基于轨迹的暂态不稳定性预测与闭环紧急控制研究

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1、基于轨迹的暂态不稳定性预测与闭环紧急控制研究张保会，王怀远(西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市，710049)摘要：本文基于实时轨迹提出了电力系统的暂态不稳定都可能出现“失配”现象，只不过在线预决策、性预测与闭环紧急控制理论，它不依赖于系统参数和网络实时匹配方式对工况鲁棒性好，导致“失配”现模型，并且能较早地预测出系统的稳定性，闭环实时地制象出现的概率较小。订控制策略。首先，基于相平面分析方法，给出了通过轨(3)实时计算，实时匹配。该方式在故障切迹的凹凸性特征识别系统暂态不稳定性的判据。其次，为除后进行快速的暂稳分析来确定电力系统是否会了进一步加快暂态不稳定性预测

2、的速度，推导出了轨迹的失稳，若判断系统失稳则给出相应的控制措施以自记忆预测公式。最后，给出了系统失稳后，基于扩展等保证系统的暂态稳定。这种实现方式可以对任何面积定则的闭环切机控制算法。工况下导致系统暂态失稳的任何故障都给出相应的稳定控制措施，达到对系统运行工况与故障的关键词：电力系统；暂态稳定性；闭环紧急控制完全自适应性。0引言近年来，广域测量系统在电力系统中的不断现代电力系统的高速发展，如特高压输电线构建，不仅使广域同步测量成为可能，而且还组路、大容量机组的投入，电力网络结构的日益复成了高速的实时通信网络，这为大规模复杂电力杂，以及用户对用电质量要求的提高，使得电力

3、系统中的实时计算、实时匹配紧急控制提供了实系统的稳定性问题愈发突出。现条件。在实施电力系统紧急控制措施之前，首先需[4]1基于轨迹的暂态不稳定性预测理论要进行的是暂态稳定性与否的预测。迄今为止，研究暂态稳定问题的分析方法主要有四大类，分在稳定分析中利用角速度∆ω相对于功角别为数值积分法、直接法、混合分析法和基于轨δ的二阶导数作为量化轨迹几何特征的指标，其迹信息的稳定分析法。前面三种方法或是依赖于系统模型及参数，或是当系统规模较大时训练过可写成：程将非常困难，而轨迹分析法可以不依赖于系统2参数和网络模型，仅利用实测的状态量信息进行d∆ωl=[1-3]dδ2暂态稳定性识别

4、。(1)电力系统的紧急控制决策系统的实现方法稳定分析中的凹凸性可定义为：主要有以下三种：(1)离线计算，实时匹配。它是通过大量的1)当相轨迹位于上半平面（∆>ω0）时，离线计算制订紧急控制的策略表，当发现系统发生了某一严重故障时，就会查找策略表中和该故若l<0，则相平面轨迹相对于故障后稳定平衡点障相对应的控制措施并执行。“离线计算、实时匹配”的优点是简单实用，对于策略表中的预想事是凹的；若l>0，则相平面轨迹相对于故障后稳故可以做到可靠性较高的响应。但是，实际中只定平衡点是凸的；考虑几种典型工况，因此，离线计算、实时匹配方式对系统运行工况、故障类型的适应性较差。2)当

5、相轨迹位于下半平面（∆<ω0）时，(2)在线预决策，实时匹配。这种方式的对策表不是固定不变，而是周期性地刷新，与离线若l>0，则相平面轨迹相对于故障后稳定平衡点计算、实时匹配方式相比，其对系统工况变化的鲁棒性大大提高。但本质上，这两种实现方式均是凹的；若l<0，则相平面轨迹相对于故障后稳未摆脱对“未预想故障”无能为力的理论局限，定平衡点是凸的；ε⋅∆=∆ω(((PYt))−3)若l=0，该点即为相轨迹上的拐点。βi∆PYt(()))⋅∆>ω0βi−1(8)根据拐点的定义及转子运动方程，当不计阻其中：尼因子D时，相平面内所有拐点组成的曲线可写'∆Pi()−∆Pi(1)−

6、成：∆=Pi()δδ()ii−−(1)(9)2−∆−MPωωδcos[P−Psin]δemi0Memi=0∆ω(2)∆PYtβ(())ic=−Pt()iiλ12()costβλ−()sintiβ由此可得，(2)式的解为：β，为固定的当前时刻的功角值；2[sPP−inδ]Memi∆=±ωT−PMemiω0cosδYt()[()()()]ic=Ptiiiλλ12tt，为最小二(3)拐点曲线的示意图如下：乘法辨识的系统参数。综上，根据实测的功角δ、角速度∆ω和不平衡功率∆P，计算三个指标，当同时满足τ>>⋅0,µεω0,∆>0时，可得出系统将失稳的判断。对于n机系统，穷尽式

7、的试探所有分群模式的方法存在维数灾问题。实际受扰轨迹信息对于主导模式的筛选极为重要。在每个观测时刻轨迹存在n−1个转子角间隙。每个间隙都将该时刻的n个转子角分在其上方或在其下方2个群，从而正向摇摆时，定义第一象限内的拐点曲线为对应于一个分群模式。在上述n−1个间隙中，如系统的不返回边界；反向摇摆时，定义第三象限果有一个绝对占优的位置间隙，则它必对应于主内的拐点曲线为系统的不返回边界。导模式。在其他一般情况下，主导的分群模式虽可以证明，对于自治系统，轨迹失稳的充要然不一定对应于最大的位置间隙，但必然对应于条件为：轨迹穿过了不返回边界，即较大的位置间隙中