CN101741086A - 基于pmu数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力***计算与分析技术领域，步骤包括：(1)针对电网扰动进行机电暂态过程和动态过程时域仿真模拟，采用电力***安全稳定量化分析方法，计算暂态安全稳定裕度、模式以及动态振荡阻尼比和频率；(2)采用电网扰动后发电机功角和频率、母线电压和频率的PMU实测数据，来替代相应物理量的时域仿真值，再采用电力***安全稳定量化分析方法，计算暂态安全稳定裕度、模式以及动态振荡阻尼比和频率；(3)通过比较两次暂态、动态安全稳定裕度和模式之间的差异程度，来综合评估暂态和动态安全稳定计算模型及参数的精度。本发明实现了电力***暂态、动态安全稳定仿真计算结果的可信度评估。

Description

基于PMU数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法

技术领域

本发明属于电力***计算与分析技术领域。

背景技术

电力***时域仿真是电力***规划、设计、运行部门常用的分析方法，时域仿真的准确性与采用的模型和参数的准确性息息相关。由于各种原因，实际分析时往往采用厂家提供的设计参数，甚至采用估计值。通过研究表明，选择不同的模型及参数在电力***分析时会得到不同甚至相反的结论。时域仿真模型及参数的精准度将会对电力***安全、稳定运行造成影响。

随着同步相量测量装置(Phasor Measurement Unit，PMU)的广域量测***(WAMS)***的建设，实际电网发生的扰动或故障，在调度中心站能够快速汇集各类实测数据。基于WAMS、故障录波和保护控制等自动化***和装置数据的电网扰动识别和故障分析技术，以及电力***暂态、动态安全稳定量化分析方法，已经在实际电网中得到成功应用，为进行电力***暂态、动态安全稳定计算模型及参数精度的综合评估方法的研究打下了基础。

因此，本发明提出了基于PMU数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，这是将电力***暂态、动态安全稳定量化分析技术和广域量测技术紧密相联，在理论研究和工程经验总结的基础上作出的新的探索研究。

发明内容

本发明目的是：基于PMU实测数据，提出电力***暂态、动态安全稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，为电力***暂态、动态安全稳定仿真计算结果的可信度评估、以及模型参数实测和在线辨识工作的开展提供决策支持。

本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤：

(1)时域仿真：根据实际电网发生扰动时的运行状态，结合电网暂态和动态安全稳定计算模型及参数，建立实际电网扰动的时域仿真算例，进行实际电网发生该扰动后的机电暂态过程和动态过程时域仿真模拟；

(2)安全稳定裕度及模式计算：针对该时域仿真曲线，分别采用暂态功角稳定量化评估方法(EEAC)、暂态电压安全稳定量化分析方法、暂态频率安全量化分析方法和基于EEAC的动态振荡量化分析方法，计算出暂态安全稳定裕度、模式包括暂态功角稳定裕度η_a和装设有PMU的发电机i所在的分群模式及其参与因子p_i(假设临界群发电机的参与因子为正，余下群发电机的参与因子为负)，装设有PMU的母线j的暂态电压安全稳定裕度η_v.j，装设有PMU的发电机i的暂态频率安全裕度η_f，i，装设有PMU的母线j的暂态频率安全裕度η_f，j，计算出动态振荡指标为振荡阻尼系数σ和振荡频率f；

(3)仿真曲线替换：首先需要根据时域仿真轨迹的每个时间点，对PMU实测数据(发电机功角和频率以及母线电压和频率)进行线性插值，得到在相应时间点的数值，去除与时域仿真轨迹的时间点不对应的数据；再根据发电机功角时域仿真数据的发电机角度惯量中心δ_COI(t)和PMU实测发电机功角的参考角δ_PMU(t)，对线性插值处理后的发电机i的PMU功角数据δ_i(t)进行参考角的变换，计算出相对于δ_COI(t)的发电机i的PMU功角δ_i′(t)为δ_i(t)+δ_PMU(t)-δ_COI(t)；最后用经过上述处理后的PMU实测的实际电网发生该扰动后发电机功角和频率、母线电压和频率动态数据，来替代相应物理量的时域仿真值，其它没有PMU数据的物理量仍然采用时域仿真数据；

(4)安全稳定裕度及模式计算：采用与步骤(2)同样的电力***安全稳定量化分析方法，针对步骤(3)中采用电网实际动态数据替代后的“含实际动态的时域仿真曲线”，计算出暂态功角稳定裕度η_a′和装设有PMU的发电机i所在的分群模式及其参与因子p_i′，装设有PMU的母线j的暂态电压安全稳定裕度η_v.j′，装设有PMU的发电机i的暂态频率安全裕度η_f，i′，装设有PMU的母线j的暂态频率安全裕度η_f，j′，以及动态振荡阻尼σ′和振荡频率f′；

(5)模型及参数综合评估指标计算：采用 $({\mathrm{\η}}_a-{{\mathrm{\η}}_a}^{\′})\underset{i\∈G}{\mathrm{\Σ}}\frac{|p_i-{p_i}^{\′}|}{n},$ $\underset{j\∈B}{\mathrm{\Σ}}\frac{|{\mathrm{\η}}_{v.j}-{{\mathrm{\η}}_{v.j}}^{\′}|}{m},$ $\underset{i\∈G}{\mathrm{\Σ}}\frac{|{\mathrm{\η}}_{f.i}-{{\mathrm{\η}}_{f.i}}^{\′}|}{n}+\underset{j\∈B}{\mathrm{\Σ}}\frac{|{\mathrm{\η}}_{f.j}-{{\mathrm{\η}}_{f.j}}^{\′}|}{m},$ σ-σ′和f-f′的值来综合评估暂态和动态安全稳定计算模型及参数的精度，其中G为装设有PMU的发电机集合，n为装设有PMU的发电机数，B为装设有PMU的母线集合，m为装设有PMU的母线数。

本发明采用电力***安全稳定量化分析方法，分别针对实际电网扰动后的时域仿真曲线和实际电网扰动后的PMU实测曲线，进行暂态和动态安全稳定量化评估，通过比较两者的暂态、动态安全稳定裕度和模式之间的差别，实现对暂态和动态安全稳定计算模型及参数精度的综合评估，为电力***暂态、动态安全稳定仿真计算结果的可信度评估、以及模型参数实测和在线辨识工作的开展提供决策支持。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明方法进行详细描述。

图1中步骤1描述的是时域仿真计算，即根据实际电网发生扰动时的运行状态，结合电网暂态和动态安全稳定计算模型及参数，建立实际电网扰动的时域仿真算例，进行实际电网发生该扰动后的机电暂态过程和动态过程时域仿真模拟；

图1中步骤2描述的是安全稳定裕度及模式计算，即针对步骤1计算出的时域仿真轨迹，分别采用暂态功角稳定量化评估方法(EEAC)、暂态电压安全稳定量化分析方法、暂态频率安全量化分析方法和基于EEAC的动态振荡量化分析方法，计算出暂态安全稳定裕度、模式包括暂态功角稳定裕度η_a和装设有PMU的发电机i所在的分群模式及其参与因子p_i(假设临界群发电机的参与因子为正，余下群发电机的参与因子为负)，装设有PMU的母线j的暂态电压安全稳定裕度η_v.j，装设有PMU的发电机i的暂态频率安全裕度η_f，i，装设有PMU的母线j的暂态频率安全裕度η_f，j，计算出动态振荡指标为振荡阻尼系数σ和振荡频率f；

图1中步骤3描述的是仿真曲线替换，即先需要根据步骤1得到的时域仿真轨迹的每个时间点，对PMU实测数据(发电机功角和频率以及母线电压和频率)进行线性插值，得到在相应时间点的数值，去除与时域仿真轨迹的时间点不对应的数据；再根据发电机功角时域仿真数据的发电机角度惯量中心δ_COI(t)和PMU实测发电机功角的参考角δ_PMU(t)，对线性插值处理后的发电机i的PMU功角数据δ_i(t)进行参考角的变换，计算出相对于δ_COI(t)的发电机i的PMU功角δ_i′(t)为δ_i(t)+δ_PMU(t)-δ_COI(t)；最后用经过上述处理后的PMU实测的实际电网发生该扰动后发电机功角和频率、母线电压和频率动态数据，来替代相应物理量的时域仿真值，其它没有PMU数据的物理量仍然采用时域仿真数据；

图1中步骤4描述的也是安全稳定裕度及模式计算，即采用与步骤(2)同样的电力***安全稳定量化分析方法，针对步骤(3)中采用电网实际动态数据替代后的“含实际动态的时域仿真曲线”，计算出暂态功角稳定裕度η_a′和装设有PMU的发电机i所在的分群模式及其参与因子p_i′，装设有PMU的母线j的暂态电压安全稳定裕度η_v.j′，装设有PMU的发电机i的暂态频率安全裕度η_f，i′，装设有PMU的母线j的暂态频率安全裕度η_f，j′，以及动态振荡阻尼σ′和振荡频率f′；

图1中步骤5描述的是模型及参数综合评估指标计算，即采用 $({\mathrm{\η}}_a-{{\mathrm{\η}}_a}^{\′})\underset{i\∈G}{\mathrm{\Σ}}\frac{|p_i-{p_i}^{\′}|}{n},$ $\underset{j\∈B}{\mathrm{\Σ}}\frac{|{\mathrm{\η}}_{v.j}-{{\mathrm{\η}}_{v.j}}^{\′}|}{m},$ $\underset{i\∈G}{\mathrm{\Σ}}\frac{|{\mathrm{\η}}_{f.i}-{{\mathrm{\η}}_{f.i}}^{\′}|}{n}+\underset{j\∈B}{\mathrm{\Σ}}\frac{|{\mathrm{\η}}_{f.j}-{{\mathrm{\η}}_{f.j}}^{\′}|}{m},$ σ-σ′和f-f′的值来综合评估暂态和动态安全稳定计算模型及参数的精度，其中G为装设有PMU的发电机集合，n为装设有PMU的发电机数，B为装设有PMU的母线集合，m为装设有PMU的母线数。

总之，本发明基于实际电网发生扰动后的PMU实测数据，采用电力***暂态、动态安全稳定量化分析方法，提出了一种电力***暂态、动态安全稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，为电力***暂态、动态安全稳定仿真计算结果的可信度评估、以及模型参数实测和在线辨识工作的开展提供决策支持。

Claims (6)

1.基于PMU数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，包括以下步骤：

(1)针对实际电网发生扰动时的运行状态，采用暂态和动态安全稳定计算模型和参数，进行实际电网发生该扰动后的机电暂态过程和动态过程时域仿真模拟；

(2)针对该时域仿真曲线，采用电力***安全稳定量化分析方法，计算暂态安全稳定裕度、模式以及动态振荡阻尼比和频率；

(3)采用PMU实测的实际电网发生该扰动后发电机功角和频率、母线电压和频率动态数据，来替代相应物理量的时域仿真值；

(4)针对该采用电网实际动态数据替代后的“含实际动态的时域仿真曲线”，采用电力***安全稳定量化分析方法，计算暂态安全稳定裕度、模式以及动态振荡阻尼比和频率；

(5)通过比较时域仿真曲线和“含实际动态的时域仿真曲线”的暂态、动态安全稳定裕度和模式之间的差异程度，来综合评估暂态和动态安全稳定计算模型的精度。

2.根据权利1要求所述的基于PMU数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，其特征在于，步骤(1)根据实际电网发生扰动时的运行状态，结合电网暂态和动态安全稳定计算模型及参数，建立实际电网扰动的时域仿真算例，进行实际电网发生该扰动后的机电暂态过程和动态过程时域仿真模拟。

3.根据权利1要求所述的基于PMU数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，其特征在于，步骤(2)采用的电力***安全稳定量化分析方法包括暂态功角稳定量化评估方法(EEAC)、暂态电压安全稳定量化分析方法、暂态频率安全量化分析方法和基于EEAC的动态振荡量化分析方法，计算出的暂态安全稳定裕度和模式包括暂态功角稳定裕度η_a和装设有PMU的发电机i所在的分群模式及其参与因子p_i(假设临界群发电机的参与因子为正，余下群发电机的参与因子为负)，装设有PMU的母线j的暂态电压安全稳定裕度η_v，j，装设有PMU的发电机i的暂态频率安全裕度η_f，i，装设有PMU的母线j的暂态频率安全裕度η_f，j，计算出动态振荡指标为振荡阻尼系数σ和振荡频率f。

4.根据权利1要求所述的基于PMU数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，其特征在于，步骤(3)首先需要根据时域仿真轨迹的每个时间点，对PMU实测数据，包括发电机功角和频率以及母线电压和频率，进行线性插值，得到在相应时间点的数值，去除与时域仿真轨迹的时间点不对应的数据；再根据发电机功角时域仿真数据的发电机角度惯量中心δ_COI(t)和PMU实测发电机功角的参考角δ_PMU(t)，对线性插值处理后的发电机i的PMU功角数据δ_i(t)进行参考角的变换，计算出相对于δ_COI(t)的发电机i的PMU功角δ_i′(t)为δ_i(t)+δ_PMU(t)-δ_COI(t)；最后用经过上述处理后的PMU实测的实际电网发生该扰动后发电机功角和频率、母线电压和频率动态数据，来替代相应物理量的时域仿真值，其它没有PMU数据的物理量仍然采用时域仿真数据。

5.根据权利1要求所述的基于PMU数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，其特征在于，步骤(4)采用与步骤(2)同样的电力***安全稳定量化分析方法，针对步骤(3)中采用电网实际动态数据替代后的“含实际动态的时域仿真曲线”，计算出暂态功角稳定裕度η_a′和装设有PMU的发电机i所在的分群模式及其参与因子p_i′，装设有PMU的母线j的暂态电压安全稳定裕度η_v，j′，装设有PMU的发电机i的暂态频率安全裕度η_f，i′，装设有PMU的母线j的暂态频率安全裕度η_f，j′，以及动态振荡阻尼σ′和振荡频率f′。

6.根据权利1要求所述的基于PMU数据的稳定计算模型及参数精度的综合评估方法，其特征在于，步骤(5)采用

$\underset{i\∈G}{\mathrm{\Σ}}\frac{|{\mathrm{\η}}_{f.i}-{{\mathrm{\η}}_{f.i}}^{\′}|}{n}+\underset{j\∈B}{\mathrm{\Σ}}\frac{|{\mathrm{\η}}_{f.j}-{{\mathrm{\η}}_{f.j}}^{\′}|}{m},$ σ-σ′和f-f′的值来综合评估暂态和动态安全稳定计算模型及参数的精度，其中G为装设有PMU的发电机集合，n为装设有PMU的发电机数，B为装设有PMU的母线集合，m为装设有PMU的母线数。

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