基于时域仿真的电力系统次同步振荡在线分析及预警方法

摘要

本发明提供一种基于时域仿真的电力系统次同步振荡在线分析及预警方法，包括以下步骤：建立次同步振荡原始时域仿真模型；形成次同步振荡当前工况时域仿真模型；形成次同步振荡邻近工况时域仿真模型；进行电磁暂态时域仿真计算，分析仿真结果，并将分析结果进行汇总，给出次同步振荡预警信息。本发明提出一种基于时域仿真的电力系统次同步振荡在线分析及预警方法，定时获取当前工况，分析在当前工况的各种邻近工况下发生次同步振荡的风险，并给出预警信息。该方法避免了离线分析中存在的工况多、计算量大、工况覆盖不全的缺点。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于时域仿真的电力系统次同步振荡在线 分析及预警方法。

背景技术

电力系统次同步振荡是电气系统与汽轮发电机组转子机械系统之间的一种次同步频率机 电耦合振荡现象，会对发电机组轴系产生疲劳损耗，严重情况下导致机组轴系损坏事故。

目前对于电力系统次同步振荡的风险分析，常见的有频率扫描法、特征值分析法、时域 仿真法等，在应用中均是采用离线分析的方式。由于次同步振荡风险与系统的运行方式有关， 包括发电机的投退、出力，系统中线路、串补、变压器等的投退等，都会对次同步振荡风险 产生影响，因此，对于每种运行工况，都要分别进行分析。在实际工程中，次同步振荡离线 分析的计算量相当大，难以覆盖所有的运行工况。

目前，对于电力系统次同步振荡的分析方法，应用于工程实际中的主要有：

1）频率扫描分析法。对不同频率下的系统阻抗进行扫描，根据系统阻抗随频率变化的特 性，找出其中可能存在次同步振荡风险的工况。

2）特征值分析法。将描述发电机组机械动态过程和发电机、电网电磁暂态过程的方程进 行线性化处理，通过求解系统系数矩阵的特征值来判断系统的稳定性。

3）时域仿真分析法。建立发电机组及电网的仿真模型，通过时域仿真分析，模拟发生扰 动时的响应情况，从而观察是否发生轴系扭振发散。

除此之外，还有复转矩系数法、机组作用系数法等。以上所述的方法目前均只见应用于 离线分析。

由于次同步振荡风险与系统的运行方式直接相关，因此，对于次同步振荡风险离线分析， 需要考虑各种元件的投退状态、各发电机组的出力等的排列组合，对于一般的火电厂送出网 络，包括发电机组、变压器、送出线路及邻近线路等元件的数量约为十几个到几十个，全排 列后的系统运行方式可达上万种甚至更多。

对于频率扫描法，由于只考虑了电厂送出系统的阻抗频率特性，而未考虑发电机组的固 有特性，因此只是一种粗略的评估方法。

对于特征值分析法，发电机及系统模型线性化处理后形成的系数矩阵随元件个数成倍增 加，对于复杂系统可达几十万以上，难以准确求解其特征值。

发明内容

鉴于以上不足，本发明提出一种基于时域仿真的电力系统次同步振荡在线分析及预警方 法，定时获取当前工况，分析在当前工况的各种邻近工况下发生次同步振荡的风险，并给出 预警信息。该方法避免了离线分析中存在的工况多、计算量大、工况覆盖不全的缺点。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种基于时域仿真的电力系统次同步振荡在线分析及预警方法，所述方法包括以下 步骤：

步骤1：建立次同步振荡原始时域仿真模型；

步骤2：形成次同步振荡当前工况时域仿真模型；

步骤3：形成次同步振荡邻近工况时域仿真模型；

步骤4：进行电磁暂态时域仿真计算，分析仿真结果，并将分析结果进行汇总，给出次 同步振荡预警信息。

所述步骤1中次同步振荡原始时域仿真模型包括发电机组轴系模型和电厂送出系统等值 网络；

所述发电机组轴系模型采用集中质块模型，并包含各质块的质块参数；

所述电厂送出系统等值网络，即将电厂送出系统进行戴维南等值，仅保留电气距离较近 的元件，而对于远端网络则简化为等值电源和等值阻抗。

所述质块模型包括高压缸、中压缸、低压缸和发电机，所述质块参数包括转动惯量、块 间弹性系数和机组各模态阻尼系数。

所述步骤2中，定时从电网调度运行系统中获取当前的网络拓扑及潮流数据，并对所述 次同步振荡原始时域仿真模型中的各保留元件的投退情况和发电机组出力情况进行更新，形 成次同步振荡当前工况时域仿真模型，使得该次同步振荡当前工况时域仿真模型符合当前的 系统运行工况。

所述步骤3中，在次同步振荡当前工况时域仿真模型的基础上，分别对各保留元件的投 退情况进行变更，并进行排列组合，形成次同步振荡邻近工况时域仿真模型，次同步振荡邻 近工况时域仿真模型反映当前运行工况的邻近工况，并将次同步振荡邻近工况时域仿真模型 提交至仿真计算平台。

所述步骤4中，对提交至仿真计算平台的次同步振荡邻近工况时域仿真模型进行电磁暂 态时域仿真计算，分析仿真结果，并将分析结果进行汇总，形成该电厂送出系统当前运行工 况的次同步振荡预警信息。次同步振荡预警信息发送给电网的调度运行人员参考，以便在调 度中避开存在较大次同步振荡风险的工况。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）本发明提出的次同步振荡在线分析方法，仅需考虑当前工况的邻近工况，与离线分析 需要考虑所有工况相比，计算量大大减小；

2）在对当前工况的各种邻近工况进行次同步振荡风险分析、汇总、评估之后，将预警信 息发送给电网调度运行人员，避开危险工况。

附图说明

图1是基于时域仿真的电力系统次同步振荡在线分析及预警方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，提供一种基于时域仿真的电力系统次同步振荡在线分析及预警方法，所述方法 包括以下步骤：

步骤1：建立次同步振荡原始时域仿真模型；

步骤2：形成次同步振荡当前工况时域仿真模型；

步骤3：形成次同步振荡邻近工况时域仿真模型；

步骤4：进行电磁暂态时域仿真计算，分析仿真结果，并将分析结果进行汇总，给出次 同步振荡预警信息。

所述步骤1中次同步振荡原始时域仿真模型包括发电机组轴系模型和电厂送出系统等值 网络；

所述发电机组轴系模型采用集中质块模型，并包含各质块的质块参数；

所述电厂送出系统等值网络，即将电厂送出系统进行戴维南等值，仅保留电气距离较近 的元件，而对于远端网络则简化为等值电源和等值阻抗。

所述质块模型包括高压缸、中压缸、低压缸和发电机，所述质块参数包括转动惯量、块 间弹性系数和机组各模态阻尼系数。

所述步骤2中，定时从电网调度运行系统中获取当前的网络拓扑及潮流数据，并对所述 次同步振荡原始时域仿真模型中的各保留元件的投退情况和发电机组出力情况进行更新，形 成次同步振荡当前工况时域仿真模型，使得该次同步振荡当前工况时域仿真模型符合当前的 系统运行工况。

所述步骤3中，在次同步振荡当前工况时域仿真模型的基础上，分别对各保留元件的投 退情况进行变更，并进行排列组合，形成次同步振荡邻近工况时域仿真模型，次同步振荡邻 近工况时域仿真模型反映当前运行工况的邻近工况，并将次同步振荡邻近工况时域仿真模型 提交至仿真计算平台。

所述步骤4中，对提交至仿真计算平台的次同步振荡邻近工况时域仿真模型进行电磁暂 态时域仿真计算，分析仿真结果，并将分析结果进行汇总，形成该电厂送出系统当前运行工 况的次同步振荡预警信息。次同步振荡预警信息发送给电网的调度运行人员参考，以便在调 度中避开存在较大次同步振荡风险的工况。

下面对本发明的可行性进行分析：

1）分析方法可行性

时域仿真分析法是目前实际工程中较为常用的电力系统次同步振荡问题分析方法，也是 目前公认的计算结果较为准确的分析方法之一。本发明提出的在线分析及预警方法，对于单 个工况的仿真计算来说，与离线分析是一致的。

2）计算量可行性

假定系统中存在N个独立的可投退的元件。对于离线分析，理论上需要考虑所有可能的 元件投退情况的排列组合，则需要考虑的工况数量为2^N；而对于在线分析，只需考虑当前工 况的邻近工况（通常可只考虑仅一个或两个元件发生变化的工况），需要考虑的工况数量为 相比之下，离线分析的计算量大大减小，尤其是在对于元 件较多、较复杂的系统，这种优势更为明显。

在次同步振荡分析中，典型的电厂送出系统通常包括的可投退元件数量约为十几个至几 十个。由此估算，对于传统的次同步振荡离线分析，需要考虑的工况为成千上万种，并随考 虑元件数量的增加而呈指数增加，对于复杂网络可达百万种甚至更多；而本发明提出的次同 步振荡在线分析方法，每轮分析中需要考虑的工况仅为几十种至上百种。

目前常用的计算分析平台为计算机集群系统，一个中小型集群系统内通常可包括十几个 计算节点。而电力系统次同步振荡的单个计算任务的计算时间约为分钟级，通常来说，采用 中小型的计算机集群平台即可以满足次同步振荡在线分析的需要。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。