基于广域信息的电力系统失步振荡识别方案和失步保护的研究

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作为保障系统安全稳定运行的一种重要手段,失步保护不可或缺。然而,互联电网规模的扩大、大量新型控制技术的应用以及电力市场开放出现的运行方式多样化使得电网的稳定特性更加复杂,这给传统基于就地测量量的失步保护带来了严峻的挑战。广域测量系统(Wide Area Measurement System,WAMS)的不断发展为研究新型失步保护提供了全新平台。因此,进一步深入挖掘电力系统失步振荡过程中电气量的变化规律,利用广域测量系统获取的多个电气元件的测量量构建新型电力系统失步振荡识别方案和失步保护,对于提高电网安全防御最后一道防线的性能和电力系统安全稳定运行水平具有重要的理论意义和实用价值。本文首先提出了一种新坐标变换,将一个多点联动系统转化为单点运动系统且具有保角性。该坐标变换的提出不仅为分析失步振荡过程中两端等值系统电势幅值不等、全系统阻抗角不同情况下的电气量变化规律提供了便利,而且保证了得出的结论在旧坐标系仍然成立。借助于新坐标变换,本文研究了母线电压相角在失步振荡过程中的变化规律,并得出系统中一部分母线电压相角绝对值在整个失步振荡过程中总是小于110?,而其余母线的电压相角在-180?至180?范围内周期性变化的结论。利用这种特性便可基于广域测量系统得到的母线电压相角信息将失步系统分为两部分,而连接这两部分的元件就是失步中心所在元件。基于上述原理,本文提出了基于母线电压相角的电力系统失步振荡识别方案和失步保护新方法。由于只利用了广域测量系统提供的母线电压相角信息,因此易于实施。本文提出一种基于广域测量得到的母线电压与系统电流间相位关系的振荡识别和振荡中心追踪新方案。该方案通过观测失步振荡过程中母线电压与系统电流间的相角差变化率识别振荡,通过分析电气元件两端母线电压与电流之间的相位关系追踪振荡中心,简单易行且不受系统结构和运行方式的影响,在两端等值系统电势幅值不等、全系统阻抗角不同的情况下仍成立。基于振荡中心的追踪结果,提出了一种新的失步保护方案,失步中心的位置可以根据电力系统的实时运行状态动态确定。本文在两端等值系统电势幅值不等、全系统阻抗角不同的情况下,分析了系统中各点电压频率在失步振荡过程中的变化规律,详尽描述了失步中心两侧所具有的不同变化特征。为了利用频率变化特征构造失步振荡识别判据和失步保护,本文提出了一种快速测频算法,通过在不同的采样点处切换计算公式和引入CORDIC算法提高测量精度,简单易行且测量误差小。在此基础上,本文提出了基于母线电压频率的广域失步保护新原理,利用母线电压频率在第一个失步振荡周期快速识别出失步振荡和确定失步中心所在电气元件,为复杂电网最优失步解列断面在线搜索奠定了基础。本文基于广域测量构建了多Agent电力系统在线失步解列控制系统。该系统具有分层分布式结构,不同控制层内具有不同功能的Agent之间相互合作共同完成在线失步解列控制。为了得到最优解列断面,本文确定了以失步中心所在的电气元件为初始解列断面,以解列后孤岛内能量平衡为搜索目标,由内向外的逐层搜索方案,搜索难度小,能满足失步解列断面的在线搜索要求。
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