CN113437767A - 一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和***。所述方法和***以广域量测的网络支路响应为信息源识别关键支路，在确定其垂足电压位置系数取值范围的基础上，依据支路垂足电压大小、支路功率随相位变化的趋势，以及相频响应轨迹凸特征构建预判判据，实施暂态功角稳定紧急控制。所述方法和***充分利用广域测量技术和高速通信技术，构建基于响应的电力***广域安全稳定控制***，实现“实时决策，实时控制”，能够精准预判暂态稳定与否，所述方法和***不依赖于离线或在线仿真计算、无需预想运行方式和故障集合，不局限于就地信息，可有效避免安全稳定控制措施失效的风险，确保电力***安全稳定运行和防止大面积停电。

Description

一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和***

技术领域

本发明涉及电力控制领域,并且更具体地，涉及一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和***。

背景技术

逐年增长的风光新能源场站并网容量，持续改变着电源组成比例；日益增多的特高压直流和柔性直流输电工程，持续推动着电网形态演变；快速发展的电动汽车及变频空调等新型用电设备，持续调整着传统负荷构成。以上因素使交直流混联电网受扰特性发生了深刻变化，电力***稳定分析与控制面临新的要求与挑战。传统交流电网，***扰动激发的暂态能量冲击范围较小，现有防控体系可有效应对；特高压交直流混联电网，***扰动甚至正常设备操作，均可能引发大容量多回直流换相失败或闭锁，导致交直流***连锁反应，产生巨大暂态能量冲击，波及范围扩大到跨区电网，电网运行安全风险增大。

暂态功角稳定，是稳定分析与控制领域备受关注的重点方向之一。多年来一直采用的“离线分析、在线匹配”控制模式，以及计算机技术进步推动形成的“在线决策、在线匹配”控制模式，均受仿真能力、仿真精度和仿真效率制约，面对日趋复杂的混联电网，所制定策略的失效风险不断增长，难以满足大电网安全稳定运行的要求。

近年来，基于响应信息的稳定分析与控制新模式逐渐成为业界研究热点，从信息来源的角度，相关方法可划分为基于机组信息和基于网络信息2类。由于暂态功角稳定对应机组保持同步运行的能力，以机组功率、功角、角速度等响应为信息源进行稳定判别具有直观直接的特点，因此相关研究多聚焦于此，主要方法包括扩展等面积定则EEAC、暂态能量函数TEF等能量分析法，以及基于相轨迹凹凸性、轨迹灵敏度、机群动能—功率曲线变化趋势等轨迹特征分析法。基于机组信息的方法，通常存在机械功率难以测量的现实约束、同调机群难以快速准确划分的技术瓶颈，以及低电压等级机组量测缺失等问题，因此尚未在失稳预判和紧急控制中推广应用。基于网络受扰信息的暂态稳定判别与控制方法目前难以应用于实际电网。例如，支路暂态势能法中的积分计算需要故障后支路稳态潮流，因此方法只适用于预想故障既定的离线分析，对于连锁故障路径不易预测的复杂扰动情景，该方法则难以用于稳定判别与紧急控制；基于母线电压单一电气量跌落特征的方法，难以有效辨别功角稳定与电压稳定两种稳定形态；新近提出的基于交流支路有功峰值特征判别稳定性的方法，则存在过于保守等问题。因此，需要一种技术，通过对电网的响应特征进行及时的分析，从而实现对电网运行状态的精准预判。

发明内容

针对现有技术中电网控制采用“离线分析、在线匹配”控制模式和“在线决策、在线匹配”控制方式，以及基于响应信息进行分析和控制的方式存在的不足，本发明提供一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法，所述方法包括：

根据设置的采样时间间隔△t采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数，其中，所述运行参数包括支路首末两端节点的电压幅值和电压相位、支路首末两端节点的频率及支路的有功功率；

根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k；

根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U_kv和垂足电压位置系数ξ_kv；

当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ_kv满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U_kv与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹；

当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，所述交直流混联电网根据可控资源类型和可控资源的控制量执行紧急控制措施。

进一步地，根据设置的采样时间间隔△t采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数之前还包括设置采样时间间隔△t，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d_t和曲线拟合多项式的最高阶数R。

进一步地，所述根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U_kv和垂足电压位置系数ξ_kv，其计算公式为：

U_kv＝U_kn*sinγ

式中，U_km和U_kn为所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值，Δθ_k为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差，γ为所述关键支路k的首末两端节点的电压相量夹角。

进一步地，所述当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ_kv满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U_kv与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹，其中：

第一失稳判据的表达式为：

1＜ξ_kv＜2

第二失稳判据的表达式为：

U_kv＜U_vth且

式中，U_vth为预先设置的关键支路垂足电压门槛值，P_k为所述关键支路k的有功功率，Δθ_k为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差；

根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹包括：

按照预先设置的曲线拟合时间窗值d_t确定曲线拟合时间窗[t-d_t，t]；

根据所述关键支路k的首末两端节点在所述曲线拟合时间窗[t-d_t，t]的电压相位和频率计算所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差，其计算公式为：

Δθ_k＝θ_km-θ_kn,Δf_k＝f_km-f_kn

式中，θ_km和θ_kn分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位，f_km和f_kn分别为所述关键支路k的首末两端节点的频率，Δθ_k和Δf_k分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差；

根据所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差滚动利用多项式进行曲线拟合，其中，所述多项式的表达式为：

式中，R为预先设置的曲线拟合的多项式最高阶数，R≥2，C_r为各阶常系数；

计算

的二阶导数，其计算公式为：

根据拟合的曲线Δf_k和二阶导数

计算相频轨迹G，其计算公式为：

进一步地，当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，其中，所述第三失稳判据的表达式为：

G>0。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的***，所述***包括：

数据采集单元，用于根据设置的采样时间间隔△t采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数，其中，所述运行参数包括支路首末两端节点的电压幅值和电压相位、支路首末两端节点的频率及支路的有功功率；

第一处理单元，用于根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k；

第二处理单元，用于根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U_kv和垂足电压位置系数ξ_kv；

第三处理单元，用于当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ_kv满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U_kv与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹；

紧急控制单元，用于当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，所述交直流混联电网根据可控资源类型和可控资源的控制量执行紧急控制措施。

进一步地，所述***还包括参数设置单元，用于设置采样时间间隔△t，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d_t和曲线拟合多项式的最高阶数R。

进一步地，所述第一处理单元包括：

进一步地，所述第二处理单元根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U_kv和垂足电压位置系数ξ_kv，其计算公式为：

U_kv＝U_kn*sinγ

式中，U_km和U_kn为所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值，Δθ_k为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差，γ为所述关键支路k的首末两端节点的电压相量夹角。

进一步地，所述第三处理单元包括：

第一判据单元，用于判断所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ_kv是否满足设置的第一失稳判据，其中，第一失稳判据的表达式为：

1＜ξ_kv＜2；

第二判据单元，用于判断所述关键支路k的垂足电压U_kv与有功功率是否满足设置的第二失稳判据，其中，第二失稳判据的表达式为：

U_kv＜U_vth且

式中，U_vth为预先设置的关键支路垂足电压门槛值，P_k为所述关键支路k的有功功率，Δθ_k为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差；

相频轨迹单元，用于根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹，其包括：

按照预先设置的曲线拟合时间窗值d_t确定曲线拟合时间窗[t-d_t，t]；

根据所述关键支路k的首末两端节点在所述曲线拟合时间窗[t-d_t，t]的电压相位和频率计算所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差，其计算公式为：

Δθ_k＝θ_km-θ_kn,Δf_k＝f_km-f_kn

式中，θ_km和θ_kn分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位，f_km和f_kn分别为所述关键支路k的首末两端节点的频率，Δθ_k和Δf_k分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差；

根据所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差滚动利用多项式进行曲线拟合，其中，所述多项式的表达式为：

式中，R为预先设置的曲线拟合的多项式最高阶数，R≥2，C_r为各阶常系数；

计算

的二阶导数，其计算公式为：

根据拟合的曲线Δf_k和二阶导数

计算相频轨迹G，其计算公式为：

进一步地，所述紧急控制单元用于当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，其中，所述第三失稳判据的表达式为：

G>0。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时，实现本发明任意一个所述交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法中的步骤。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括本发明所述的计算机可读存储介质；以及一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。

本发明技术方案提供的交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和***以广域量测的网络支路响应为信息源识别关键支路，在确定其垂足电压位置系数取值范围的基础上，依据反映受扰严重程度的支路垂足电压大小、支路功率随相位变化的趋势，以及相频响应轨迹凸特征构建预判判据，实施暂态功角稳定紧急控制。所述方法和***充分利用广域测量技术和高速通信技术，构建基于响应的电力***广域安全稳定控制***，实现“实时决策，实时控制”，能够精准预判暂态稳定与否，所述方法和***不依赖于离线或在线仿真计算、无需预想运行方式和故障集合，不局限于就地信息，可有效避免安全稳定控制措施失效的风险，确保电力***安全稳定运行和防止大面积停电。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网局部结构图；

图3为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时发电机功角变化示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时部分支路sBTTC指数变化示意图；

图5为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时关键支路的垂足电压位置系数变化示意图；

图6为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时关键支路的垂足电压变化示意图；

图7为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时关键支路的有功功率-相角差变化示意图；

图8为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时关键支路的相频轨迹示意图；

图9为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网失稳预判与紧急控制的***的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法100从步骤101开始。

在步骤101，设置采样时间间隔△t，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d_t和曲线拟合多项式的最高阶数R。

本优选实施方式以南方电网某年，贵州经交流和直流向广东送电的局部电网为例。图2为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网局部结构图。如图2所示，贵州与广西电网经三个500kV交流支路(黎平—桂林、河池—柳州东以及金州—天生桥)互联，广西与广东电网经四个500kV交流支路(桂林—贤令山、贺州—罗洞、梧州—罗洞以及茂名—五邑)互联。高肇、兴安两回±500kV/3000MW超高压直流额定功率运行，与交流支路形成交直流混联格局。

根据图2中交直流混联电网的实际情况，设置采样时间间隔△t，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d_t和曲线拟合多项式的最高阶数R的值分别为0.01s、0.55pu、0.2s和2。

在步骤102，根据设置的采样时间间隔△t采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数，其中，所述运行参数包括支路首末两端节点的电压幅值和电压相位、支路首末两端节点的频率及支路的有功功率。本优选实施方式中，利用广域量测***采集电网中全部去路及节点的运行参数。

在步骤103，根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k。

现有技术中，所述根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路的公式为：

k＝argmin{sBTTC_i}

i∈{1,2,3,…N}

式中，U_im，U_in和Δθ_i分别为支路i两端节点的电压幅值和电压相位差；N为交直流混联电网支路总数。

图2所示交直流混联电网中，贵州经黎平—桂林、独山—河池支路外送4600MW条件下，模拟发生兴安直流双极闭锁以及金州—天生桥支路开断的严重故障，贵州电网将相对于广西和广东电网失去暂态功角稳定。

图3为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时发电机功角变化示意图。如图3所示，机群A与机群B、C呈两群摇摆模式且各群内部同调性较好。故障后网络中的黎平—桂林、河池—柳东、沙塘—龙滩和苹果—龙滩支路共同形成割集AB。根据采集的电网运行参数计算所有交流的sBTTC指数。

图4为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时部分支路sBTTC指数变化示意图。如图4所示，所述电网的支路中，黎平—桂林支路的sBTTC指数最小，为所述交直流混联电网发生故障时的关键支路。

在步骤104，根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U_kv和垂足电压位置系数ξ_kv。

优选地，所述根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U_kv和垂足电压位置系数ξ_kv，其计算公式为：

U_kv＝U_kn*sinγ

式中，U_km和U_kn为所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值，Δθ_k为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差，γ为所述关键支路k的首末两端节点的电压相量夹角。

图5为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时关键支路的垂足电压位置系数变化示意图。结合图3，图4和图5可知，在电网发生故障后的△T时间段内，黎平-桂林支路的垂足电压位置系数大于1小于2，紧接着的一段时间其垂足电压位置系数小于1。

在步骤105，当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ_kv满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U_kv与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹。

优选地，所述当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ_kv满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U_kv与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹，其中：

第一失稳判据的表达式为：

1＜ξ_kv＜2

第二失稳判据的表达式为：

U_kv＜U_vth且

式中，U_vth为预先设置的关键支路垂足电压门槛值，P_k为所述关键支路k的有功功率，Δθ_k为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差；

根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹包括：

按照预先设置的曲线拟合时间窗值d_t确定曲线拟合时间窗[t-d_t，t]；

根据所述关键支路k的首末两端节点在所述曲线拟合时间窗[t-d_t，t]的电压相位和频率计算所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差，其计算公式为：

Δθ_k＝θ_km-θ_kn,Δf_k＝f_km-f_kn

式中，θ_km和θ_kn分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位，f_km和f_kn分别为所述关键支路k的首末两端节点的频率，Δθ_k和Δf_k分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差；

根据所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差滚动利用多项式进行曲线拟合，其中，所述多项式的表达式为：

式中，R为预先设置的曲线拟合的多项式最高阶数，R≥2，C_r为各阶常系数；

计算

的二阶导数，其计算公式为：

根据拟合的曲线Δf_k和二阶导数

计算相频轨迹G，其计算公式为：

从图5可知，在故障后△T时段内黎平—桂林支路的垂足电压位置系数位于1.0至2.0区间，满足第一失稳判据，可进行第二失稳判据的判断。需要注意的是，当所述关键支路的垂足电压位置系数不满足第一失稳判据时，需要利用广域量测***重新采集电网的运行参数进行计算后确定关键支路。

图6为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时关键支路的垂足电压变化示意图。如图6所示，电网故障发生后2.65秒对应的o时刻黎平—桂林支路的垂足电压U_v<0.55pu。图7为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时关键支路的有功功率-相角差变化示意图。如图7所示，如图6所示，电网故障发生后2.65秒对应的o时刻黎平—桂林支路的功率变化率dP/dΔθ<0。结合图5，图6和图7可知，电网故障发生后2.65秒对应的o时刻黎平—桂林支路的功率变化率和垂足电压满足第二失稳判据，可进行第三失稳判据的判断。需要注意的是，当所述关键支路的垂足电压和功率变化不满足第二失稳判据时，需要利用广域量测***重新采集电网的运行参数进行计算后确定关键支路。

在步骤106，当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，所述交直流混联电网根据可控资源类型和可控资源的控制量执行紧急控制措施。

优选地，当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，其中，所述第三失稳判据的表达式为：

G>0。

在设定的曲线拟合时间窗[t-0.2，t]采用多项式进行滚动拟合，所述多项式的最高阶数R取2，则第三失稳判据的表达式简化为Δf*C₂>0，其中C₂为二次项系数。图8为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网发生故障时关键支路的相频轨迹示意图。如图8所示，2.52秒系数C₂已由负变正，而Δf也大于0，因此电网故障发生后2.65秒对应的o时刻Δf*C₂>0，支路相频轨迹由凹转变为凸，满足第三失稳判据。由此可知，2.65秒时刻可预判电网面临功角失稳风险，需采取紧急控制措施以提升***稳定性。计及0.2秒通讯与控制等环节延时，对应2.85秒的实施紧急功率控制，利用高肇直流1.3倍3秒过负荷能力和1.1倍持续过负荷能力提升直流功率，同时切除一台构皮滩机组以降低割集AB外送功率。通过所述方法进行紧急控制后，电网恢复暂态功解稳定。

图9为根据本发明优选实施方式的交直流混联电网失稳预判与紧急控制的***的结构示意图。如图9所示，本优选实施方式所述的交直流混联电网失稳预判与紧急控制的***900包括：

参数设置单元901，用于设置采样时间间隔△t，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d_t和曲线拟合多项式的最高阶数R。

数据采集单元902，用于根据设置的采样时间间隔△t采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数，其中，所述运行参数包括支路首末两端节点的电压幅值和电压相位、支路首末两端节点的频率及支路的有功功率。

第一处理单元903，用于根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k；

第二处理单元904，用于根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U_kv和垂足电压位置系数ξ_kv。

第三处理单元905，用于当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ_kv满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U_kv与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹。

紧急控制单元906，用于当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，所述交直流混联电网根据可控资源类型和可控资源的控制量执行紧急控制措施。

现有技术中，所述第一处理单元903根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k，其表达式为：

式中，U_im，U_in和Δθ_i分别为支路i两端节点的电压幅值和电压相位差；N为交直流混联电网支路总数。

优选地，所述第二处理单元904根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U_kv和垂足电压位置系数ξ_kv，其计算公式为：

U_kv＝U_kn*sinγ

式中，U_km和U_kn为所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值，Δθ_k为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差，γ为所述关键支路k的首末两端节点的电压相量夹角。

优选地，所述第三处理单元905包括：

第一判据单元951，用于判断所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ_kv是否满足设置的第一失稳判据，其中，第一失稳判据的表达式为：

1＜ξ_kv＜2；

第二判据单元952，用于判断所述关键支路k的垂足电压U_kv与有功功率是否满足设置的第二失稳判据，其中，第二失稳判据的表达式为：

U_kv＜U_vth且

式中，U_vth为预先设置的关键支路垂足电压门槛值，P_k为所述关键支路k的有功功率，Δθ_k为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差；

相频轨迹单元953，用于根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹，其包括：

按照预先设置的曲线拟合时间窗值d_t确定曲线拟合时间窗[t-d_t，t]；

根据所述关键支路k的首末两端节点在所述曲线拟合时间窗[t-d_t，t]的电压相位和频率计算所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差，其计算公式为：

Δθ_k＝θ_km-θ_kn,Δf_k＝f_km-f_kn

式中，θ_km和θ_kn分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位，f_km和f_kn分别为所述关键支路k的首末两端节点的频率，Δθ_k和Δf_k分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差；

根据所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差滚动利用多项式进行曲线拟合，其中，所述多项式的表达式为：

式中，R为预先设置的曲线拟合的多项式最高阶数，R≥2，C_r为各阶常系数；

计算

的二阶导数，其计算公式为：

根据拟合的曲线Δf_k和二阶导数

计算相频轨迹G，其计算公式为：

优选地，所述紧急控制单元906用于当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，其中，所述第三失稳判据的表达式为：

G>0。

优选地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时，实现本发明任意一个所述交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法中的步骤。

优选地，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括本发明所述的计算机可读存储介质；以及一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。

本发明技术方案提供的交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和***以广域量测的网络支路响应为信息源识别关键支路，在确定其垂足电压位置系数取值范围的基础上，依据反映受扰严重程度的支路垂足电压大小、支路功率随相位变化的趋势，以及相频响应轨迹凸特征构建预判判据，实施暂态功角稳定紧急控制。所述方法和***充分利用广域测量技术和高速通信技术，构建基于响应的电力***广域安全稳定控制***，实现“实时决策，实时控制”，能够精准预判暂态稳定与否，所述方法和***不依赖于离线或在线仿真计算、无需预想运行方式和故障集合，不局限于就地信息，可有效避免安全稳定控制措施失效的风险，确保电力***安全稳定运行和防止大面积停电。

本发明所述交直流混联电网失稳预判与紧急控制的***采集交直流混联电网运行参数，并根据所述运行参数采用综合判据判断电网失稳风险，并采取紧急控制措施的步骤与交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法采取的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据设置的采样时间间隔Δt采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数，其中，所述运行参数包括支路首末两端节点的电压幅值和电压相位、支路首末两端节点的频率及支路的有功功率；

根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k；

根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U _kv 和垂足电压位置系数ξ _kv ；

当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ _kv 满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U _kv 与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹；

当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，所述交直流混联电网根据可控资源类型和可控资源的控制量执行紧急控制措施。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据设置的采样时间间隔Δt采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数之前还包括设置采样时间间隔Δt，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d _t 和曲线拟合多项式的最高阶数R。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U _kv 和垂足电压位置系数ξ _kv ，其计算公式为：

式中，U _km 和U _kn 为所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值，Δθ _k 为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差，γ为所述关键支路k的首末两端节点的电压相量夹角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ _kv 满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U _kv 与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹，其中：

第一失稳判据的表达式为：

1＜ξ _kv ＜2

第二失稳判据的表达式为：

U _kv ＜U _vth

dP _k ／dΔθ _k ＜0

式中，U _vth 为预先设置的关键支路垂足电压门槛值，P _k 为所述关键支路k的有功功率，Δθ _k 为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差；

根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹包括：

按照预先设置的曲线拟合时间窗值d _t 确定曲线拟合时间窗[t-d _t ，t]；

根据所述关键支路k的首末两端节点在所述曲线拟合时间窗[t-d _t ，t]的电压相位和频率计算所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差，其计算公式为：

Δθ _k =θ _km -θ _kn

Δf _k =f _km -f _kn

式中，θ _km 和θ _kn 分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位，f _km 和f _kn 分别为所述关键支路k的首末两端节点的频率，Δθ _k 和Δf _k 分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差；

根据所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差滚动利用多项式进行曲线拟合，其中，所述多项式的表达式为：

式中，R为预先设置的曲线拟合的多项式最高阶数，R≥2，C _r 为各阶常系数；

计算φ(Δθ _k )的二阶导数，其计算公式为：

根据拟合的曲线Δf _k 和二阶导数φ’’(Δθ _k )计算相频轨迹G，其计算公式为：

G=Δf _k* φ’’(Δθ _k )。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，其中，所述第三失稳判据的表达式为：

G>0。

6.一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的***，其特征在于，所述***包括：

数据采集单元，用于根据设置的采样时间间隔Δt采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数，其中，所述运行参数包括支路首末两端节点的电压幅值和电压相位、支路首末两端节点的频率及支路的有功功率；

第一处理单元，用于根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k；

第二处理单元，用于根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U _kv 和垂足电压位置系数ξ _kv ；

第三处理单元，用于当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ _kv 满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U _kv 与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹；

紧急控制单元，用于当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，所述交直流混联电网根据可控资源类型和可控资源的控制量执行紧急控制措施。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述***还包括参数设置单元，用于设置采样时间间隔Δt，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d _t 和曲线拟合多项式的最高阶数R。

8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述第二处理单元根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U _kv 和垂足电压位置系数ξ _kv ，其计算公式为：

式中，U _km 和U _kn 为所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值，Δθ _k 为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差，γ为所述关键支路k的首末两端节点的电压相量夹角。

9.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述第三处理单元包括：

第一判据单元，用于判断所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ _kv 是否满足设置的第一失稳判据，其中，第一失稳判据的表达式为：

1＜ξ _kv ＜2

第二判据单元，用于判断所述关键支路k的垂足电压U _kv 与有功功率是否满足设置的第二失稳判据，其中，第二失稳判据的表达式为：

U _kv ＜U _vth

dP _k ／dΔθ _k ＜0

式中，U _vth 为预先设置的关键支路垂足电压门槛值，P _k 为所述关键支路k的有功功率，Δθ _k 为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差；

相频轨迹单元，用于根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹，其包括：

按照预先设置的曲线拟合时间窗值d _t 确定曲线拟合时间窗[t-d _t ，t]；

根据所述关键支路k的首末两端节点在所述曲线拟合时间窗[t-d _t ，t]的电压相位和频率计算所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差，其计算公式为：

Δθ _k =θ _km -θ _kn

Δf _k =f _km -f _kn

式中，θ _km 和θ _kn 分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位，f _km 和f _kn 分别为所述关键支路k的首末两端节点的频率，Δθ _k 和Δf _k 分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差；

根据所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差滚动利用多项式进行曲线拟合，其中，所述多项式的表达式为：

式中，R为预先设置的曲线拟合的多项式最高阶数，R≥2，C _r 为各阶常系数；

计算φ(Δθ _k )的二阶导数，其计算公式为：

根据拟合的曲线Δf _k 和二阶导数φ’’(Δθ _k )计算相频轨迹G，其计算公式为：

G=Δf _k* φ’’(Δθ _k )。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述紧急控制单元用于当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，其中，所述第三失稳判据的表达式为：

G>0。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。

12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求11中所述的计算机可读存储介质；以及一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。

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