CN108268670B - 一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估方法及***。本方法将电网受扰后暂态过程分为两个阶段并提取两种状态。首先假设了***受扰后保持稳定，随后对于每个阶段阐述了暂态能量传递规律，对于每个状态给出暂态能量分布计算方法，最后根据暂态能量在电网中的传递和分布特性对受扰后***实际稳定态势做出评估。本发明通过对暂态能量在不同阶段的传递和分布特性的定量分析，及其与***暂态稳定性关系的基础上，能够根据故障前电气状态量和网络拓扑结构以及故障地点，不需要依赖***受扰轨迹，快速给出受扰后电网稳定性评估结果，为故障后采取有效的安全控制措施提供了有力依据。

Description

一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估方法及***

技术领域

本发明涉及电力***仿真及分析计算领域，具体涉及一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估方法及***。

背景技术

当前我国电网建设已经步入到特高压大电网的时代。随着电网规模不断扩大，其在发挥资源优化配置作用的同时，也使得故障范围扩大，可能会导致大面积停电甚至全国范围内的电网崩溃，这将对电力***的安全稳定控制研究工作提出了新的挑战。研究大扰动下电网扰动传播和暂态能量传播过程对于理解电力***在扰动后的行为特征以及制定相关的防控措施具有重大意义。

电网遭受大扰动后动态行为分析属于电力***暂态稳定性分析范畴，因此，对大扰动传播及其影响的研究属于电力***暂态稳定分析范畴。电力***维持稳定运行的根本是***中能量供求平衡，电网遭受大扰动直接破坏了这一平衡关系。目前，从能量角度对电网扰动传播的研究方法主要有：1)基于结构保持模型的暂态能量函数，利用支路势能函数，定义了扰动起始冲击时间和首次冲击时间，用来标记扰动冲击在电网上传播的顺序，并在分析了支路势能与支路有功功率变化规律基础上，构建支路稳定度指标以及提出联络线解列的定量判据。2)基于电力***能量结构，引入端口供给能量函数，研究了特高压电网受扰后暂态能量在电网中分配规律以及支路暂态能量与功率振幅的关系，并阐述扰动冲击传播机理。

目前关于电网扰动传播特性的研究主要有：1)从故障***暂态能量的流动和分布特性来解释扰动的传播规律；2)对扰动冲击顺序与距离故障点电气距离和发电机群转动惯量的定性描述。这些研究对影响扰动传播因素的分析尚不够全面，未能从本质上揭示扰动传播的机理。因此，有必要深入理解局部大扰动在互联电网中传播机制及其对电力***安全稳定的影响，为制定有效的电网安全稳定措施提供依据。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估方法，本发明不依赖扰动轨迹，且定量考虑暂态能量流动特性影响因素的大电网扰动传播和暂态能量传递特性及电网稳定态势的评估。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明还提供一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、阶段一：在受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数K_i；

B、状态一：扰动结束时刻t_c状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态动能分布系数K_ECi；

C、状态二的假设状态：确定假设电力***受扰后稳定情况下的发电机暂态动能分布状态，即计算t_∞时刻发电机的暂态动能分布系数K_ESi；

D、阶段二：确定受扰后阶段的暂态能量传递特性；

E、状态二的实际状态：确定电力***实际受扰后的输电网络暂态能量分布情况，即计算从状态一的发电机暂态动能分布情况变化到状态二假设的发电机暂态动能分布情况，暂态能量在输电网络中流动和分布情况，即计算线路暂态能量ESP_l；

F、对电力***稳定事态评估。

进一步地，所述步骤A中，阶段一的受扰阶段指的是从受扰时刻t₀到扰动结束时刻t_c的阶段；

所述受扰阶段为暂态能量注入和积累过程；电网故障期间，不计机组调速器影响，分配到各发电机上的不平衡功率取决于发电机节点与故障节点之间的等值电抗和初始相角差；所述不平衡功率即各发电机感受到的不平衡功率；

1)采用从图论角度出发的等值阻抗近似计算方式：将电网等效为加权无向图，母线作为节点，线路作为边，线路电抗作为边的权值；节点1和节点2两节点间的近似等值阻抗即为两节点间最短距离Dist₁₂；

2)采用故障前发电机初始有功功率P_0i近似代替初始相角差；

基于上述1)和2)，构建同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标为K'_Sik＝P_0i/Dist_ik，经归一化处理后，定义发电机G_i不平衡功率分配系数为

其中：K'_Sik为同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标；P_0i为故障前发电机初始有功功率；Dist_ik为节点i和故障节点k两节点间的最短距离；K_i为发电机G_i不平衡功率分配系数。

进一步地，所述步骤B中，阶段一期间，由于故障持续时间很短，假设故障期间发电机G_i持续受到恒定的不平衡功率P_0i，根据发电机运动方程的增量方程进行积分；对发电机转子运动的增量方程等号两边积分，从t₀积到t_c，得到/>将其代入发电机动能表达式/>得到下面的式1)，得到阶段一结束后各发电机积累暂态动能，如下式所示：

建立扰动结束时刻t_c的暂态能量分配系数即阶段一结束后的电力***暂态能量在发电机上的分布将由扰动结束时刻t_c的暂态能量分配系数K_ECi分配；

其中：E_ki(t_c)为各发电机积累暂态动能；t_c为扰动结束时刻；t₀为受扰时刻；M_i表示发电机G_i的惯量常数，ΔP_L表示***总不平衡功率，i表示第i台发电机，一共有n台发电机。Δω表示发电机转子角速度偏差，t表示从t₀积到t_c之间的任一时刻。

进一步地，所述步骤C中，状态二指的是扰动后电力***最终状态，包括①假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态；②电力***实际受扰后的能量分布状态；

其中假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态包括：假设电网故障清除后电力***最终能够同步，不计电力***阻尼作用，相对故障前角速度偏差为Δω_∞，则电力***同步状态下各发电机暂态动能即暂态动能与发电机惯量常数成正比；由此构建无穷时刻t_∞的发电机暂态动能分分布系数/>

其中：E_ki(t_∞)为各发电机有暂态动能；Δω_∞为故障后相对故障前角速度偏差；M_i表示发电机G_i的惯量常数，t_∞表示故障后***同步后的无穷时刻。

进一步地，所述步骤D中，阶段二的受扰后阶段(阶段二的受扰后阶段指的是从扰动结束时刻t_c到无穷时刻t_∞电网稳定(此处稳定是假设的稳定，电网也可能失稳)，注意，故障清除＝扰动结束，发生在t_c)指的是从扰动结束时刻t_c到无穷时刻t_∞电网故障清除后的暂态能量在电网中传递时段；电力***注入暂态能量守恒的情况下，电力***暂态能量在发电机上的分布将由按扰动结束时刻t_c的暂态动能分布系数K_ECi分配变化到按无穷时刻t_∞的暂态动能分布系数K_ESi分配；暂态能量由一部分发电机动能转化为网络暂态势能，并沿输电网传递，并最终到达另一部分发电机；

令K_Δi＝K_ECi-K_ESi；按照K_Δi＞0和K_Δi＜0将发电机分为两组，分别形成源发电机集S＝{G₁,G₂,......G_s}和汇发电机集T＝{G₁,G₂,......G_t'}；暂态能量从源发电机向汇发电机传递，根据节点注入能量按照线路电抗大小成反比分配到各条支路的规律，得暂态能量流动过程中电网各支路上分布情况；暂态能量从源发电机G_i流向汇发电机G_j，且流经支路l的数值为P_l,ij，则定义P_l,ij为G_i和G_j之间暂态能量在支路l的分布系数；对于电网中任一条支路l，其承担的支路暂态能量为

其中：K_Δi表示扰动结束时刻t_c发电机的暂态能量分配系数与无穷时刻t_∞的发电机暂态动能分布系数的差值，K_ESi为无穷时刻t_∞的暂态动能分布系数；K_ECi为扰动结束时刻t_c发电机的暂态动能分布系数；P_l,ij为G_i和G_j之间暂态能量在支路l的分布系数；i表示源发电机节点，j表示汇发电机节点；s表示源发电机台数，t表示汇发电机台数。

进一步地，状态二的实际状态指的是电力***受扰后的实际输电网络暂态能量分布状态，此状态中，将线路按照支路暂态能量ESP_l降序排序，选取前m条线路形成重点监视线路集L＝{l₁,l₂,......l_m}，逐一选取重点监视线路集L中的线路，判断是否超出其稳定裕度，若超出稳定裕度，则放入预设的解列线路集J；若没有超出裕度的线路不执行操作，其中，m表示重点监视线路集中的线路条数。

进一步地，所述步骤F中，基于状态一和状态二的假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态，以及阶段二的电网故障清除后受扰的暂态能量传递特性，得到状态二的电力***实际受扰后能量分布状态，由此对电网稳定态势做出评估；

当对重点监视线路集L中的所有线路判断完成后，查看解列线路集J，若解列线路集J为空集，则判定电力***稳定；若解列线路集J不为空集，则电力***失稳，并且由解列线路集J中支路构成解列断面。

本发明还提供一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估***，其改进之处在于，所述***包括：

阶段一计算模块：用于在受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数K_i；

状态一计算模块：用于在扰动结束时刻t_c状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态动能分布系数K_ECi；

状态二计算模块一：用于确定假设电力***受扰后稳定情况下的发电机暂态动能分布状态，即计算t_∞时刻发电机的暂态动能分布系数K_ESi；

阶段二计算模块：用于确定受扰后阶段的暂态能量传递特性；

状态二计算模块二：用于确定电力***实际受扰后的输电网络暂态能量分布状态，即计算从状态一的发电机暂态动能分布情况变化到状态二假设的发电机暂态动能分布情况，暂态能量在输电网络中流动分布情况，即计算线路暂态能量ESP_l；

评估模块：用于对电力***稳定事态评估。

进一步地，所述阶段一的受扰阶段指的是从受扰时刻t₀到扰动结束时刻的阶段，所述受扰阶段为暂态能量注入和积累过程；电网故障期间，不计机组调速器影响，分配到各发电机上的不平衡功率取决于发电机节点与故障节点之间的等值电抗和初始相角差；所述不平衡功率即各发电机感受到的不平衡功率。

进一步地，状态二指的是扰动后电力***最终状态，包括①假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态；②电力***实际受扰后的能量分布状态；阶段二的受扰后阶段指的是从扰动结束时刻t_c到无穷时刻t_∞电网故障清除后的阶段。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

本发明提出的一种电网扰动传播和能量传递特性及电网稳定态势评估方法利用扰动前发电机初始有功信息有效地计算出不平衡功率在发电机上的分布情况；继而确定故障清除时刻暂态能量分布情况。根据故障结束时到***假设稳定后暂态能量分布的变化，对故障清除后***暂态期间暂态能量在电网中的传递和分布特性做出相关计算，并以此对电网稳定态势做出评估。

本发明摆脱了以往分析暂态能量在电网中分布情况是需要依赖支路暂态过程中状态量的变化轨迹的束缚，在确定故障地点后，利用事故前电网信息，能够有效地判断扰动冲击在电网中的传播方向及大小，快速判定电网脆弱位置，为故障后采取有效的安全控制措施提供了有效依据。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明提供的电网扰动传播和能量传递特性及电网稳定态势评估方法的流程图；

图2是本发明提供的东北电网500kV等值电网示意图；

图3是本发明提供的故障时刻***不平衡功率在各发电机上的分配系数柱状图；

图4是本发明提供的发电机暂态动能分布差示意图；

图5是本发明提供的降序排序后线路承担ESP的前15位的柱状图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明在充分调研当前国内外对于大电网扰动传播和能量传递特性及其对电网稳定性的影响的基础上，对故障后暂态能量在电网中的传递和分布特性及其与电网稳定性的关系进行深入分析，提出了一种电网扰动传播和能量传递特性及电网稳定态势评估方法：首先，该方法将电网受扰后的暂态能量的分布和传递过程分为两个阶段和两种状态；其次，对每个阶段电网暂态能量的传递特性进行影响因素分析，同时对能量每个分布状态进行成因分析，并用相关指标量化计算表示能量分布状态。最后，分析电网受扰后暂态能量传递和分布特性与***稳定性的关系，给出故障后电网稳定态势评估结果。

实施例一

本发明提出的一种电网扰动传播和能量传递特性及电网稳定态势评估方法。首先，从电网受扰时刻开始，将***受扰过程分为两个阶段：

(1)阶段一：受扰阶段(故障期间)；

(2)阶段二：受扰后阶段(故障清除后)；

并抽取两个时刻的能量分布状态：

(1)状态一：扰动消失时刻状态(故障清除时刻)；

(2)状态二：扰动后(故障后)***最终状态；

a)假设***受扰后稳定情况下的能量分布状态；

b)***实际受扰后能量分布状态；

基于状态一和状态二(假设)***暂态能量分布状态以及阶段二的暂态能量分布特性，根据本发明提出方法可得出实际***受扰后最终能量分布状态，即状态二(实际)，由此对电网稳定态势做出评估。

本发明针对大电网扰动传播各阶段的具体分析如下：

1、阶段一：在受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数K_i；

该阶段为暂态能量注入和积累过程。暂态能量主要由于发电机受到不平衡功率是转子加速或减速产生。因此，在此期间的不平衡功率对暂态能量的分布起到关键作用。***故障产生的不平衡功率将被***中各发电机感受到。故障期间，忽略机组调速器影响，分配到各发电机上的不平衡功率(即各发电机感受到的不平衡功率)取决于发电机节点与故障节点之间的等值电抗和初始相角差。

(1)由于在结构复杂的实际电力网络中，不易求得任意两个节点间等值阻抗。因此提出了一种从图论角度出发的等值阻抗近似计算方法：将电网看成一个加权无向图，母线为节点，线路为边，线路电抗为边的权值。两t_c个节点间的近似等值阻抗即为两点间最短距离Dist_ij。

(2)由于节点间初始相角差是指发电机与故障点间等效阻抗两端的初始相角差，对于复杂电力***也是难以直接获得，鉴于传输功率与相角差的关系，提出用发电机初始(故障前)有功功率P_0i近似代替初始相角差。

基于以上两点，构建一个同时考虑发电机间电气距离和初始相角差的不平衡功率分配指标K'_Sik＝P_0i/Dist_ik，并定义发电机G_i不平衡功率分配系数

2、状态一：扰动结束时刻t_c状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态能量分配系数K_ECi；

阶段一期间，发电机G_i持续受到不平衡功率P_0i，根据发电机运动方程的增量方程进行积分，可得阶段一结束后各发电机积累暂态能量由于式中对于每一台发电机都是相同的，暂态能量在发电机上的分布与/>成正比，由此建立t_c时刻暂态能量分配系数/>即阶段一结束后的***暂态能量在发电机上的分布将由按系数K_ECi分配。

3、状态二(假设)：确定假设电力***受扰后稳定情况下的发电机暂态能量分布状态，即计算t_∞时刻发电机的暂态能量分配系数K_ESi；

故障清除后，***同步力矩恢复有助于发电机重新同步。假设故障清除后***最终能够同步，忽略***阻尼作用，有相对故障前角速度偏差ω_∞，则同步状态下各发电机有暂态能量即暂态能量与发电机惯量常数成正比。由此，构建t_∞时刻暂态能量分配系数指标K_ESi。

4、阶段二：受扰后阶段，从扰动结束时刻t_c到无穷时刻t_∞，确定受扰后阶段的暂态能量传递特性；具体传递特性为：节点注入ESP按照线路电抗大小成反比分配到各条支路。

故障清除后，***注入暂态能量守恒的情况下，***暂态能量在发电机上的分布将由按系数K_ECi分配变化到按系数K_ESi分配。在这一过程中，暂态能量由一部分发电机动能转化为网络暂态势能，并沿输电网传递，并最终到达另一部分发电机。

令K_Δi＝K_ECi-K_ESi。按照K_Δi＞0和K_Δi＜0将发电机分为两组，分别形成源发电机集S＝{G₁,G₂,......G_s}和汇发电机集T＝{G₁,G₂,......G_t}。暂态能量从源发电机向汇发电机传递，根据节点注入能量按照线路电抗大小成反比分配到各条支路的规律，可得暂态能量流动过程中电网各支路上分布情况。暂态能量从源发电机G_i流向汇发电机G_j，且流经支路l的数值为P_l,ij，则定义P_l,ij为G_i和G_j之间暂态能量在支路l的分布系数。由此，对于电网中任一条支路l，其承担的暂态能量为

5、状态二(实际)：确定电力***实际受扰后的输电网络暂态能量分布状态，即计算从状态一的发电机暂态能量分布情况变化到状态二假设的发电机暂态能量分布情况，暂态能量在输电网络中流动分布情况，即计算线路暂态能量ESP_l；

将线路按照ESP降序排序，选取前m条线路形成重点监视线路集L＝{l₁,l₂,......l_m}，逐一选取线路集L中的线路，判断是否超出其稳定裕度，若超出稳定裕度，则放入预设的解列线路集合J。当对重点监视线路集L中的所有线路判断完成后，查看解列线路集J，若J为空集，则***稳定；若J不为空集，则***失稳，并且由J中支路构成解列断面。

6、对电力***稳定事态评估：基于状态一和状态二的电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态，以及阶段二的电网故障清除后受扰的暂态能量传递特性，得到状态二的电力***实际受扰后能量分布状态，由此对电网稳定态势做出评估；具体传递特性为：节点注入ESP按照线路电抗大小成反比分配到各条支路。

当对重点监视线路集L中的所有线路判断完成后，查看解列线路集J，若解列线路集J为空集，则判定电力***稳定；若解列线路集J不为空集，则电力***失稳，并且由解列线路集J中支路构成解列断面。

实施例二

基于同样的发明构思，本发明还提供一种电网扰动传播和能量传递特性及电网稳定态势评估***，其特征在于，所述***包括：

阶段一计算模块：用于在阶段一的受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数K_i；

状态一计算模块：用于在扰动结束时刻t_c状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态能量分配系数K_ECi；

状态二计算模块一：用于确定假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态；

阶段二计算模块：用于确定受扰后阶段的暂态能量分布特性；

状态二计算模块二：用于确定电力***实际受扰后的能量分布状态；

评估模块：用于对电力***稳定事态评估。

阶段一的受扰阶段指的是从受扰时刻t₀到扰动结束时刻t_c的阶段；

所述受扰阶段为暂态能量注入和积累过程；电网故障期间，不计机组调速器影响，分配到各发电机上的不平衡功率取决于发电机节点与故障节点之间的等值电抗和初始相角差；所述不平衡功率即各发电机感受到的不平衡功率；

所述阶段一计算模块，还用于：

1)采用从图论角度出发的等值阻抗近似计算方式：将电网等效为加权无向图，母线作为节点，线路作为边，线路电抗作为边的权值；节点1和节点2两节点间的近似等值阻抗即为两节点间最短距离Dist₁₂；

2)采用故障前发电机初始有功功率P_0i近似代替初始相角差；

基于上述1)和2)，构建同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标为K'_Sik＝P_0i/Dist_ik，经归一化处理后，定义发电机G_i不平衡功率分配系数为

其中：K'_Sik为同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标；P_0i为故障前发电机初始有功功率；Dist_ik为节点i和故障节点k两节点间的最短距离；K_i为发电机G_i不平衡功率分配系数。

所述状态一计算模块，还用于：

阶段一期间，由于故障持续时间很短，假设故障期间发电机G_i持续受到恒定的不平衡功率P_0i，根据发电机运动方程的增量方程进行积分；对发电机转子运动的增量方程等号两边积分，从t₀积到t_c，得到/>将其代入发电机动能表达式得到下面的式1)，得到阶段一结束后各发电机积累暂态动能，如下式所示：

建立扰动结束时刻t_c的暂态能量分配系数即阶段一结束后的电力***暂态能量在发电机上的分布将由扰动结束时刻t_c的暂态能量分配系数K_ECi分配；

其中：E_ki(t_c)为各发电机积累暂态动能；t_c为扰动结束时刻；t₀为受扰时刻；M_i表示发电机G_i的惯量常数，ΔP_L表示***总不平衡功率，i表示第i台发电机，一共有n台发电机。Δω表示发电机转子角速度偏差，t表示从t₀积到t_c之间的任一时刻。

状态二指的是扰动后电力***最终状态，包括①假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态；②电力***实际受扰后的能量分布状态；

所述状态二计算模块一，还用于：其中假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态包括：其中假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态包括：假设电网故障清除后电力***最终能够同步，不计电力***阻尼作用，相对故障前角速度偏差为Δω_∞，则电力***同步状态下各发电机暂态动能即暂态动能与发电机惯量常数成正比；构建无穷时刻t_∞的发电机暂态动能分分布系数K_ESi；根据式/>t_∞时刻发电机积累的暂态动能与M_i呈正比，由此构建无穷时刻t_∞的暂态动能分布系数/>

其中：E_ki(t_∞)为各发电机有暂态动能；Δω_∞为故障后相对故障前角速度偏差；M_i表示发电机G_i的惯量常数，t_∞表示故障后***同步后的无穷时刻。

阶段二的受扰后阶段(阶段二的受扰后阶段指的是从扰动结束时刻t_c到无穷时刻t_∞电网稳定(此处稳定是假设的稳定，电网也可能失稳)，注意，故障清除＝扰动结束，发生在t_c)指的是从扰动结束时刻t_c到无穷时刻t_∞电网故障清除后的暂态能量在电网中传递时段；电力***注入暂态能量守恒的情况下，电力***暂态能量在发电机上的分布将由按扰动结束时刻t_c的暂态动能分布系数K_ECi分配变化到按无穷时刻t_∞的暂态动能分布系数K_ESi分配；暂态能量由一部分发电机动能转化为网络暂态势能，并沿输电网传递，并最终到达另一部分发电机；所述阶段二计算模块，还用于确定受扰后阶段的暂态能量传递特性，包括：

令K_Δi＝K_ECi-K_ESi；按照K_Δi＞0和K_Δi＜0将发电机分为两组，分别形成源发电机集S＝{G₁,G₂,......G_s}和汇发电机集T＝{G₁,G₂,......G_t'}；暂态能量从源发电机向汇发电机传递，根据节点注入能量按照线路电抗大小成反比分配到各条支路的规律，得暂态能量流动过程中电网各支路上分布情况；暂态能量从源发电机G_i流向汇发电机G_j，且流经支路l的数值为P_l,ij，则定义P_l,ij为G_i和G_j之间暂态能量在支路l的分布系数；对于电网中任一条支路l，其承担的支路暂态能量为

其中：K_Δi表示扰动结束时刻t_c发电机的暂态能量分配系数与无穷时刻t_∞的发电机暂态动能分布系数的差值，K_ESi为无穷时刻t_∞的暂态动能分布系数；K_ECi为扰动结束时刻t_c发电机的暂态动能分布系数；P_l,ij为G_i和G_j之间暂态能量在支路l的分布系数；i表示源发电机节点，j表示汇发电机节点；s表示源发电机台数，t表示汇发电机台数。

所述状态二计算模块二：用于确定电力***实际受扰后的能量分布状态包括：

状态二的实际状态指的是电力***受扰后的实际输电网络暂态能量分布状态，此状态中，将线路按照支路暂态能量ESP_l降序排序，选取前m条线路形成重点监视线路集L＝{l₁,l₂,......l_m}，逐一选取重点监视线路集L中的线路，判断是否超出其稳定裕度，若超出稳定裕度，则放入预设的解列线路集J；若没有超出裕度的线路不执行操作，其中，m表示重点监视线路集中的线路条数。

所述评估模块，还用于：基于状态一和状态二的电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态，以及阶段二的电网故障清除后受扰的暂态能量分布特性，得到状态二的电力***实际受扰后能量分布状态，由此对电网稳定态势做出评估。

实施例三

利用中国电科院PSD-BPA暂态计算程序结合MATLAB编程计算，基于2013年夏大方式下东北电网计算数据对所提出的电网稳定性评估方法进行有效性验证。

经过等值处理后，东北电网500kV等值电网如图2所示，各等值发电机等值惯性常数及出力大小如表1所示。

表1东北电网各发电厂故障前初始有功出力

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2013年东北夏大方式下，对东北电网500kV线路发生三相短路故障进行计算分析，选择蒙东伊-黑冯屯双回线中的一回作为故障线路，故障发生在线路电气中点处，0s故障发生，0.2s故障线路断开，故障清除。

首先计算故障时刻***不平衡功率在各发电机上的分配系数，如图3所示。从柱状图3中可以看到，节点2、4和12上发电机的不平衡功率分配系数明显高于其他发电机，均超过0.1；节点1、3、13、15、25、41和44上发电机分配系数在0.03～0.05之间，略高于其余未提及发电机；其余未提及发电机的分配系数均小于等于0.01。结合图2可知，不平衡功率主要集中在故障点周围的蒙东与黑龙江交界地区的发电机上。

在不平衡功率分配系数的基础上，分别计算故障清除时刻(时刻)和假设故障后稳定情况下(时刻)暂态能量在发电机上分布系数和，进而得到发电机暂态动能分布差，如图4所示。

从图4可以看到，所有发电机分成两组，的源发电机和的汇发电机，暂态过程中暂态能量由源发电机向汇发电机流动，且绝对值越大的发电机需要释放的暂态能量越多；相应地，且绝对值越大的发电机吸收的暂态能量越多。节点1、2、4、12、13和15发电机具有正的值，为源发电机；其余发电机值均为负，且绝对值较小。在具有正值发电机中，节点2、4和12发电机(图2中用黑色实线圆圈出)绝对值明显大于其余发电机(图2中用灰色虚线圆圈出)，因此这些发电机是暂态能量流出的主要源头。

得到发电机分组之后，进一步计算线路所承受的暂态能量，即线路承担ESP。如图5实心柱状条所示为降序排序后线路承担ESP的前15位。

从图5可以看到，黑大庆-黑松北和黑冯屯-黑大庆承担的ESP最多，分别为0.6306和0.6099，在图2中用黑色实线标出；另外，蒙东伊-黑冯屯、黑松北-黑兴福、蒙东海北-蒙东巴彦、蒙东巴彦-蒙东伊和黑群林-黑兴福也承担了较多ESP，在图2中用灰色虚线标出。如图2所示，线路黑冯屯-黑大庆和黑大庆-黑松北是源发电机和汇发电机的主要分界断面。除了黑哈南外，其余源发电机均位于该主要分界断面的西侧(图2阴影地区)，而黑哈南发电机仅为0.015，其释放的暂态能量也较少。另一方面，该分界断面西侧地区聚集的源发电机，仅蒙东伊、蒙东海北和蒙东呼伦三处发电机的之和达到0.5304，而该地区汇发电机仅有蒙东巴彦，且其，因此该地区有大量暂态能量需要往外传递。而线路蒙东伊-黑冯屯，黑冯屯-黑大庆和黑大庆-黑松北连接而成的单通道是ESP流动的唯一通道，承担了所有从从蒙东地区向黑龙江地区传递暂态能量。因此，该通道是故障后全网承受暂态能量最多的地方。

另一方面，黑大庆-黑松北和黑冯屯-黑大庆虽然承担的ESP最多，但这两条线路都由参数相近的三回线路并联而成，因此，就单回线路承担的ESP大小而言，蒙东伊-黑冯屯单回线(另一回因故障切除)承担的ESP最多，如图5中条纹柱状条所示。因此，该回线路是全网受暂态能量冲击最严重的线路，也是故障引起振荡后***最可能失步的地方。

仿真结果表明，本发明提出的不依赖扰动轨迹的大电网扰动传播和暂态能量传递特性及电网稳定态势评估方法，通过对暂态能量在不同阶段的传递和分布特性的定量分析，及其与***暂态稳定性关系的基础上，能够根据故障前电气状态量和网络拓扑结构以及故障地点，不需要依赖***受扰轨迹，快速给出受扰后电网稳定性评估结果，为故障后采取有效的安全控制措施提供了有效依据。

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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、阶段一：在受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数K_i；

B、状态一：扰动结束时刻t_c状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态动能分布系数K_ECi；

C、状态二的假设状态：确定假设电力***受扰后稳定情况下的发电机暂态动能分布状态，即计算t_∞时刻发电机的暂态动能分布系数K_ESi；

D、阶段二：确定受扰后阶段的暂态能量传递特性；

E、状态二的实际状态：确定电力***实际受扰后的输电网络暂态能量分布情况，即计算从状态一的发电机暂态动能分布情况变化到状态二假设的发电机暂态动能分布情况，暂态能量在输电网络中流动和分布情况，即计算线路暂态能量ESP_l；

F、对电力***稳定事态评估；

所述步骤A中，阶段一的受扰阶段指的是从受扰时刻t₀到扰动结束时刻t_c的阶段；

所述受扰阶段为暂态能量注入和积累过程；电网故障期间，不计机组调速器影响，分配到各发电机上的不平衡功率取决于发电机节点与故障节点之间的等值电抗和初始相角差；所述不平衡功率即各发电机感受到的不平衡功率；

1)采用从图论角度出发的等值阻抗近似计算方式：将电网等效为加权无向图，母线作为节点，线路作为边，线路电抗作为边的权值；节点1和节点2两节点间的近似等值阻抗即为两节点间最短距离Dist₁₂；

2)采用故障前发电机初始有功功率P_0i近似代替初始相角差；

基于上述1)和2)，构建同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标为K'_Sik＝P_0i/Dist_ik，经归一化处理后，定义发电机G_i不平衡功率分配系数为

其中：K'_Sik为同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标；P_0i为故障前发电机初始有功功率；Dist_ik为节点i和故障节点k两节点间的最短距离；K_i为发电机G_i不平衡功率分配系数；

所述步骤B中，阶段一期间，假设故障期间发电机G_i持续受到恒定的不平衡功率P_0i，根据发电机运动方程的增量方程进行积分；对发电机转子运动的增量方程等号两边积分，从t₀积到t_c，得到/>将其代入发电机动能表达式/>得到下面的式1)，得到阶段一结束后各发电机积累暂态动能，如下式所示：

建立扰动结束时刻t_c的暂态能量分配系数即阶段一结束后的电力***暂态能量在发电机上的分布将由扰动结束时刻t_c的暂态能量分配系数K_ECi分配；

其中：E_ki(t_c)为各发电机积累暂态动能；t_c为扰动结束时刻；t₀为受扰时刻；M_i表示发电机G_i的惯量常数，ΔP_L表示***总不平衡功率，i表示第i台发电机，一共有n台发电机；Δω表示发电机转子角速度偏差，t表示从t₀积到t_c之间的任一时刻；

所述步骤C中，状态二指的是扰动后电力***最终状态，包括①假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态；②电力***实际受扰后的能量分布状态；

其中假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态包括：假设电网故障清除后电力***最终能够同步，不计电力***阻尼作用，相对故障前角速度偏差为Δω_∞，则电力***同步状态下各发电机暂态动能即暂态动能与发电机惯量常数成正比；由此构建无穷时刻t_∞的发电机暂态动能分布系数/>

其中：E_ki(t_∞)为各发电机有暂态动能；Δω_∞为故障后相对故障前角速度偏差；M_i表示发电机G_i的惯量常数，t_∞表示故障后***同步后的无穷时刻。

2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述步骤D中，阶段二的受扰后阶段指的是从扰动结束时刻t_c到无穷时刻t_∞电网故障清除后的暂态能量在电网中传递时段；电力***注入暂态能量守恒的情况下，电力***暂态能量在发电机上的分布将由按扰动结束时刻t_c的暂态动能分布系数K_ECi分配变化到按无穷时刻t_∞的暂态动能分布系数K_ESi分配；暂态能量由一部分发电机动能转化为网络暂态势能，并沿输电网传递，并最终到达另一部分发电机；

令K_Δi＝K_ECi-K_ESi；按照K_Δi＞0和K_Δi＜0将发电机分为两组，分别形成源发电机集S＝{G₁,G₂,......G_s}和汇发电机集T＝{G₁,G₂,......G_t'}；暂态能量从源发电机向汇发电机传递，根据节点注入能量按照线路电抗大小成反比分配到各条支路的规律，得暂态能量流动过程中电网各支路上分布情况；暂态能量从源发电机G_i流向汇发电机G_j，且流经支路l的数值为P_l,ij，则定义P_l,ij为G_i和G_j之间暂态能量在支路l的分布系数；对于电网中任一条支路l，其承担的支路暂态能量为

其中：K_Δi表示扰动结束时刻t_c发电机i的暂态能量分配系数与无穷时刻t_∞的发电机暂态动能分布系数的差值，K_ESi为无穷时刻t_∞的暂态动能分布系数；K_ECi为扰动结束时刻t_c发电机的暂态动能分布系数；P_l,ij为G_i和G_j之间暂态能量在支路l的分布系数；i表示源发电机节点，j表示汇发电机节点；s表示源发电机台数，t表示汇发电机台数。

3.如权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述步骤E中，状态二的实际状态指的是电力***受扰后的实际输电网络暂态能量分布状态，此状态中，将线路按照支路暂态能量ESP_l降序排序，选取前m条线路形成重点监视线路集L＝{l₁,l₂,......l_m}，逐一选取重点监视线路集L中的线路，判断是否超出其稳定裕度，若超出稳定裕度，则放入预设的解列线路集J；若没有超出裕度的线路不执行操作，其中，m表示重点监视线路集中的线路条数。

4.如权利要求3所述的评估方法，其特征在于，所述步骤F中，基于状态一和状态二的假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态，以及阶段二的电网故障清除后受扰的暂态能量传递特性，得到状态二的电力***实际受扰后能量分布状态，由此对电网稳定态势做出评估；

当对重点监视线路集L中的所有线路判断完成后，查看解列线路集J，若解列线路集J为空集，则判定电力***稳定；若解列线路集J不为空集，则电力***失稳，并且由解列线路集J中支路构成解列断面。

5.一种不依赖***扰动轨迹的电网稳定态势评估***，其特征在于，所述***包括：

阶段一计算模块：用于在受扰阶段，即电网故障期间，计算发电机不平衡功率分配系数K_i；

状态一计算模块：用于在扰动结束时刻t_c状态，即电网故障清除时刻，计算发电机的暂态动能分布系数K_ECi；

状态二计算模块一：用于确定假设电力***受扰后稳定情况下的发电机暂态动能分布状态，即计算t_∞时刻发电机的暂态动能分布系数K_ESi；

阶段二计算模块：用于确定受扰后阶段的暂态能量传递特性；

状态二计算模块二：用于确定电力***实际受扰后的输电网络暂态能量分布状态，即计算从状态一的发电机暂态动能分布情况变化到状态二假设的发电机暂态动能分布情况，暂态能量在输电网络中流动分布情况，即计算线路暂态能量ESP_l；

评估模块：用于对电力***稳定事态评估；

所述阶段一计算模块中，阶段一的受扰阶段指的是从受扰时刻t₀到扰动结束时刻t_c的阶段；

所述受扰阶段为暂态能量注入和积累过程；电网故障期间，不计机组调速器影响，分配到各发电机上的不平衡功率取决于发电机节点与故障节点之间的等值电抗和初始相角差；所述不平衡功率即各发电机感受到的不平衡功率；

1)采用从图论角度出发的等值阻抗近似计算方式：将电网等效为加权无向图，母线作为节点，线路作为边，线路电抗作为边的权值；节点1和节点2两节点间的近似等值阻抗即为两节点间最短距离Dist₁₂；

2)采用故障前发电机初始有功功率P_0i近似代替初始相角差；

基于上述1)和2)，构建同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标为K'_Sik＝P_0i/Dist_ik，经归一化处理后，定义发电机G_i不平衡功率分配系数为

其中：K'_Sik为同时考虑发电机两节点间最短距离和初始相角差的不平衡功率分配指标；P_0i为故障前发电机初始有功功率；Dist_ik为节点i和故障节点k两节点间的最短距离；K_i为发电机G_i不平衡功率分配系数；

所述状态一计算模块中，阶段一期间，假设故障期间发电机G_i持续受到恒定的不平衡功率P_0i，根据发电机运动方程的增量方程进行积分；对发电机转子运动的增量方程等号两边积分，从t₀积到t_c，得到/>将其代入发电机动能表达式得到下面的式1)，得到阶段一结束后各发电机积累暂态动能，如下式所示：

建立扰动结束时刻t_c的暂态能量分配系数即阶段一结束后的电力***暂态能量在发电机上的分布将由扰动结束时刻t_c的暂态能量分配系数K_ECi分配；

其中：E_ki(t_c)为各发电机积累暂态动能；t_c为扰动结束时刻；t₀为受扰时刻；M_i表示发电机G_i的惯量常数，ΔP_L表示***总不平衡功率，i表示第i台发电机，一共有n台发电机；Δω表示发电机转子角速度偏差，t表示从t₀积到t_c之间的任一时刻；

所述状态二计算模块一中，状态二指的是扰动后电力***最终状态，包括①假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态；②电力***实际受扰后的能量分布状态；

其中假设电力***受扰后稳定情况下的能量分布状态包括：假设电网故障清除后电力***最终能够同步，不计电力***阻尼作用，相对故障前角速度偏差为Δω_∞，则电力***同步状态下各发电机暂态动能即暂态动能与发电机惯量常数成正比；由此构建无穷时刻t_∞的发电机暂态动能分布系数/>

其中：E_ki(t_∞)为各发电机有暂态动能；Δω_∞为故障后相对故障前角速度偏差；M_i表示发电机G_i的惯量常数，t_∞表示故障后***同步后的无穷时刻。

6.如权利要求5所述的评估***，其特征在于，阶段二的受扰后阶段指的是从扰动结束时刻t_c到无穷时刻t_∞电网故障清除后的阶段。