電力系統(tǒng)動態(tài)等值的在線測辨研究 - 幾個重要問題探討-

1、電力系統(tǒng)動態(tài)等值的在線測辨研究( 幾個重要問題探討鞠平3何南強33楊乃貴33王步華33吳峰3(3河海大學210098南京(33河南省電力調度通信局450052鄭州摘要對電力系統(tǒng)動態(tài)等值的幾個問題進行了探討,包括干擾種類、干擾地點、與理論集結法的比較、參數(shù)靈敏度及運行方式的影響等。這些問題對動態(tài)等值在線測辨方法無論在理論上還是在應用上都很重要,文中通過華中電網仿真算例加以驗證。關鍵詞電力系統(tǒng)動態(tài)等值辨識模型分類號TM 7141998212221收稿,1999201205改回。國家自然科學基金資助項目(59677014。0引言電力系統(tǒng)動態(tài)等值不但可以節(jié)省研究時間,而且可以突出主要特征。動態(tài)等值方法

2、主要有基于相關概念的同調法、基于特征值分析的模態(tài)法以及基于在線測量的辨識法1。文獻2,3中對動態(tài)等值在線測辨方法的模型結構、可辨識性和辨識方法進行了研究,本文進一步研究有關的幾個重要問題。1關于干擾種類電力系統(tǒng)中的干擾多種多樣,大體可以分為縱向(對地短路故障、橫向(斷線故障、投切發(fā)電機(或投切負荷及隨機小干擾1。隨機小干擾引起的波動很小,對動態(tài)等值辨識無益,應該濾除。文獻3的結果表明,線路(或變壓器故障引起的波動對動態(tài)等值辨識是合適的。通過電力科學研究院電力系統(tǒng)分析綜合程序的計算表明,投切發(fā)電機(或投切負荷時引起的聯(lián)絡母線電壓變化很小。比如,河南焦作發(fā)電廠跳1臺機(減出力200MW 時,動態(tài)響

3、應曲線如圖1中虛線所示。這時,聯(lián)絡線上對干擾的反應是功率突變而非電壓突變 。不考慮和考慮功率突變時,所得動態(tài)響應如圖1、圖2所示,考慮功率突變時的結果明顯好于不考慮功率突變時的結果。實際應用時,可以根據(jù)電壓是否突變來判斷干擾種類,再在辨識時加以考慮。若電壓突變,則為縱向或橫向故障。若僅功率突變而電壓不突變,則為投切干擾。2關于干擾地點干擾發(fā)生在河南網內還是河南網外,對動態(tài)等圖1動態(tài)響應曲線 (河南焦作電廠跳機,P =0F ig 11D ynam ic respon ses(un li nk at He nan J i aozuo plan t ,P =0圖2動態(tài)響應曲線(河南焦作電廠跳機,P

4、0F ig 12D ynam ic respon ses(un li nk at He nan J i aozuo plan t ,P 0值辨識是一個重要問題。當故障發(fā)生在河南網內時,規(guī)定功率由湖北流向河南時為正方向,將河南以外的華中網(簡稱華中剩余網作為被等值系統(tǒng),所得參數(shù)是華中剩余網的等值參數(shù)。當故障發(fā)生在華中剩余網時,顯然就不能對華中剩余網進行等值,因為華中剩余網在故障前后的拓撲結構不同。這時應將331999年7月電力系統(tǒng)自動化A utom ati on of E lectric Pow er System s第23卷第14期本頁已使用福昕閱讀器進行編輯。福昕軟件(C2005-2007,

5、版權所有,僅供試用。河南網作為被等值系統(tǒng),規(guī)定功率由河南流向湖北時為正方向,所得參數(shù)是河南網本身的等值參數(shù)。表1中給出6種故障下的辨識結果。其中,前4種故障在河南網,后2種故障在湖北網。限于篇幅,僅給出河南網和湖北網各一種故障時的動態(tài)響應圖,如圖3、圖4所示。為繪圖方便,圖中曲線的數(shù)值均除以其前穩(wěn)態(tài)值。表1華中電網動態(tài)等值參數(shù)辨識結果Table 1Esti m ation results of Huazhong equivalen t network試驗號故障類型 V m ax(%誤差指標p v q v P s0Q s0M s T d s X X D K vst 01河南太子莊單相接地-615

6、66151746湖北荊門兩相接地-6131021153031987418172126391627368124601174013290104552192301105注:表中參數(shù)以V B =500kV ,S B =100M VA 為基準值;誤差指標見文獻3,其余各量含義見文獻2;當故障在河南網內時,P 0=2113447,Q 0=0165607,V 0=1102026;當故障在湖北網內時,P 0=-2113447,Q 0=-0165607,V 0=1102026 。圖3動態(tài)響應曲線(河南計山單相接地F ig 13D ynam ic respon ses (15-G at He nan J isha

7、n 圖4動態(tài)響應曲線(湖北荊門單相接地F ig 14D ynam ic respon ses (15-G at Hube i J i ng m en 下面對結果進行分析:a 14種河南電網故障中,計山變距離等值邊界(姚孟500kV 聯(lián)絡母線很近,引起的聯(lián)絡母線電壓波動較大;安陽廠距離等值邊界較遠,引起的聯(lián)絡母線電壓波動較小;太子莊變和荊門變距離等值邊界介于前兩者之間,引起的聯(lián)絡母線電壓波動也介于前兩者之間。結果表明,當故障過于靠近等值邊界時,等值參數(shù)結果與其它地點的結果相差較大。這與同調等值方法是一致的。b 1st 01與st 03以及st 02與st 04是相同地點發(fā)生不同故障,st 05與

8、st 06是不同地點發(fā)生相同故障。由表1結果可見,相同地點發(fā)生不同故障時所得參數(shù)辨識結果相近,不同地點發(fā)生相同故障時所得參數(shù)辨識結果有差別。因為這里是用非常簡化的單機等值模型代替外部系統(tǒng)上百臺機組,畢竟是近似等值而非精確等值。所以不同的系統(tǒng)干擾下所得等值模型參數(shù)會略有不同,但總體一致,主要參數(shù)差別不大。c 1有的參數(shù)相差稍大,究其原因可能是該參數(shù)對動態(tài)過程的影響相對較小,后面將進一步分析參數(shù)的影響問題。d 1比較河南網故障和湖北網故障,對河南網動態(tài)等值效果更好。這可能是由于河南網的規(guī)模明顯小于華中剩余網的規(guī)模,對小電網進行動態(tài)等值更準確些是不難理解的。當故障發(fā)生在河南網外(如湖北網時,如果仍4

9、3本頁已使用福昕閱讀器進行編輯。福昕軟件(C2005-2007,版權所有,僅供試用。采用華中剩余網作為外部系統(tǒng)進行動態(tài)等值,實際計算表明所得辨識參數(shù)結果不合理,動態(tài)響應差。因此,希望在進行參數(shù)辨識前就能判斷干擾地點是在河南網內還是網外。一般來說,高壓網絡中電抗較大,而電阻很小(相對于電抗可以忽略。當某處發(fā)生對地短路性故障時,在故障初瞬(故障發(fā)生的0+時刻暫態(tài)電勢E不突變,相當于在故障節(jié)點施加一個與正常電壓反方向的電壓源或電流源。對于感抗性網絡,引起的無功功率變化量將流向該節(jié)點。因此,可以用無功功率在故障初瞬的突變方向作為判斷特征量:當河南網內發(fā)生短路故障時,無功功率變化量將從湖北側流向河南側;

10、反之亦反。觀察圖3、圖4,情況的確如此。對于投切性干擾,功率變化量取決于聯(lián)絡線兩側系統(tǒng)中發(fā)、用電平衡。任何一側的投切性干擾都可能引起聯(lián)絡線功率正向或反向變化,比如河南側跳發(fā)電機與湖北側跳負荷引起的聯(lián)絡線功率變化是同向的,因此難以根據(jù)聯(lián)絡線功率變化方向判斷干擾發(fā)生在哪一側。橫向斷線故障也難以判斷。根據(jù)實際干擾統(tǒng)計,一般系統(tǒng)中以短路故障占多數(shù)。對于短路故障,則可以根據(jù)聯(lián)絡線無功功率的突變方向判斷故障是在河南網內還是網外。如果事先不能正確判斷,可以分別試探,即先假定故障在河南網,從而獲得華中剩余網的動態(tài)等值參數(shù),再假定故障在華中剩余網,從而得到河南網本身的動態(tài)等值參數(shù)。然后根據(jù)所得參數(shù)的合理性來判斷

11、故障是否在河南網,并取舍相應的參數(shù)。3與理論集結法的比較根據(jù)理論集結法4,獲得的河南電網動態(tài)等值參數(shù)列于表2。其中,p v =210,q v =210是因為理論集結法中取恒定阻抗負荷模型,P s0,Q s0取與辨識值相同的值,以便進行動態(tài)響應的比較。按表2中參數(shù)計算湖北荊門變單相接地故障(st 02時動態(tài)響應結果見圖5。對比表2和表1中st 02的結果,兩者有差別,但總體一致。對比圖4和圖5,理論集結法動態(tài)響應尚可,但明顯比辨識法差。理論集結法的誤差指標為181097,是辨識法誤差指標51393的3倍多。表2理論等值法集結參數(shù)結果Table 2Esti m ation resultswith

12、theoretical aggregation approachp vq vP s0Q s0M s2102101185871611384129T d sXX DK v41902601028601017950016259圖5理論等值法動態(tài)響應曲線(湖北荊門單相接地F ig 15D ynam ic respon ses with aggregation approach(15-G at Hube i J i ng m en 4關于參數(shù)靈敏度針對河南太子莊變兩相接地(st 03,將表1中辨識參數(shù)值分別提高20%(某參數(shù)變化時,其余參數(shù)不變,然后計算該組參數(shù)下的動態(tài)響應及誤差函數(shù),并與優(yōu)化值34187

13、7進行比較,誤差及P ,Q 的變化情況在表3中給出。顯然,當參數(shù)偏離優(yōu)化值時,除D 的變化使誤差略微降低外,其余均使誤差增大。影響最大的3個參數(shù)依次是M ,X ,Q s0,其余參數(shù)的影響都較小。因此,在進行動態(tài)等值時,要著重注意這3個參數(shù)。表3動態(tài)等值參數(shù)靈敏度計算結果Table 3Param eter sen sitiv ity of dynam ic equivalen t參數(shù)名原數(shù)值改變值誤差誤差變化百分比(%有功情況無功4144181151101845131014341905010863變化很小變化很小53學術論文與應用研究鞠平等電力系統(tǒng)動態(tài)等值的在線測辨研究( 幾個重要問題探討 5關

14、于運行方式 運行方式的變化對發(fā)電機和線路本身的參數(shù)沒有影響,所以從理論上講運行方式主要影響動態(tài)等值模型中的負荷及發(fā)電機功率,而對其它等值參數(shù)的影響不大。即使功率流向發(fā)生逆轉,比如河南網向湖北網由北送變?yōu)槟纤?情況也應大體如此。文獻2提出的電力系統(tǒng)動態(tài)等值模型結構重新示意于圖6,其中規(guī)定聯(lián)絡線功率由外部系統(tǒng)流向內部系統(tǒng)時為正。當實際功率流向就是如此時,則聯(lián)絡線功率P (Q 為正值,說明等值發(fā)電機功率P i (Q i 大于等值負荷功率P s (Q s 。當實際功率由內部系統(tǒng)流向外部系統(tǒng)時,則聯(lián)絡線功率P (Q 為負值,說明等值負荷功率P s (Q s 大于等值發(fā)電機功率P i (Q i 。 圖6等

15、值系統(tǒng)示意圖F ig 16Equivalen t syste m表4中給出湖北荊門變發(fā)生兩相接地故障(st 04時,河南網北送和南送兩種相反流向的運行方式下所得到的動態(tài)等值參數(shù),相應的動態(tài)響應曲線見圖7和圖8。顯然,負荷參數(shù)不一樣,但發(fā)電機主要參數(shù)X ,X 很接近,M 基本相同。其它參數(shù)有差別的原因,一是它們的靈敏度小,二是運行方式相差很大。表4功率流向對動態(tài)等值參數(shù)辨識結果的影響Table 4Effects of power f low on esti m ation results of dynam ic equivalen t功率流向p v q v P s0Q s0M s61958330

16、168功率流向T d s X X DK v北送0117401329010*01105南送19010*6結語本文研究了電力系統(tǒng)動態(tài)等值的幾個重要問題:干擾地點是動態(tài)等值辨識的前提,本文給出了判斷方法;聯(lián)絡母線電壓波動大小對結果有一定影響。故障距離等值邊界太近或太遠,都不利于動態(tài)等值;電網規(guī)模的大小對動態(tài)等值結果有一定影響,電網規(guī)模較小時動態(tài)等值更準確些;辨識法與理論集結法獲得的動態(tài)等值參數(shù)有差別,但總體一致,前者的動態(tài)響應明顯比后者好;對等值模型動態(tài)過程影響圖7動態(tài)響應曲線(湖北荊門兩相接地,北送F ig 17D ynam ic respon ses (25-G at Hube i J i ng

17、 m en ,power f low fro m Hube i to He nan 圖8動態(tài)響應曲線(湖北荊門兩相接地,南送F ig 18D ynam ic respon ses (25-G at Hube i J i ng m en ,power f low fro m He nan to Hube i 最大的3個參數(shù)是M ,X ,Q s0,需要著重注意;運行方式主要影響等值模型中的負荷及發(fā)電機功率,對主要參數(shù)有一定影響,但不大。參考文獻版社,19882鞠平,韓敬東,倪臘琴,等.電力系統(tǒng)動態(tài)等值的在線測辨研究( 模型及其可辨識性.電力系統(tǒng)自動化,1999,23(43倪臘琴,鞠平,李訓銘.電力

18、系統(tǒng)動態(tài)等值的在線測辨研究( 辨識方法及仿真檢驗.電力系統(tǒng)自動化,1999,23(104日電力系統(tǒng)穩(wěn)定性專門委員會.電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題與對策.北京:水利電力出版社,1994.3036鞠平,男,1962年生,博士,教授,副校長,主要研究電力系統(tǒng)模擬與控制。何南強,男,1950年生,碩士,高級工程師,總工程師,主要從事電力系統(tǒng)運行分析與自動化的工作。(下轉第56頁 313系統(tǒng)互聯(lián)嘗試西北地區(qū)T EL ET TRA T I C 1000 04微波監(jiān)控系統(tǒng)與電力通信網綜合監(jiān)控系統(tǒng)實時級互聯(lián)實施過程中,經資料收集、系統(tǒng)仿真和現(xiàn)場試驗幾個階段,弄清了原微波監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈層幀格式的結構、信息編碼和各字段的含

19、義,理清了原微波監(jiān)控系統(tǒng)中,表征32個微波站運行工況的近2000個YX 和YC 量在信息幀中的位置和順序,導出了兩個YC 量的近似計算公式,并于1996年初于現(xiàn)場互聯(lián)成功?，F(xiàn)場抽樣試驗和長期運行情況表明,YX 和YC 量識別準確率高達100%,YC 量近似公式計算的相對誤差小于01419%,系統(tǒng)性能遠優(yōu)于國家電力公司調度通信局在電力通信網監(jiān)測系統(tǒng)技術規(guī)范中所規(guī)定的技術指標。4結論本文根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)的體系結構,分析了實時級互聯(lián)的基本原理和技術,并通過西北某地區(qū)將T EL ET TRA T I C 100004微波監(jiān)控系統(tǒng)成功接入電力通信網綜合監(jiān)控系統(tǒng)的嘗試,得出下述結論:a 1不同電力監(jiān)控系統(tǒng)

20、實現(xiàn)實時級互聯(lián),只需接入少量的互聯(lián)設備,它是擴大實時類信息資源共享范圍的最經濟有效的措施。b 1不同電力監(jiān)控系統(tǒng),在數(shù)據(jù)鏈層通過協(xié)議轉換便能實現(xiàn)系統(tǒng)實時級互聯(lián),互聯(lián)系統(tǒng)對于兩側的監(jiān)控系統(tǒng)是完全透明的。c 1受ISO 互聯(lián)參考模型O S I RM 的影響,加上電力監(jiān)控系統(tǒng)IEC 8705系列和DN P 310標準的頒布,監(jiān)控系統(tǒng)必將朝開放性方向發(fā)展,因此,電力監(jiān)控系統(tǒng)在實時級實現(xiàn)互聯(lián)是電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的必然趨勢。參考文獻出版社,1994滕福生,男,1929年生,教授,博士生導師,主要從事電力系統(tǒng)實時分析計算和電網調度自動化系統(tǒng)的研究工作。STUDY ON THE REAL -T I M E B

21、ASIS INTERCONNECT I ON OF EL ECTR I C POW ER SUPERV IS OR Y AND CONTR OL S Y STE M SJ ing D ong T eng F usheng Z hang X iao ;Sichuan U niversity 610065Chengdu Ch ina L i Chengy in L i S h i w ang X u X iang d ong ;D ispatch ing Center of Gansu E lectric Pow er Bureau 730050L anzhou Ch ina Abstract A

22、 cco rding to the arch itecture of electric pow er superviso ry and contro l system a new concep t of interconnecti on of electric pow er superviso ry and contro l system s on real 2ti m e and app licati on basis is p ropo sed .T he basic p rinci p le and technique of superviso ry and contro l syste

23、m interconnecti on on real 2ti m e basis are discussed .T he feasibility of the p ropo sed p rinci p le and technique is verified by a given samp le of interconnecti on of tw o different k inds of actual superviso ry and contro l system s .M eanw h ile som e useful experiences about the interconnecti on of electric pow er superviso ry and contro l system s on real 2ti m e basis are given .Keywords system arch itecture real 2ti m e basis interconnecti on superviso ry and contro l system(上