一種大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種本發(fā)明大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)，包括預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊、傳播機理分析模塊、頻率傳播機理分析模塊，傳播機理分析模塊根據(jù)預(yù)處理模塊和數(shù)據(jù)獲取模塊得到的電網(wǎng)基本參數(shù)和實際運行數(shù)據(jù)，建立具有分布式導(dǎo)線特性和機組離散分布特性的大電網(wǎng)頻率時空演變過程模型以及擾動傳播機理模型，從而得到擾動對各機組的電功率影響以及相對于各機組的傳播速度，頻率傳播機理分析模塊根據(jù)傳播機理分析模塊得到的模型和數(shù)據(jù)進行頻率時空傳播特性、頻率軌跡、頻率穩(wěn)定量化，從而實現(xiàn)大電網(wǎng)頻率時空演變過程的模擬。本發(fā)明在大電網(wǎng)頻率時空演變過程模擬方面具有很高的準確度。
【專利說明】一種大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電網(wǎng)頻率時空演變【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國能源分布不均、地區(qū)發(fā)展差異較大，能源的資源與需求呈逆向分布，形成了能源基地和負荷中心分離的局面。隨著“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”等戰(zhàn)略的實施以及以特高壓為特征的“堅強智能電網(wǎng)”的建設(shè)，使得我國形成了世界上獨一無二的超大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)，同時形成了通過長距離高壓輸電網(wǎng)互聯(lián)的送端與受端電網(wǎng)。如四川電網(wǎng)、西北電網(wǎng)、貴州電網(wǎng)和云南電網(wǎng)均屬于典型的送端電網(wǎng)，向長三角和珠三角輸送大容量電力。雖然大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)因為系統(tǒng)容量增大后可以有效提高電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性，仍有較多復(fù)雜電力系統(tǒng)在大擾動下維持頻率穩(wěn)定的能力在不斷惡化。對于送端電網(wǎng)，既要保證本地區(qū)電量需求，又要通過大容量集中外送方式實現(xiàn)對受端電網(wǎng)送電。當(dāng)聯(lián)絡(luò)線出現(xiàn)故障，導(dǎo)致送端電網(wǎng)大部分功率外送受阻，將引起送端電網(wǎng)頻率急劇波動，威脅電網(wǎng)安全。一旦未及時處理，可能引發(fā)大范圍連鎖故障。研究表明，頻率穩(wěn)定是一個全局問題，在大事故演化過程起著關(guān)鍵作用，一旦頻率穩(wěn)定被破壞，將引起系統(tǒng)的加速崩潰。因此，建立大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)是非常有必要的，可以為后續(xù)建立有前瞻性的安全防御和多周期、多防線的安全防御體系，為實現(xiàn)在線預(yù)警與安全防御提供理論依據(jù)，最大限度保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。
[0003]電力系統(tǒng)頻率是電力系統(tǒng)運行參數(shù)中最重要的參數(shù)之一。電力系統(tǒng)頻率動態(tài)過程直接反映電網(wǎng)內(nèi)部有功功率供需平衡的基本狀態(tài)，根據(jù)動態(tài)特性可以確定調(diào)頻機組的合理配置(如備用容量及分布)、系統(tǒng)保護與機組保護的協(xié)調(diào)配合。迄今為止，對頻率動態(tài)過程的分析多采用單機帶集中負荷模型。但是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、擾動地點、負荷構(gòu)成及電壓特性等因素對電力系統(tǒng)動態(tài)頻率特性有顯著的影響，動態(tài)過程中電力系統(tǒng)的頻率在空間上的分布特性逐漸顯現(xiàn)。單機模型忽略了線路與網(wǎng)絡(luò)的影響，或認為各地區(qū)系統(tǒng)與干擾點之間距離相等且參數(shù)相同，對于早期的電網(wǎng)，這樣的簡化是基本準確的。但對于現(xiàn)代復(fù)雜的多機系統(tǒng)，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行情況和單機模型分析的基本假設(shè)相差甚遠。因而在分析多機電力系統(tǒng)時，如果仍然采用單機模型的功率頻率動態(tài)過程的概念和方法，會使得分析結(jié)果和實際電網(wǎng)產(chǎn)生很大的差距，或者出現(xiàn)完全錯誤的結(jié)果。這使得電力工作者將注意力轉(zhuǎn)向了對大電網(wǎng)動態(tài)頻率的時空分布特性的研究。
[0004]例如，在文獻“韓英鐸，王仲鴻，閔勇，等.電力系統(tǒng)動態(tài)頻率的定義及“虛擬轉(zhuǎn)子法”頻率測量研究.清華大學(xué)學(xué)報，Vol.33(1)，1993，pp.1_9”中，對動態(tài)過程中的頻率進行了分類，定義了全系統(tǒng)動態(tài)頻率、地區(qū)動態(tài)頻率、發(fā)電機節(jié)點動態(tài)頻率和一般節(jié)點動態(tài)頻率。在文獻“M.Parashar, J.S.Thorp, C.E.Seyler.Continuum Modeling ofElectromechanical Dynamics in Large Electric Power Systems.1EEE Trans on CAS-1,Vol.51 (9), 2004,pp.1848 - 1858”中，把電力網(wǎng)絡(luò)(包括發(fā)電機、線路和負荷等)作為二維空間的連續(xù)函數(shù)，得到了描述非均勻電力系統(tǒng)的平面矢量場，利用連續(xù)機電波模型對頻率動態(tài)的傳播進行了分析。在文獻“張恒旭，劉玉田.電力系統(tǒng)動態(tài)頻率響應(yīng)時空分布特征量化描述.中國電機工程學(xué)報，Vol.29(7)，2009，pp.64-70”中，通過定義觀測空間、響應(yīng)時間以及響應(yīng)線性區(qū)間，提出基于觀測空間的頻率響應(yīng)時空分布特征量化描述方法，并通過定義的微觀變量來量化描述系統(tǒng)頻率的動態(tài)行為。
[0005]由于電力網(wǎng)絡(luò)在地理上分布不均勻、機組及其控制器參數(shù)差異，以及不同區(qū)域負荷特性不同，使得在分析大型互聯(lián)電力系統(tǒng)的動態(tài)頻率時空演變過程時產(chǎn)生了困難。目前關(guān)于復(fù)雜電網(wǎng)的動態(tài)頻率特性的研究主要集中在瞬時頻率時空分布及其動態(tài)傳播、動態(tài)頻率的影響因素、頻率測量以及基于動態(tài)頻率的安全穩(wěn)定評估幾個方面。對大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析主要采用參數(shù)均勻、各向同性的連續(xù)機電波模型，但連續(xù)機電波模型的假設(shè)不符合實際電網(wǎng)中機組分布和網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系不均勻的情況，這對實際離散電網(wǎng)缺乏準確的描述，很難真實的反映出實際頻率的時空演變過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于導(dǎo)線分布式特性和機組離散分布的頻率時空演變過程分析系統(tǒng)，實現(xiàn)對大型互聯(lián)電網(wǎng)的動態(tài)頻率時空演變過程的準確分析。該系統(tǒng)基于電網(wǎng)真實條件建立，能準確反映電網(wǎng)頻率時空演變過程，實現(xiàn)對電網(wǎng)動態(tài)頻率的預(yù)測，該發(fā)明為實現(xiàn)電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定控制提供了新思路。
[0007]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)，包括預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊、傳播機理分析模塊、頻率傳播機理分析模塊，其中:
[0008]預(yù)處理模塊，用于獲取電網(wǎng)基本參數(shù)并發(fā)送給傳播機理分析模塊，包括線路長度X，線路單位阻抗Ztl,機組數(shù)量n，機組慣性系數(shù)Mi,機組阻尼Di,機組機械輸入功率Pmi，電網(wǎng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y，矩陣中元素Yii = Gi^jBii表示機組i的自導(dǎo)納,元素Yij = Gij+jBij表示機組i和機組j之間的互導(dǎo)納，下標1、j表示機組序號，取值范圍為I≤i≤n、l≤j≤η ;
[0009]數(shù)據(jù)獲取模塊，用于實時獲取電網(wǎng)電力機組的電壓U1、電流Ip轉(zhuǎn)子角Q1、轉(zhuǎn)速ω 1、電功率Pei，并將這些參數(shù)發(fā)送給傳播機理分析模塊；
[0010]傳播機理分析模塊，用于根據(jù)來自預(yù)處理模塊和數(shù)據(jù)獲取模塊的數(shù)據(jù)，計算擾動對各機組i的電功率影響Pd,及相對于各機組i的傳播速度Vi，將得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給頻率傳播機理分析模塊；計算方法為:
[0011]電功率影響PeiA:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)，其特征在于，包括:預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊、傳播機理分析模塊、頻率傳播機理分析模塊，其中: 預(yù)處理模塊，用于獲取電網(wǎng)基本參數(shù)并發(fā)送給傳播機理分析模塊，包括線路長度X，線路單位阻抗Ztl,機組數(shù)量n，機組慣性系數(shù)Mi,機組阻尼Di,機組機械輸入功率Pmi，電網(wǎng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y，矩陣中元素Yii = Gii+jBii表示機組i的自導(dǎo)納,元素Yij = Gij+jBij表示機組i和機組j之間的互導(dǎo)納，下標1、j表示機組序號，取值范圍為I≤i≤n、l≤j≤η ; 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于實時獲取電網(wǎng)電力機組的電壓U1、電流I,、轉(zhuǎn)子角Q1、轉(zhuǎn)速Co1、電功率P#并將這些參數(shù)發(fā)送給傳播機理分析模塊； 傳播機理分析模塊，用于根據(jù)來自預(yù)處理模塊和數(shù)據(jù)獲取模塊的數(shù)據(jù)，計算擾動對各機組i的電功率影響Pei,及相對于各機組i的傳播速度Vi，將得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給頻率傳播機理分析模塊；計算方法為: 電功率影響
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)獲取模塊由各電力機組的電力系統(tǒng)同步相量測量裝置組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示模塊，用于對電網(wǎng)中運行參數(shù)進行顯示，包括各機組節(jié)點的頻率、功率、電壓、轉(zhuǎn)子角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示模塊包括地理信息顯示模塊、頻率時空演變可視化模塊、擾動點信息顯示模塊、擾動后功率分配顯示模塊和告警信息顯示模塊，其中: 地理信息顯示模塊，用于顯示各頻率監(jiān)測點在二維平面空間中的坐標及相對位置關(guān)系等地理數(shù)據(jù)； 頻率時空演變可視化模塊，用于根據(jù)頻率監(jiān)測點實時監(jiān)測到的頻率數(shù)據(jù)，進行基于連續(xù)體模型的頻率信息顯示，通過不同顏色代表不同的頻率數(shù)據(jù)，顯示電力系統(tǒng)頻率分布圖，其具體方法為: 將待顯示的電力系統(tǒng)頻率分布圖劃分為MXN個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格為一個測量點，如果該測量點在地理信息圖層對應(yīng)位置存在頻率監(jiān)測點，則根據(jù)該頻率監(jiān)測點的實時測量頻率顯示，如果該測量點在地理信息圖層對應(yīng)位置不存在頻率監(jiān)測點，則將這些測量點稱為虛擬網(wǎng)格，其顯示的虛擬頻率通過計算得到。其計算方法為:
Fg — (^he Al/(DghXDgh) XkoscdXFh)/(^he Al/(DghXDgh)) 其中，F(xiàn)g表示虛擬網(wǎng)格點g的虛擬頻率值，F(xiàn)h表示網(wǎng)格點h的頻率值，A表示在相同的電力系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)從網(wǎng)格點g出發(fā)，在確定擾動距離范圍內(nèi)的網(wǎng)格點的子集，Dgh表示網(wǎng)格點g到網(wǎng)格點h的距離，koscd為預(yù)設(shè)的振蕩強度系數(shù)； 擾動點信息顯示模塊，根據(jù)擾動點尋源定位算法，估計產(chǎn)生擾動的時間和地理位置信`息； 擾動后功率分配顯示模塊，根據(jù)能量分配原則，計算擾動量的流動方向和對各機組的電功率影響； 告警信息顯示模塊，用于對超出安全范圍的頻率波動進行告警顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大電網(wǎng)頻率時空演變過程分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括系統(tǒng)管理模塊，包括用戶管理模塊、用戶登陸驗證模塊、用戶權(quán)限分配模塊、系統(tǒng)文件完整性驗證模塊。
【文檔編號】H02J3/00GK103701121SQ201310752744
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】黃琦, 李堅, 楊三根, 蔡東升, 井實, 易建波, 江晨穎 申請人:電子科技大學(xué)