CN103618307A - 一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高电力***安全稳定性的紧急控制决策方法，将能量函数方法和轨迹预测方法相结合，采用PMU实时数据，快速决定***的稳定措施、实现策略和方法，使在电网故障中进行后追加控制成为可能。结合基于SCADA/EMS实时数据信息，能够提取基于电网能量函数的电力***动态特征，包括切机能量函数和切机量的灵敏度提取；对可能发生的故障失稳进行校核，生成故障失稳追加策略表，满足电力***信息在线安全控制实时性的需求，提高了电力***安全稳定控制决策的效率。提出“在线循环周期的运行方式监控及分析”和“***发生大扰动故障时的操作监控及后追加控制”相结合的控制策略，能够减轻在线控制和时域仿真对实时性的要求。

Description

一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法

技术领域

本发明涉及电力***领域，特别涉及一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法。 

背景技术

对于切机稳定控制而言，在特定的大扰动场景下，主要需要解决两方面问题，一个是控制地点，也就是灵敏度问题；另一个是控制强度，实际上就是稳定裕度问题。这两个问题在不同的规模和不同的网络结构下呈现的复杂性有所不同^[1]。近些年来，随着全球定位***GPS技术以及相量测量装置(PMU)的日益发展，为电力***暂态稳定控制提供了新的条件^[2]。美国Stanton等人提出的局部暂态能量函数方法，采用PMU在线测量发电机相对于惯性中心的转速的最大值与离线计算的临界转速的比值确定切机量，但发电机相对于惯性中心的转速计算需要全***所有发电机的信息，并且信息必须严格同步，这在耗资和通信方面的要求目前可能是无法接受的^[3]。这一问题实际上表明了广域测量***迄今无法成功进行电力***动态安全分析的主要原因。 

当前电力***安全控制主要采用“离线计算、在线匹配”方式^[4]，其中，离线计算在电网上采集数据，再利用所储存的数据进行计算分析得到所需要的指标；在线匹配在电网上采集数据，实时的进行对比计算匹配控制方案。这种方案通过控制装置实时检测当前运行工况和故障，然后从由工况和故障组成的二维表中查找预先准备的控制措施并执行。此类方式具有较高的可靠性，可以针对预想事故集进行充分的离线分析；稳定控制措施易于实现，速度上满足稳定控制启动上的时间要求。但实际***运行方式经常变化，在实施过程中有时会发生方式失配和故障失配等情况，方式失配包括：（1）新的未考虑到的恶化***稳定性的方式；（2）当前方式下可供切除的机组少于策略表中的值；故障失配包括：（1）安全稳定控制装置拒动，即安控下达过程中因安控***的原因导致有部分执行切除命令的机组或负荷拒动；（2）发生预想故障集之外的故障，如故障切除时间延长等情况。采用“离线计算、在线匹配”的方式无法有效处理方式失配和故障失配两种情况，从而会降低电力***在故障条件下的安全稳定。 

发明内容

本发明提供了一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法，本发明基于安全稳定策略 方式失配的校核和***发生大扰动故障时在线稳定措施追加校核和控制相结合的方法，快速判断***状态并获得***最佳追加的切机量措施，促进大规模电力***暂态安全稳定性，详见下文描述： 

一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法，所述方法包括以下步骤： 

（1）设定电力***刷新周期，确定“离线计算、在线匹配”方案中的严重故障，形成严重故障集，并获得严重故障集中每一个故障紧急控制措施对应的切机范围和切机量； 

（2）提取区域电网的数据采集与监视控制***实时数据信息，对电力***运行方式仿真数据进行更新，获得电力***当前刷新周期内的运行工况，并提取电力***离线安全稳定控制策略表，执行步骤（3）； 

（3）针对更新后的电力***进行安全稳定策略方式失配的校核； 

（4）通过继电保护***监测电力***是否发生故障或大扰动，若监测到电力***发生故障，按照“离线计算、在线匹配”方案执行离线安控策略，同时触发执行步骤（5）；若没有发生故障，判断电力***是否到刷新周期结束时间，若已经到达，执行步骤（2）； 

（5）基于广域测量***提取故障发生过程中的PMU信息，通过实时响应轨迹预判断电力***暂态稳定性，若判定电力***能够保持暂态稳定性，则不采取追加控制措施；否则执行***发生大扰动故障时在线稳定措施追加校核和控制，获得提高电力***安全稳定性的紧急控制决策方案。 

步骤（3）的操作具体为： 

1）基于电力***当前刷新周期内的运行工况生成相应仿真程序的输入数据； 

2）扫描离线安全稳定控制策略表，基于电力***当前刷新周期内的运行工况选择对应的运行方式，并获得该运行方式下的严重故障集，选择一个严重故障进行数值时域仿真； 

3）对于发生的严重故障，若电力***保持功角暂态稳定性，则返回步骤（2）；若不能保证稳定，记此时的追加切机量为P₁,P₁=0，计算电力***的第一最小动能，记为PKE_min|P₁，执行步骤4）； 

4）查看离线安全稳定控制策略表，若离线安全稳定控制策略表中有相应的稳定措施，基于追加切机量进行数值时域仿真，执行步骤5）；若没有，则基于电力***允许的最小切机量P_min进行仿真，执行步骤5）； 

5）若仿真结果显示电力***能够保证功角暂态稳定，则返回步骤（2）；若不能保证稳定，将对应的追加切机量记为P₂,P₂=0，计算此情况下电力***的第二最小动能，记为PKE_min|P₂，执行步骤7）； 

6）在追加切机时间t_shed按照原有切机量进行再次追加控制，若能保持稳定，则将最小切机量P_min作为追加切机量，记此时的追加切机量为P_c；否则记此时的追加切机量为P₃，计算此情况下电力***的第二最小动能，记为PKE_min|P₃，执行步骤7）； 

7）通过第二最小动能和第三最小动能获得对应切机措施的灵敏度关系K_PKE(t_cl,t_shed,j)，j代表母线，t_cl代表故障切除时间，t_shed代表追加切机时间； 

8）将不同发电机组的灵敏度关系K_PKE(t_cl,t_shed,j)、追加切机量、最小动能存储至方式失配追加切机控制策略灵敏度附表，执行步骤9）； 

9）针对离线安全稳定控制策略表中含有相应的稳定措施的严重故障进行故障失配校核，假设在对应控制时间稳定控制措施未启动，按原稳定控制措施对应的控制量进行紧急控制，若能够保持功角暂态稳定，则返回步骤2)；若不能保持稳定，记此时的追加切机量为P₄，计算此时情况下的电力***四最小动能PKE_min|P₄，执行步骤10）； 

10）通过第一最小动能和第四最小动能获得对应切机措施的灵敏度关系K_F(t_cl,t_shed,j)； 

11）将不同发电机组的灵敏度关系K_F(t_cl,t_shed,j)、追加切机量、最小动能存储至故障失配追加切机控制策略灵敏度附表。 

步骤（5）的操作具体为： 

1）暂态受扰轨迹预测； 

2）若离线安全稳定控制策略表中有相应的稳定措施，则直接提取表中的稳定措施集合，否则基于实时运行方式失配追加切机控制灵敏度附表搜索允许的稳定措施集合； 

3）基于实时运行方式失配追加切机控制灵敏度附表求得的K_PKE(t_cl,t_shed,i)，求取临界切机量P_c； 

4）对于稳定措施控制集合中，获得大于临界切机量的最小机组组合P_max1，即满足min(P-P_c)，其中，P代表发电机组合切机量； 

5）基于故障方式失配追加切机控制灵敏度附表求得的K_F(t_cl,t_shed,i)，求取临界切机量P_c1； 

6）对于稳定措施控制集合中，获得大于临界切机量的最小机组组合P_max2，即min(P-P_c1)。 

本发明提供的技术方案的有益效果是： 

（1）提供一种电力***紧急追加控制决策和实现方法，将能量函数方法和轨迹预测方法相结合，采用PMU实时数据，快速进行***分析和稳定措施决策，达到故障中电力***追加控制和其实现策略和方法。 

（2）结合基于SCADA/EMS实时数据信息，能够提取基于电网能量函数的电力***动 态特征，包括切机能量函数和切机量的灵敏度提取；对可能发生的故障失稳进行校核，生成故障失稳追加策略表。 

（3）提出“在线循环周期运行方式监控及分析”和“***发生大扰动故障时的操作监控及后追加控制”相结合的控制策略，能够减轻在线控制和***仿真对实时性的限制，可应用于省、网级大电网。 

（4）满足电力***在线安全控制实时性的需求，提高了电力***安全稳定控制决策的效率。 

附图说明

图1为本发明提供的提高电力***安全稳定性的紧急追加控制策略实施逻辑图； 

图2为本发明提供的区域安全稳定控制***架构； 

图3为本发明提供的后追加控制在安全稳定控制中的位置示意图； 

图4为本发明提供的***发生大扰动故障时的紧急控制决策流程； 

图5为本发明提供的电网安全稳定控制量不足时追加控制切机量决策方法； 

图6为本发明实例中所采用的IEEE-39节点算例***； 

图7为本发明实例中不同切机措施下的投影动能PKE变化曲线及预测曲线； 

图8为发明实例中采用追加紧急控制措施的投影动能PKE变化曲线。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。 

为了快速判断***状态并获得***最佳追加的切机量措施，促进大规模电力***暂态安全稳定性，本发明实施例提供了一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法，参见图1，本方法基于安全稳定策略方式失配的校核和***发生大扰动故障时在线稳定措施追加校核和控制相结合的方法，详见下文描述： 

101：设定电力***刷新周期，确定“离线计算、在线匹配”方案中的严重故障，形成严重故障集，并获得严重故障集中每一个故障紧急控制措施对应的切机范围和切机量； 

其中，严重故障是指在故障条件下进行离线仿真，电力***暂态失稳或者已经到了电力***稳定边界的故障。故障紧急控制措施包括：切除发电机、切负荷、快关气门等，本方法主要对切除发电机的方案进行校核，其他类型紧急措施方法可以类比获得。切除发电机是直 接切除过剩的暂态动能。“过剩的”暂态动能的确定涉及合适的地点选择和合适的切除量两方面的内容。具体实施过程中范围限定在“离线计算、在线匹配”方案所涉及的母线上发电机和发电机在线发电容量。 

102：提取区域电网的数据采集与监视控制***（SCADA/EMS）实时数据信息，对电力***运行方式仿真数据进行更新，获得电力***当前刷新周期内的运行工况，并提取电力***离线安全稳定控制策略表，执行步骤103； 

其中，SCADA是原始数据，EMS数据是反映电网实时运行状态的稳态数据，电力***刷新周期通常为15分钟，若电力***规模较小，如仅对省级电网进行详细时域仿真分析，外省电网进行等值或简化处理情况下，刷新周期可为10分钟或5分钟。离线安全稳定控制策略表是由电力***离线控制***针对预想事故集进行离线计算预先生成的控制策略。 

103：针对更新后的电力***进行安全稳定策略方式失配的校核； 

安全稳定策略方式失配的校核是针对“离线计算、在线匹配”方案中的每一个严重故障分别进行时域仿真分析，获得相应的电力***追加紧急控制策略：对故障情况下不同母线节点的切机稳定措施和***投影能量函数之间的灵敏度，生成故障的“方式失配追加切机控制策略灵敏度附表”；对潜在的故障失配情况进行计算分析，获得“故障失配追加控制策略表”。 

该步骤具体实施采用以下步骤： 

1031：基于电力***当前刷新周期内的运行工况生成相应仿真程序的输入数据； 

其中，本发明实施例中的仿真程序采用商业软件BPA，基于输入数据进行电力***潮流计算和时域仿真的稳定分析，具体实现时，还可以采用其他的商业软件进行计算，本发明实施例在此不做限制。 

1032：扫描离线安全稳定控制策略表，基于电力***当前刷新周期内的运行工况选择对应的运行方式，并获得该运行方式下的严重故障集，选择一个严重故障进行数值时域仿真； 

其中，离线安全稳定控制策略表的实施主要基于电网安全稳定控制***，其目的是防止电力***失去稳定性和避免电力***发生大面积停电事故。控制手段可包括：输电线路自动重合闸、电力***稳定控制装置（发电机快速汽门控制、切发电机、切负荷、电气制动、快速补偿、备用投入、直流***控制等）、电力***自动解列装置、按频率降低自动减负荷装置和按电压降低自动减负荷装置等。其中，切机是当前最成熟，也是最常用的紧急控制措施。本方案主要针对切机追加控制进行说明。 

1033：对于发生的严重故障，若电力***保持功角暂态稳定性，则返回步骤102；若不 能保证稳定，记此时的追加切机量为P₁(P₁=0)，计算电力***的第一最小动能，记为PKE_min|P₁，执行步骤1034； 

1034：查看离线安全稳定控制策略表，若离线安全稳定控制策略表中有相应的稳定措施，基于追加切机量进行数值时域仿真，执行步骤1035；若没有，则基于电力***允许的最小切机量P_min进行仿真，执行步骤1035； 

1035：若仿真结果显示电力***能够保证功角暂态稳定，则返回步骤102；若不能保证稳定，将对应的追加切机量记为P₂(P₂=0)，计算此情况下电力***的第二最小动能，记为PKE_min|P₂，执行步骤1037； 

1036：在追加切机时间t_shed按照原有切机量进行再次追加控制，若能保持稳定，则将最小切机量P_min作为追加切机量，记此时的追加切机量为P_c；否则将对应的切机量记为P₃，计算此情况下电力***的第三最小动能，记为PKE_min|P₃，执行步骤1037； 

1037：通过第二最小动能和第三最小动能获得对应切机措施的灵敏度关系K_PKE(t_cl,t_shed,j)； 

具体通过下式差分方法获得： 

$K_{\mathrm{PKE}}(t_{\mathrm{cl}},t_{\mathrm{shed}},j)=\frac{P_2-P_3}{{\mathrm{PKE}}_{\min }|P_2-{\mathrm{PKE}}_{\min }|P_3}---\left(1\right)$

其中，j代表步骤101中严重故障对应的稳定控制措施中第j个母线上发电机的切机措施，t_cl代表故障切除时间，t_shed代表追加切机时间。 

1038：将不同发电机组的灵敏度关系K_PKE(t_cl,t_shed,j)、追加切机量、最小动能存储至方式失配追加切机控制策略灵敏度附表，执行步骤1039； 

1039：针对离线安全稳定控制策略表中含有相应的稳定措施的严重故障进行故障失配校核。 

假设在对应控制时间稳定控制措施未启动，按原稳定控制措施对应的控制量进行紧急控制，若能够保持功角暂态稳定，则返回步骤102；若不能保持稳定，记此时的追加切机量为P₄，计算此时情况下的电力***四最小动能PKE_min|P₄。 

10310：通过第一最小动能和第四最小动能获得对应切机措施的灵敏度关系K_F(t_cl,t_shed,j)，具体由下式差分方法获得： 

$K_F(t_{\mathrm{cl}},t_{\mathrm{shed}},j)=\frac{P_1-P_4}{{\mathrm{PKE}}_{\min }|P_1-{\mathrm{PKE}}_{\min }|P_4}---\left(2\right)$

10311：将不同发电机组的灵敏度关系K_F(t_cl,t_shed,j)、追加切机量、最小动能存储至故障失配追加切机控制策略灵敏度附表。 

其中步骤1033，1035，1036，1039中最小动能PKE_min的求取方法，可以遵循下列步骤。 

1）根据式（3）求取电力***所观测发电机的惯性中心的角度δ_COI和角速度ω_COI。 

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{COI}}=\frac{1}{M_T}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i{\mathrm{\δ}}_i\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{COI}}=\frac{1}{M_T}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i{\mathrm{\ω}}_i\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中n为所观测发电机的台数；δ_i，ω_i分别表示所观测发电机中第i台发电机转子的角度和角速度，在BPA仿真软件中，发电机的角速度没有直接给出，可以用一个仿真步长中速度的变化量求取，公式为：

M_i为第i台发电机的转动惯量，并有 Δt表示仿真步长；δ_i(t)为t时刻第i台发电机转子的角度；δ_i(t+Δt)为t+Δt时刻第i台发电机转子的角度。 

2）根据式（4）分别求取第i台发电机转子相对于电力***惯性中心（COI）的角度θ_i(t)和角速度

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_i\left(t\right)={\mathrm{\δ}}_i\left(t\right)-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{COI}}\\ {\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i\left(t\right)={\mathrm{\ω}}_i\left(t\right)-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{COI}}\end{array}\right.---\left(4\right)$

3）根据式（5）获得以COI为中心的角半径R(t)定义。 

$R\left(t\right)=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_i^2\left(t\right)}---\left(5\right)$

4）根据式（6）获得t时刻向量在角半径上的投影ω_θ(t)。 

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\θ}}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\θ}}_i\left(t\right){\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i\left(t\right)}{R}\\ \widetilde{\mathrm{\ω}}\left(t\right)={[{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_1\left(t\right),{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_2\left(t\right),...{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_i\left(t\right)...{\widetilde{\mathrm{\ω}}}_n\left(t\right)]}^T\end{array}\right.---\left(6\right)$

5）根据式（7）求取动能PKE(t)曲线。 

$\mathrm{PKE}\left(t\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\θ}}^2\left(t\right)---\left(7\right)$

6）基于局部极小值方法，求取PKE(t)曲线的第一个局部极小值，并定义为PKE_min。 

104：通过继电保护***监测电力***是否发生故障或大扰动，若监测到电力***发生故障，按照“离线计算、在线匹配”方案执行离线安控策略，同时触发执行步骤105；若没有发生故障，判断电力***是否到刷新周期结束时间，若已经到达，执行步骤102； 

其中，大扰动是指***元件短路、切换操作和其他较大的功率或阻抗变化引起的扰动。 

典型的区域电网安全稳定控制***一般由一个控制主站和若干个控制子站构成，每个控制子站控制着若干个执行站，如图2所示。主站—子站采用分层结构，如果上一级还有省网 或更高一级的电网，可能会再包含一个更高的控制层次。主站和子站均存放策略表，一部分的控制策略由子站自己完成，另一部分需要上传到主站查询策略表，然后命令再发给相关子站。在各个主站之上存在一个控制中心，负责监测各个主站信息，同时具备在线更新策略表的功能。控制策略的实施是基于实时***数据，针对严重故障集中的故障进行的，在线追加紧急控制在安全稳定控制中的位置如图3所示。在层次上，追加安全稳定控制***可以看作是继电保护***的后备保护。对于离线安全稳定控制策略表，在线时若发生新的未考虑到的恶化***稳定性的方式，或当前方式下可供切除的机组少于策略表中的值，则认为是方式失配；若在严重故障层、保护动作层发生安全稳定控制装置拒动，或发生预想故障集之外的故障，则认为是故障失配。 

由于可以获得***实时数据，对于方式失配可直接到达严重故障层的分析，其规模将较小；对于故障失配，其针对已有的稳定措施追加控制，可选择和采取的措施相对有限，能够通过配合灵敏度等方法快速获得。 

105：基于广域测量***提取故障发生过程中的PMU信息，通过实时响应轨迹预判断电力***暂态稳定性，若判定电力***能够保持暂态稳定性，则不采取追加控制措施；否则执行***发生大扰动故障时在线稳定措施追加校核和控制，获得提高电力***安全稳定性的紧急控制决策方案。 

该步骤中基于实时响应轨迹预判断***暂态稳定性数据由PMU的WAMS（广域测量***）信息获得，利用生成的“实时运行方式失配追加切机控制灵敏度附表”和“故障失稳追加策略表”进行追加控制，通过投影能量函数灵敏度方法进行在线稳定措施追加校核和控制，实现***暂态稳定性。 

***发生大扰动故障时在线稳定措施追加校核和控制，具体决策流程如图4所示，可按照下列步骤执行： 

1051：暂态受扰轨迹预测。利用全电力***动态信息，采用基于广域测量***(WAMS)测得的发电机状态信息的电力***暂态不稳定性实时预测方法^[5]预测电力***未来运行轨迹暂态受扰轨迹预测可参考文献[7]所提出的三角函数系拟合法和基于简单***模型的几种方法相结合方案，其基本原理如下： 

假设轨迹数据为可拟合的非线性数学函数形式：x(t)=f(t,a)，其中，a代表代拟合参数。 

电力***稳定性轨迹历史数据为X=[x(t₀)x(t₀+Δt)x(t₀+2Δt)…x(t₀+nΔt)]，通过历史数据采用最小二乘拟合法便能够得到拟合参数a，进而可以预测***的未来轨迹。 

基于预测轨迹信息可以进行电力***稳定性评估和稳定裕度计算，暂态稳定性评估可采 用暂态不平衡能量变化率法^[8]等多种形式。轨迹预测信息相当于时域仿真的轨迹信息，采用步骤103方法进行PKE_min求取，若轨迹预测结果表明电力***失稳，则失稳裕度为PKE_min。 

1052：若离线安全稳定控制策略表中有相应的稳定措施，则直接提取表中的稳定措施集合，否则基于实时运行方式失配追加切机控制灵敏度附表搜索允许的稳定措施集合； 

稳定措施集合中包括的内容有控制类型的选择、控制地点和控制量的确定。按照能量函数的定义，切除任何一台发电机都会使***暂态能量发生突然减小。但本发明的研究机理是，切除动能会使***暂态能量直接降低，但它并不是稳定***的唯一原因，切机操作在后续过程中改变了***的暂态能量分布。一方面，***的暂态稳定状况取决于***中的剩余机组的运动情况，被切掉的机组与***的后继稳定状况不再有关系。另一方面，某些领先机组的电磁转矩最初会受到一个突然的按比例增加，以降低其加速程度。因此，追加控制中的切发电机措施策略需要与全***的能量分布和***运行状态有关。 

其中，追加控制切机量决策过程具体如图5所示，其中，P_i和P_j分别代表稳定控制策略i和j对应追加切机量，PKE_min|P_i和PKE_min|P_j分别代表稳定控制策略i和j对应最小动能。 

1053：基于实时运行方式失配追加切机控制灵敏度附表求得的K_PKE(t_cl,t_shed,i)，求取临界切机量P_c，临界切机量P_c可由式（8）计算： 

P_c=P₂-K_PKE(t_cl,t_shed,i)×PKE′_min   （8） 

1054：对于稳定措施控制集合中，获得大于临界切机量的最小机组组合P_maxl，即满足min(P-P_c)； 

1055：基于故障方式失配追加切机控制灵敏度附表求得的K_F(t_cl,t_shed,i)，求取临界切机量P_c1，临界切机量P_c1可由式（9）计算： 

P_c1=P₁-K_F(t_cl,t_shed,i)×PKE′_min   （9） 

1056：对于稳定措施控制集合中，获得大于临界切机量的最小机组组合P_max2，即满足min(P-P_c1)。 

其中，每次控制的控制策略可针对离线控制策略中的机组进行追加切机控制，也可以基于PMU中获得的最先失稳机组，即此刻的受扰最严重机组进行。执行过程中，考虑在第一次切机、切负荷控制完成后，继续不断评估***稳定性，若稳定，则表明其他机组受扰的程度较轻，只需这一次控制措施即可；若失稳，则表明其他机组受扰程度较严重，对***稳定性的影响很大，还需进一步采取控制措施。 

实例： 

本发明以IEEE-39节点算例***中一个典型的严重故障为例进行说明，其中，算例***附图如图6所示，1-29号母线为负荷节点，30-39号为发电机节点，采用商业软件BPA进行仿真和分析。 

101：假设电力***刷新周期内，确定了“离线计算、在线匹配”方案中的严重故障集及对应的紧急控制策略表。 

102：提取区域电网的数据采集与监视控制***（SCADA/EMS）实时数据信息，对电力***运行方式仿真数据进行更新，获得电力***当前刷新周期内的运行工况，并提取电力***离线安全稳定控制策略表。 

为了便于表明本发明在处理方式失配和故障失配的有效性，以下算例分为方式失配实例和故障方式失配实例进行说明。 

1.方式失配实例。 

103：针对更新后的电力***进行安全稳定策略方式失配的校核: 

首先，扫描离线安全稳定控制策略表，基于电力***当前刷新周期内的运行工况选择相对应的运行方式，并获得该运行方式下的严重故障集，确定其中一个严重故障为母线28-母线29线路首端0秒发生三相短路故障，故障持续0.1s；通过仿真结果可知其发生失稳，对应的投影动能曲线如图8所示，记此时的追加切机量为P₁(P₁=0)，计算电力***的第一最小动能，记为PKE_min|P₁=2.554； 

其次，查看离线安全稳定控制策略表，对应该严重故障的紧急控制措施为0.2秒切除38号母线发电机50MW功率，对应该严重故障的紧急控制措施为0.2秒切除38号母线发电机50MW功率。通过仿真结果显示电力***不能够保证功角暂态稳定，对应的投影动能曲线如图8所示，记此时的追加追加切机量为P₂=0MW，计算此情况下电力***的第二最小动能，记为PKE_min|P₂=2.0712。 

再次，在追加控制时刻0.3秒时，追加切除发电机50MW功率，通过仿真结果显示电力***失去稳定，对应的投影动能曲线如图7所示，记此时的追加切机量为P₃=50MW，计算此情况下电力***的第三最小动能，记为PKE_min|P₃=1.6783。 

最后,通过第二最小动能和第三最小动能获得对应切机措施的灵敏度关系为K_PKE(t_cl,t_shed,j)=-127.2588，并将灵敏度关系、追加切机量、最小动能存储至方式失配追加切机控制策略灵敏度附表。 

104：实际运行中，通过继电保护***监测电力***中母线28-母线29线路首端发生三相短路故障，按照“离线计算、在线匹配”方案执行离线安控策略，同时触发执行步骤105。 

105：基于广域测量***提取故障发生过程中的PMU信息，通过实时响应轨迹判断电力***暂态稳定性***发生大扰动故障时在线稳定措施追加校核和控制，暂态受扰轨迹预测。利用全电力***动态信息，采用基于广域测量***(WAMS)测得的发电机状态信息的电力系 统暂态不稳定性实时预测的局部轨迹如图7所示，采用轨迹预测结果表明电力***失稳，对应的失稳裕度为PKE_min为2.0911。基于实时运行方式失配追加切机控制灵敏度附表求得的K_PKE(t_cl,t_shed,i)，求取临界切机量P_c为266.11MW。对于稳定措施控制集合中，获得大于临界切机量的最小量P_maxl=280MW。对电力***实行追加紧急控制后，如图8所示方式失配追加切机后的投影动能曲线，曲线振荡衰减，***保持了暂态稳定，表明本发明所提方法处理方式失配是有效的。 

2.故障失配实例。 

103：针对更新后的电力***进行安全稳定策略故障失配的校核: 

首先，针对离线安全稳定控制策略表中含有相应的稳定措施的严重故障为切除38号母线发电机150MW。假设定装置在对应控制时间不启动，按原稳定控制措施对应的控制量在0.3秒进行追加紧急控制，若能够保持功角暂态稳定，则返回步骤102；若不能保持稳定，记此时的追加切机量为P₄，对应的PKE曲线如图7所示，计算此时情况下的电力***第四最小动能PKE_min|P₄=1.4210。 

然后，通过第一最小动能和第四最小动能获得对应切机措施的灵敏度关系K_F(t_cl,t_shed,j)=-132.392，将灵敏度关系、追加切机量、最小动能存储至故障失配追加切机控制策略灵敏度附表。 

104：通过继电保护***监测电力***中母线28-母线29线路首端发生三相短路故障，按照“离线计算、在线匹配”方案启动离线安控策略，同时触发执行步骤105。 

105：首先发现安控装置未能正常启动，采用基于广域测量***(WAMS)测得的发电机状态信息的电力***暂态不稳定性实时预测轨迹预测信息相当于时域仿真的轨迹信息，如图7所示，采用轨迹预测结果表明电力***失稳，对应的失稳裕度为PKE_min=2.5768，求取临界切机量P_c为341.15MW。对于稳定措施控制集合中，获得大于临界切机量的最小量P_max=350MW。对电力***实行追加紧急控制后，***保持了暂态稳定，如图8所示，表明本发明所提方法处理故障失配是有效的。 

通过上述步骤实现了***发生故障时的追加控制决策，满足电力***信息在线安全控制实时性的需求，提高了电力***安全稳定控制决策的效率，解决电网采取“离线计算”方案时发生事故情况下的方式失配和故障失配问题，使在电网故障中进行后追加控制成为可能。 

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之 内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

参考文献： 

[1]Jing Shi,Yuejin Tang,Yajun Xia,et al.Energy function based SMES controller for transient stability enhancement[J].IEEE Transactions on Applied Superconductivity,2012,22(3):5701304. 

[2]C.Rehtanz，J.Bertsch.Wide area measurement and protection system for emergency voltage stability control[A].2002IEEE Power Engineering Society Winter Meeting[C].New York，USA，2002，2：842-847. 

[3]Miwa Natsuki,Tanaka Kazuyuki.Transient stability output margin estimation based on the energy function method[J].Electrical Engineering in Japan,2010,173(3):10-19. 

[4]D.Z.Fang，T.S.Chung，Zhang Yao and Song Wennan.Transient Stability Limit Conditions Analysis Using a Corrected Transient Energy Function.IEEE Trans.on Power System，2000，15(2)：804～809. 

[5]袁季修，电力***安全稳定控制[M]，北京，中国电力出版社,1996 

[6]谢欢,张保会,李钢,等.基于广域发电机状态信息的电力***暂态不稳定性实时预测[J].电力自动化设备,2009,29(7):28-32. 

[7]杨晋柏.南方互联电网安全稳定控制***的配置、功能及作用[J].电网技术，1996，20(5):46-49 

[8]Lu D,Zhang X.Transient stability analysis and control of power systems with considering flux decay by energy function approach[J].Bulletin of the Polish Academy of Sciences:Technical Sciences,2012,60(1):3-8. 

[9]任伟，房大中，陈家荣，等.基于最优控制原理的电力***紧急控制及应用，电网技术，2009，33（2）：8-13。 

Claims (3)

1.一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）设定电力***刷新周期，确定“离线计算、在线匹配”方案中的严重故障，形成严重故障集，并获得严重故障集中每一个故障紧急控制措施对应的切机范围和切机量；

（2）提取区域电网的数据采集与监视控制***实时数据信息，对电力***运行方式仿真数据进行更新，获得电力***当前刷新周期内的运行工况，并提取电力***离线安全稳定控制策略表，执行步骤（3）；

（3）针对更新后的电力***进行安全稳定策略方式失配的校核；

（4）通过继电保护***监测电力***是否发生故障或大扰动，若监测到电力***发生故障，按照“离线计算、在线匹配”方案执行离线安控策略，同时触发执行步骤（5）；若没有发生故障，判断电力***是否到刷新周期结束时间，若已经到达，执行步骤（2）；

（5）基于广域测量***提取故障发生过程中的PMU信息，通过实时响应轨迹预判断电力***暂态稳定性，若判定电力***能够保持暂态稳定性，则不采取追加控制措施；否则执行***发生大扰动故障时在线稳定措施追加校核和控制，获得提高电力***安全稳定性的紧急控制决策方案。

2.根据权利要求1所述的一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法，其特征在于，步骤（3）的操作具体为：

1）基于电力***当前刷新周期内的运行工况生成相应仿真程序的输入数据；

2）扫描离线安全稳定控制策略表，基于电力***当前刷新周期内的运行工况选择对应的运行方式，并获得该运行方式下的严重故障集，选择一个严重故障进行数值时域仿真；

3）对于发生的严重故障，若电力***保持功角暂态稳定性，则返回步骤（2）；若不能保证稳定，记此时的追加切机量为P₁,P₁=0，计算电力***的第一最小动能，记为PKE_min|P₁，执行步骤4）；

4）查看离线安全稳定控制策略表，若离线安全稳定控制策略表中有相应的稳定措施，基于追加切机量进行数值时域仿真，执行步骤5）；若没有，则基于电力***允许的最小切机量P_min进行仿真，执行步骤5）；

5）若仿真结果显示电力***能够保证功角暂态稳定，则返回步骤（2）；若不能保证稳定，将对应的追加切机量记为P₂,P₂=0，计算此情况下电力***的第二最小动能，记为PKE_min|P₂，执行步骤7）；

6）在追加切机时间t_shed按照原有切机量进行再次追加控制，若能保持稳定，则将最小切机量P_min作为追加切机量，记此时的追加切机量为P_c；否则记此时的追加切机量为P₃，计算此情况下电力***的第二最小动能，记为PKE_min|P₃，执行步骤7）；

7）通过第二最小动能和第三最小动能获得对应切机措施的灵敏度关系K_PKE(t_cl,t_shed,j)，j代表母线，t_cl代表故障切除时间，t_shed代表追加切机时间；

8）将不同发电机组的灵敏度关系K_PKE(t_cl,t_shed,j)、追加切机量、最小动能存储至方式失配追加切机控制策略灵敏度附表，执行步骤9）；

9）针对离线安全稳定控制策略表中含有相应的稳定措施的严重故障进行故障失配校核，假设在对应控制时间稳定控制措施未启动，按原稳定控制措施对应的控制量进行紧急控制，若能够保持功角暂态稳定，则返回步骤2)；若不能保持稳定，记此时的追加切机量为P₄，计算此时情况下的电力***四最小动能PKE_min|P₄，执行步骤10）

10）通过第一最小动能和第四最小动能获得对应切机措施的灵敏度关系K_F(t_cl,t_shed,j)；

11）将不同发电机组的灵敏度关系K_F(t_cl,t_shed,j)、追加切机量、最小动能存储至故障失配追加切机控制策略灵敏度附表。

3.根据权利要求1所述的一种提高电力***安全稳定性的紧急控制方法，其特征在于，步骤（5）的操作具体为：

1）暂态受扰轨迹预测；

2）若离线安全稳定控制策略表中有相应的稳定措施，则直接提取表中的稳定措施集合，否则基于实时运行方式失配追加切机控制灵敏度附表搜索允许的稳定措施集合；

3）基于实时运行方式失配追加切机控制灵敏度附表求得的K_PKE(t_cl,t_shed,i)，求取临界切机量P_c；

4）对于稳定措施控制集合中，获得大于临界切机量的最小机组组合P_max1，即满足min(P-P_c)；

5）基于故障方式失配追加切机控制灵敏度附表求得的K_F(t_cl,t_shed,i)，求取临界切机量P_c1；

6）对于稳定措施控制集合中，获得大于临界切机量的最小机组组合P_max2，即min(P-P_c1)。

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