：其中根据上述得到的Qm0，计算得到综合负荷简化模型的感应电动机部分的暂态电抗X′：并计算得到电力系统运行稳态时综合负荷简化模型感应电动机部分的d轴内电势Ed0和q轴内电势Eq0如下：Ed0=U0Pm02Pm02+Qm02Eq0=-U0Pm0Qm0Pm02+Qm02;]]>(6)根据上述步骤(3)，计算得到电力系统发生故障后瞬间的综合负荷简化模型的有功功率导数为：其中，进而得到电力系统综合负荷简化模型的初始化差s0如下：根据上述步骤(5)中电力系统综合负荷模型简化模型的稳态有功功率表达式和无功功率表达式，得到综合负荷简化模型的感应电动机部分的转子电阻Rr：(7)以幅值‑相角形式，对上述步骤(2)的电力系统综合负荷简化模型中感应电动机部分状态方程进行改写如下：dEdt=-1Td0′[E-(X-X′)Id]dδdt=-s+X-X′Td0′EIqdsdt=1H(Pm-Pm0)]]>其中，E表示综合负荷简化模型的感应电动机内电势幅值，δ为综合负荷简化模型的感应电动机内电势相角；E、δ、Ed、Eq的关系式如下：Ed=EcosδEq=Esinδ]]>(8)设定电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的暂态动能如下：设定电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的暂态势能如下：设定电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的能量函数V为暂态动能和暂态势能的和，其表达式如下：(9)设电力系统在故障过程中电力系统综合负荷简化模型的机端电压与故障后瞬间的机端电压一致，故障切除后机端电压与故障发生前一致，并设故障发生时刻时间t＝0，根据上述步骤(7)中的电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的状态方程，计算电力系统故障过程中综合负荷简化模型感应电动机部分的内电势幅值E(t)和相角δ(t)，并根据上述步骤(8)中的公式，计算电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的暂态动能Vk(t)、暂态势能Vp(t)和暂态能量函数V(t)；(10)从步骤(9)的计算结果中，得到电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分暂态势能的最大值Vp_clr；(11)设切除电力系统故障的极限时间为tclr，与该极限时间相对应的电力系统综合负荷简化模型感应电动机部分的暂态能量函数为V(tclr)，使得V(tclr)＝Vp_clr；(12)对电力系统的故障持续时间进行判断，若故障持续时间大于或等于tclr，则判定电力系统不稳定，若故障持续时间小于tclr，则判定电力系统稳定。