一种解决区域电网故障后正确选切发电机和负荷的方法

摘要

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种解决区域电网故障后正确选切发电机和负荷的方法，包括确定切机切负荷区域和确定切机切负荷量。确定切机切负荷区域包括测量系统发电机故障电气量、对发电机进行同调分群、识别前向机群与后向机群；确定切机切负荷量包括对故障电气量进行等值计算、计算最大减速面积、计算故障过程中获得的动能。本控制策略的主要功能是在区域电网故障后准确识别需要切除的发电机和负荷，并确定切除量的大小，确保安全稳定控制措施的有效性，以维持系统稳定，提高供电可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，特别涉及一种解决区域电网故障后正确选切发电机和负荷的方法。

背景技术

在电力系统暂态稳定控制中，如果系统在故障切除后仍然不能保证稳定运行，就需要进行切机切负荷措施，因此准确地寻找控制地点并确定控制量的大小是确保系统恢复稳定的关键。

某些地区电网的网架结构如图2所示情况，其中发电厂B通过双回线路4与电网主网联网，线路4Ⅰ路与Ⅱ路为总联络线。发电厂A与发电厂B有6台发电机，变电站C、D、E有大量负荷。当总联络线的一条发生永久性接地短路故障后，继电保护装置将跳开故障线路，由于故障发生前流经总联络线的功率大于联络线任意一路的最大传输功率极限，不满足N-1要求，此时联络线过载，系统发电机失稳，需要采取稳定控制措施切除部分发电机防止联络线功率超限额，同时需要切除部分负荷以保持电网稳定运行。

如果安全稳定控制装置在选择控制对象时为充分考虑系统内发电机失稳成为两群，未考虑前向机群与后向机群的能量特征，则可能在后向机群中切除发电机，而在前向机群中切除负荷，这种错误控制会导致事故扩大，甚至导致电网大停电；且传统的控制措施采用逐轮次的切机切负荷，以达到系统稳定，控制措施较慢，且无法达到切机切负荷量最小的要求。

因此有必要提出一种新的切机切负荷控制策略，正确识别切机切负荷区域，确定切机切负荷量，以提高供电可靠性，满足用户的用电需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种区域电网故障后正确切机切负荷方法，该控制方法能在系统故障时正确识别切机切负荷区域，确定切机切负荷量，从而确保紧急控制装置的控制措施有效，以提高供电可靠性，满足用户的用电需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种解决区域电网故障后正确选切发电机和负荷的方法，包括如下步骤：

S1.确定切机切负荷区域：

S11.将发电机的频率、电磁功率、机械功率和功角全部测量出来；

S12.在当前时刻，逐一计算两两发电机的功角差δi-δj，与工程值300°进行比较判断，若两台发电机功角差δi-δj≤300°，则将两台发电机分入相同的组别，称为同调机组；若两台发电机功角差δi-δj>300°，则将两台发电机分入不同的组别，称为非同调机组；

S13.在功角-时间平面上绘制出整个观测过程中发电机功角与时间的关系曲线，若一发电机组中的发电机功角具有随时间推移而增大的趋势，则将该发电机组归入前向机群；若一发电机组中的发电机功角具有随时间推移而减小的趋势，则将该发电机组归入后向机群；

S14.在前向机群区域进行切机紧急控制措施，在后向机群区域进行切负荷紧急控制措施；

S2.确定切机切负荷量：

S21.考虑系统中的发电机在故障后的两群失稳模式，对两组发电机进行等值计算，将其中一发电机组中所有发电机的功角、电磁功率、机械功角和频率按照转动惯量占整组发电机总惯量的权值进行计算，再将机组内所有发电机的权后功角、权后电磁功率、权后机械功率和权后频率分别相加，得到该机组的等值功角、等值电磁功率、等值机械功率和等值频率，最后将两组发电机等值为两台发电机；

S22.根据两台等值发电机的等值电磁功率、等值机械功率和等值功角，通过加速功率对功角求积分求取系统在暂态过程中所能吸收的减速能量，该减速能量为前向机群与后向机群所能吸收的减速能量之和；

S23.根据故障切除时刻，两台等值发电机的等值频率求取系统在故障过程中获得的动能，该动能为前向机群与后向机群在故障过程中获得的动能之和；

S24.根据前向机群所获动能与前向机群最大减速能量之差确定在前向机群中的切机量，根据后向机群所获动能与后向机群最大减速能量之差确定在后向机群中的切负荷量。

上述方法确定切机切负荷区域和确定切机切负荷量，确定切机切负荷区域包括测量系统发电机故障电气量、对发电机进行同调分群、识别前向机群与后向机群；确定切机切负荷量包括对故障电气量进行等值计算、计算最大减速面积、计算故障过程中获得的动能。从而实现准确地切除发电机和负荷。

本发明的有益效果是：在电网发生故障后根据故障电气量在线对发电机进行分群，将具有同调性的发电机分入相同的群内，根据前向机群和后向机群所在区域识别出发电机、负荷所处的部分，再根据故障过程中等值系统获得的动能与最大减速面积之差确定切机切负荷量的大小。在区域电网故障后准确识别需要切除的发电机和负荷，并确定切除量的大小，确保安全稳定控制措施的有效性，以维持系统稳定，提高供电可靠性。

附图说明

图1：为本发明的具体实施方式工作流程图；

图2：为本发明的具体实施方式示例电网网架示意图。

图3：为本发明的具体实施方式示例电网发电厂B站内接线图。

图4：为本发明的具体实施方式示例电网发电厂B站的故障后安全控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。如图1所示，具体实施方式采用如下技术方案，一种解决区域电网故障后正确选切发电机和负荷的方法，包括如下步骤：

S1.确定切机切负荷区域：

S11.将发电机的频率、电磁功率、机械功率和功角全部测量出来；

S12.在当前时刻，逐一计算两两发电机的功角差δi-δj，与工程值300°进行比较判断，若两台发电机功角差δi-δj≤300°，则将两台发电机分入相同的组别，称为同调机组；若两台发电机功角差δi-δj>300°，则将两台发电机分入不同的组别，称为非同调机组；

S13.在功角-时间平面上绘制出整个观测过程中发电机功角与时间的关系曲线，若一发电机组中的发电机功角具有随时间推移而增大的趋势，则将该发电机组归入前向机群；若一发电机组中的发电机功角具有随时间推移而减小的趋势，则将该发电机组归入后向机群；

S14.在前向机群区域进行切机紧急控制措施，在后向机群区域进行切负荷紧急控制措施；

S2.确定切机切负荷量：

S21.考虑系统中的发电机在故障后的两群失稳模式，对两组发电机进行等值计算，将其中一发电机组中所有发电机的功角、电磁功率、机械功角和频率按照转动惯量占整组发电机总惯量的权值进行计算，再将机组内所有发电机的权后功角、权后电磁功率、权后机械功率和权后频率分别相加，得到该机组的等值功角、等值电磁功率、等值机械功率和等值频率，最后将两组发电机等值为两台发电机；

S22.根据两台等值发电机的等值电磁功率、等值机械功率和等值功角，通过加速功率对功角求积分求取系统在暂态过程中所能吸收的减速能量，该减速能量为前向机群与后向机群所能吸收的减速能量之和；

S23.根据故障切除时刻，两台等值发电机的等值频率求取系统在故障过程中获得的动能，该动能为前向机群与后向机群在故障过程中获得的动能之和；

S24.根据前向机群所获动能与前向机群最大减速能量之差确定在前向机群中的切机量，根据后向机群所获动能与后向机群最大减速能量之差确定在后向机群中的切负荷量。

图2为示例电网网架图，该电网在发电厂B通过双回线路4与电网主网联网，线路4Ⅰ路与Ⅱ路为总联络线。电网内部包含两个发电厂，即发电厂A和发电厂B，其中发电厂A有两台机组，发电厂B有4台机组，编号从#1机到#6机。该电网内部的负荷主要集中在变电站C、变电站D和变电站E。该实例电网发电厂B站内接线情况如图3所示。

假设某时刻，总联络线Ⅰ路或Ⅱ路发生永久性接地短路故障，继电保护装置跳开故障线路，故障切除。由于故障前总联络线上的功率大于Ⅰ路或Ⅱ路的最大传输功率，不满足N-1原则，系统内发电机失稳，联络线上功率过载。

首先，控制中心实时地获取区域电网内所有发电机的频率、功角、电磁功率和机械功率。在观察截止时刻，发电机#3与#4功角差小于300°，且其功角具有随时间推移增大的趋势，将其发电机#3和#4归入加速机群；发电机#1、#2、#5与#6功角差小于300°，且其功角具有随时间推移减小的趋势，故将发电机#1、#2、#5与#6归入减速机群。

其次，将同一机群中所有发电机的功角、频率、机械功率和电磁功率按照转动惯量占该群总惯量的比例进行权重计算，求取发电机群的等值惯量中心功角、频率、机械功率和电磁功率，将发电机群等值为单台发电机。再根据故障过程中前向机群获得的动能与前向机群最大减速面积之差确定切机量；根据故障过程中后向机群获得的动能与后向机群最大减速面积之差确定切负荷量。

最后，在加速机群中对发电机#3与#4进行切机操作；在减速机群中切除#负荷1，以完成在线紧急控制措施，图4为采用本发明的最终控制操作示意图。

采用发明的控制方法可使联络线4功率迅速下降，回到限额以下，且保证了加速机群与减速机群的功率平衡，使得系统恢复稳定运行。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。