專利名稱：通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及識(shí)別、判斷電力系統(tǒng)(電網(wǎng))的電壓穩(wěn)定性的方法，尤其涉及一種基于線路兩端電壓和電流(或功率)相量的實(shí)時(shí)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)量，實(shí)時(shí)地識(shí)別、判斷電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性的方法。

背景技術(shù)：
電壓穩(wěn)定長(zhǎng)期以來(lái)一直都是電力公司所極為關(guān)注的問(wèn)題。近年來(lái)，電壓失穩(wěn)事故在全世界的不同電力系統(tǒng)中均有發(fā)生，且造成了系統(tǒng)的大停電事故，因而，在國(guó)內(nèi)外電壓穩(wěn)定問(wèn)題成為了關(guān)注的熱點(diǎn)之一。到目前為止，針對(duì)電壓穩(wěn)定評(píng)估方法已做了大量的研究，但大多數(shù)方法都只能應(yīng)用于離線計(jì)算[1-16](注在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，發(fā)明人進(jìn)行過(guò)大量的檢索。為協(xié)助本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，特把檢索并引用到的文件的出處與名稱附在本說(shuō)明書的最后。在本背景技術(shù)部分和后面的具體實(shí)施方式
部分中，用方括號(hào)括住的阿拉伯?dāng)?shù)字，表示引用文件的序號(hào))。
連續(xù)潮流法是目前使用最多的電壓穩(wěn)定評(píng)估方法，由于能給出在系統(tǒng)潮流發(fā)散時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到的臨界崩潰點(diǎn)[1，2]，該方法已被廣泛應(yīng)用在工業(yè)實(shí)踐中。此外，它也經(jīng)常被用作參考方法來(lái)評(píng)判新方法的可行性好壞。但連續(xù)潮流法存在如下缺點(diǎn) ·大量的系統(tǒng)潮流計(jì)算使得其實(shí)時(shí)在線應(yīng)用非常困難 ·無(wú)法精確處理實(shí)際負(fù)荷的時(shí)變特性(與電壓和頻率相關(guān)的時(shí)變特性負(fù)荷) ·在靠近臨界點(diǎn)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)提前不收斂的問(wèn)題 ·忽略了系統(tǒng)線路參數(shù)(線路電阻、和電抗和反映線路充電功率的對(duì)地導(dǎo)納)的不精確性(因被假定不隨環(huán)境變化) ·其使用的離線模型式與實(shí)際情況存在差異 ·不能辨識(shí)出引起系統(tǒng)電壓崩潰的電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)(即容易發(fā)生電壓穩(wěn)定性問(wèn)題的電網(wǎng)的薄弱線路、薄弱支路和薄弱節(jié)點(diǎn)，下同) 迄今為止，研究人員提出了大量電壓穩(wěn)定指標(biāo)以判斷系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定性，其總體可分為兩類系統(tǒng)性指標(biāo)和局部性指標(biāo)。系統(tǒng)性指標(biāo)仍然是基于系統(tǒng)潮流方程計(jì)算所得到的(如最小奇異值法、模態(tài)分析、靈敏度法等)，因此存在上述連續(xù)潮流法同樣的缺點(diǎn)。局部性指標(biāo)針對(duì)局部的單個(gè)母線[5，6]和線路[7-9]，一般不需要做連續(xù)的系統(tǒng)潮流計(jì)算，因而較容易應(yīng)用于在線環(huán)境。盡管目前某些局部性指標(biāo)原理上可以用于在線計(jì)算，但是，總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的局部性指標(biāo)無(wú)論是在理論推導(dǎo)上還是在計(jì)算過(guò)程中都存在精度不夠的問(wèn)題。此外，現(xiàn)有的局部性指標(biāo)也都無(wú)法對(duì)無(wú)效的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾處理。文獻(xiàn)[7]和[9]提出了兩個(gè)指標(biāo)Lp和Lq，但即使是在其本身所給出的算例中，Lp和Lq也都不能在系統(tǒng)崩潰點(diǎn)達(dá)到按其方法本應(yīng)達(dá)到的預(yù)料值。事實(shí)上，我們的研究發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)指標(biāo)只有在線路阻抗因數(shù)等于線路功率因數(shù)的假定下才能使用。顯然，該假設(shè)在大多數(shù)情況下都是不成立的。對(duì)于輻射狀的配電網(wǎng)線路，文獻(xiàn)[8]基于送端節(jié)點(diǎn)電壓恒定的假定提出的指標(biāo)并不適用于環(huán)狀的輸電網(wǎng)，另外，在某些情況下該指標(biāo)的分母有可能為0，從而使得該指標(biāo)失去意義。特別地，所有現(xiàn)有的基于線路的局部性指標(biāo)均沒(méi)有考慮線路外系統(tǒng)其它部分的影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中它們無(wú)法保證所提供的結(jié)果是正確有效的。文獻(xiàn)[5]、文獻(xiàn)[6]、美國(guó)6219591號(hào)專利[10]和6690175號(hào)專利[11]均基于戴維南定理提出了相應(yīng)的局部性指標(biāo)，理論上說(shuō)，這些指標(biāo)可以進(jìn)行在線應(yīng)用，但不幸的是，這些指標(biāo)及其方法存在如下問(wèn)題和不足 ·這些指標(biāo)的計(jì)算需要至少兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的電壓和電流量測(cè)相量，并假定這兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的等值戴維南電壓和阻抗是相等的。如果兩個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)離得太遠(yuǎn)的話，這個(gè)假定顯然是不成立的；相反，如果靠得太近，則可能會(huì)使得在估算戴維南等值阻抗時(shí)出現(xiàn)較大的計(jì)算誤差，這個(gè)缺點(diǎn)導(dǎo)致了其實(shí)際應(yīng)用上的困難和不精確性。
·所提方法無(wú)法辨識(shí)任何錯(cuò)誤的或無(wú)效的測(cè)量數(shù)據(jù)。如果任何電壓或電流測(cè)量值不正確或存在較大誤差，則指標(biāo)就會(huì)失去作用和意義。而在任何測(cè)量系統(tǒng)中，都不可能完全避免無(wú)效測(cè)量數(shù)據(jù)的情況。
·這些指標(biāo)雖然可以辨識(shí)薄弱節(jié)點(diǎn)但無(wú)法辨識(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰的電網(wǎng)薄弱線路。
·該方法無(wú)法應(yīng)用于現(xiàn)有控制中心的SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基本的區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的基于局部網(wǎng)絡(luò)(線路)量測(cè)量的電壓穩(wěn)定指標(biāo)(本說(shuō)明書用BLSI表示)，及其應(yīng)用該指標(biāo)的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)識(shí)別電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的方法。該方法能夠識(shí)別并濾除無(wú)效的測(cè)量數(shù)據(jù)、能夠?qū)Ρ∪蹙€路和薄弱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的識(shí)別、能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)和故障時(shí)的電壓穩(wěn)定性進(jìn)行相對(duì)有效的監(jiān)測(cè)、識(shí)別與判斷。
本發(fā)明的第二目的是，在實(shí)現(xiàn)第一目的的基礎(chǔ)上，提出一種運(yùn)用更加廣泛的基于局部網(wǎng)絡(luò)(線路)量測(cè)量的電壓穩(wěn)定指標(biāo)(本說(shuō)明書用ELSI表示)，及其應(yīng)用該指標(biāo)的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)識(shí)別電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的方法。該方法除具備能夠識(shí)別并濾除無(wú)效的測(cè)量數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)外，考慮了局部網(wǎng)絡(luò)(線路)外的系統(tǒng)對(duì)局部網(wǎng)絡(luò)(線路)的影響。因此，能夠更加精確的辯識(shí)薄弱線路和薄弱節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)、識(shí)別與判斷電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)和故障時(shí)的電壓穩(wěn)定性。
實(shí)現(xiàn)所述第一發(fā)明目的之技術(shù)方案是一種通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)時(shí)或在線識(shí)別電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的方法。該方法是通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取實(shí)時(shí)的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，并過(guò)濾掉無(wú)效的量測(cè)量后，實(shí)時(shí)地估計(jì)線路參數(shù)，用經(jīng)過(guò)濾后的可靠的量測(cè)量，實(shí)時(shí)地計(jì)算基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI；或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能來(lái)獲取在線的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，在線地計(jì)算基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI。并用該指標(biāo)來(lái)識(shí)別和判斷該電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和電壓穩(wěn)定性。該指標(biāo)的計(jì)算公式為 式中Vi是線路首端節(jié)點(diǎn)的電壓幅值 Rij是線路i-j的電阻 Pij是線路受端節(jié)點(diǎn)的有功功率 Xij是線路i-j的電抗 Qij*是除去受端充電無(wú)功后的線路受端無(wú)功功率值 所有上述量均能用前面提到的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和電流(或功率)相量的PMU實(shí)時(shí)量測(cè)量或EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)量直接獲取或計(jì)算出來(lái)。
其中，BLSI＝1為電壓穩(wěn)定性臨界點(diǎn)。
該實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法包括如下步驟 (1)通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取運(yùn)用基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)所需要的實(shí)時(shí)的量測(cè)量，包括線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角以及線路的有功功率和無(wú)功功率(注意最初的量測(cè)量可以是線路兩端電流的幅值和相角，而線路的有功功率和無(wú)功功率用電壓和電流相量計(jì)算得到)； 或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，來(lái)獲取線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角以及線路的有功功率和無(wú)功功率的估計(jì)值； (2)在用PMU量測(cè)量時(shí)，利用線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，根據(jù)基于線路基本潮流方程，線路功率平衡關(guān)系和量測(cè)量計(jì)算線路參數(shù)的方法，計(jì)算出當(dāng)前量測(cè)量下的線路參數(shù)，包括線路的電阻、電抗和反映線路充電功率的對(duì)地導(dǎo)納；如果計(jì)算出的參數(shù)相比與前一次計(jì)算出的參數(shù)超過(guò)了根據(jù)線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)確定的百分比門檻值，則可判定本次測(cè)量的誤差過(guò)大，或者是無(wú)效測(cè)量，拋棄(或曰過(guò)濾掉)該次量測(cè)量，仍用前一次的量測(cè)量；反之，則接受該次量測(cè)量； 在用SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能時(shí)，線路參數(shù)從EMS能量管理系統(tǒng)直接獲取而不做在線預(yù)測(cè)，因而不需要本步驟和步驟(3)，即直接進(jìn)入步驟(4)； (3)在給定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)；運(yùn)用步驟(2)中的方法獲得若干組可靠的線路參數(shù)，以作為樣本參數(shù)來(lái)計(jì)算這若干組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，若該標(biāo)準(zhǔn)差不大于定義為步驟(2)中線路參數(shù)的百分比門檻值的一定比例的標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，此時(shí)用這若干組數(shù)據(jù)的平均值作為線路參數(shù)的最新估計(jì)值，若標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，則用本發(fā)明提出的針對(duì)線路參數(shù)估計(jì)的最小二乘估計(jì)方法，估計(jì)新的線路參數(shù)； (4)在對(duì)應(yīng)線路中，在用PMU量測(cè)量時(shí)，根據(jù)步驟(3)中的新的線路參數(shù)估計(jì)值，以及所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的經(jīng)過(guò)濾后的可靠的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，或在用EMS能量管理系統(tǒng)時(shí)，用從該系統(tǒng)中直接獲取的線路參數(shù)，以及電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，計(jì)算出基于該模型的基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)； (5)根據(jù)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值實(shí)時(shí)辨識(shí)電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，具有最小基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值的線路是最薄弱線路，而最薄弱線路的受端節(jié)點(diǎn)是最薄弱節(jié)點(diǎn)； (6)根據(jù)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定狀況，并在基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值逼近1.0時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。
實(shí)現(xiàn)所述第二發(fā)明目的之技術(shù)方案是一種通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)時(shí)或在線識(shí)別電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的方法。該方法是通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取實(shí)時(shí)的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，并過(guò)濾掉無(wú)效的量測(cè)量后，實(shí)時(shí)地估計(jì)線路參數(shù)，用經(jīng)過(guò)濾后的可靠的量測(cè)量，實(shí)時(shí)地計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI；或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能來(lái)獲取在線的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，在線地計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI。并用該指標(biāo)來(lái)識(shí)別和判斷該電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和電壓穩(wěn)定性。該指標(biāo)的計(jì)算公式為 式中Ek是線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源的幅值 Rkj是考慮線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源影響后的等值線路電阻 Pij是線路受端節(jié)點(diǎn)的有功功率 Xkj是考慮線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源影響后的等值線路電抗 Qij*是除去受端充電無(wú)功后的線路受端無(wú)功功率值 所有上述量均能用前面提到的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和電流(或功率)相量的PMU實(shí)時(shí)量測(cè)量或EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)量直接獲取或計(jì)算出來(lái)。
其中，ELSI＝1為電壓穩(wěn)定性臨界點(diǎn)。
該實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法包括如下步驟 (1)通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取運(yùn)用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)所需要的實(shí)時(shí)的量測(cè)量，包括線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角以及線路的有功功率和無(wú)功功率(注意最初的量測(cè)量可以是線路兩端電流的幅值和相角，而線路的有功功率和無(wú)功功率用電壓和電流相量計(jì)算得到)； 或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，來(lái)獲取線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角以及線路的有功功率和無(wú)功功率的估計(jì)值； (2)在用PMU量測(cè)量時(shí)，利用線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，根據(jù)基于線路基本潮流方程，線路功率平衡關(guān)系和量測(cè)量計(jì)算線路參數(shù)的方法，計(jì)算出當(dāng)前量測(cè)量下的線路參數(shù)，包括線路的電阻、電抗和反映線路充電功率的對(duì)地導(dǎo)納；如果計(jì)算出的參數(shù)相比與前一次計(jì)算出的參數(shù)超過(guò)了根據(jù)線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)確定的百分比門檻值，則可判定本次測(cè)量的誤差過(guò)大，或者是無(wú)效測(cè)量，拋棄(或曰過(guò)濾掉)該次量測(cè)量，仍用前一次的量測(cè)量；反之，則接受該次量測(cè)量； 在用SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能時(shí)，線路參數(shù)從EMS能量管理系統(tǒng)直接獲取而不做在線預(yù)測(cè)，因而不需要本步驟和步驟(3)，即直接進(jìn)入步驟(4)； (3)在給定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)；運(yùn)用步驟(2)中的方法獲得若干組可靠的線路參數(shù)，以作為樣本參數(shù)來(lái)計(jì)算這若干組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，若該標(biāo)準(zhǔn)差不大于定義為所述線路參數(shù)的百分比門檻值的一定比例的標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，此時(shí)用這若干組數(shù)據(jù)的平均值作為線路參數(shù)的最新估計(jì)值；若標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，則用本發(fā)明提出的針對(duì)線路參數(shù)估計(jì)的最小二乘估計(jì)方法，估計(jì)新的線路參數(shù)； (4)在對(duì)應(yīng)線路中，在用PMU量測(cè)量時(shí)，根據(jù)步驟(3)中的新的線路參數(shù)估計(jì)值，以及所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的經(jīng)過(guò)濾后的可靠的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，或在用EMS能量管理系統(tǒng)時(shí)，用從該系統(tǒng)中直接獲取的線路參數(shù)，以及電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，由建立的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的電路模型，獲得線路外系統(tǒng)的等值電壓源的電壓幅值Ek和等值阻抗大小，然后計(jì)算出基于該模型的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)； (5)根據(jù)擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值實(shí)時(shí)辨識(shí)電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，具有最小擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值的線路是最薄弱線路，而最薄弱線路的受端節(jié)點(diǎn)是最薄弱節(jié)點(diǎn)； (6)根據(jù)擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定狀況，并在擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值逼近1.0時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提出了兩個(gè)與現(xiàn)有技術(shù)不同的新的基于局部網(wǎng)絡(luò)(線路)電壓和功率實(shí)時(shí)量測(cè)量或在線狀態(tài)估計(jì)量的電壓穩(wěn)定指標(biāo)——基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI和擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI、以及分別運(yùn)用這兩個(gè)指標(biāo)的計(jì)算方法和在實(shí)時(shí)或在線環(huán)境中實(shí)施的應(yīng)用方法。其優(yōu)越性如下 1、不需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算，其計(jì)算非?？焖?一般少于0.1～0.5秒)；可以同時(shí)地實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定性和引起系統(tǒng)電壓崩潰的薄弱線路(支路)和薄弱節(jié)點(diǎn)；能自動(dòng)處理與電壓相關(guān)或與頻率相關(guān)的實(shí)際負(fù)荷特性；能預(yù)測(cè)線路的傳輸功率極限并用于啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)電壓崩潰； 2、克服現(xiàn)有局部性電壓穩(wěn)定指標(biāo)的不足，充分考慮了系統(tǒng)對(duì)局部網(wǎng)絡(luò)(線路)的影響，具有較高的精度；相比于戴維南等值內(nèi)外阻抗法，其計(jì)算上的誤差要??；不但適用于PMU(Phasor Measurement Unit)相量量測(cè)系統(tǒng)(此時(shí)精確度相對(duì)高)，而且適用于現(xiàn)有SCADA與EMS系統(tǒng)(此時(shí)精確度比用于PMU低)。
3、實(shí)時(shí)估計(jì)系統(tǒng)中隨時(shí)間變化的線路參數(shù)(電阻、電抗和對(duì)地導(dǎo)納)；同時(shí)能濾除掉PMU量測(cè)系統(tǒng)中不可能完全避免的無(wú)效或錯(cuò)誤的量測(cè)數(shù)據(jù)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。



圖1——輸電線路的π型等值模型 圖2——線路i-j及其外部系統(tǒng)的等值圖 圖3——IEEE30節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)圖 圖4——隨著節(jié)點(diǎn)30負(fù)荷增加而減小的兩條最薄弱線路擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI圖 圖5——正常狀態(tài)下線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI與其負(fù)載的關(guān)系圖 圖6——線路5L91停運(yùn)時(shí)線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI與其負(fù)載的關(guān)系圖 圖7——線路5L91停運(yùn)時(shí)線路5L92的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI與其負(fù)載的關(guān)系圖 圖8——線路5L91停運(yùn)時(shí)線路5L98的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI與其負(fù)載的關(guān)系圖 圖9——線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI與其負(fù)載的關(guān)系圖 圖10——在5L96兩個(gè)負(fù)載水平下跳開(kāi)5L91時(shí)5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI與其負(fù)載的關(guān)系圖
具體實(shí)施例方式 一、用基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI的實(shí)施方式 一種通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法。該方法是通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取實(shí)時(shí)的線路兩端節(jié)點(diǎn)(i、j)的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，并過(guò)濾掉無(wú)效的量測(cè)量后，實(shí)時(shí)地估計(jì)線路參數(shù)，用經(jīng)過(guò)濾后的可靠的量測(cè)量及線路參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)值，實(shí)時(shí)地計(jì)算基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI；或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，來(lái)獲取在線的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，在線地計(jì)算基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI；并通過(guò)基于局部網(wǎng)絡(luò)(線路)電壓和功率實(shí)時(shí)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)值的基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)來(lái)識(shí)別和判斷該電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和電壓穩(wěn)定性。在本發(fā)明中，所述基于局部網(wǎng)絡(luò)(線路)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)值的電壓穩(wěn)定指標(biāo)是基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI，該指標(biāo)的計(jì)算公式為 式中Vi是線路首端節(jié)點(diǎn)的電壓幅值 Rij是線路i-j的電阻 Pij是線路受端節(jié)點(diǎn)的有功功率 Xij是線路i-j的電抗 Qij*是除去受端充電無(wú)功后的線路受端無(wú)功功率值 所有上述量均能用前面提到的實(shí)時(shí)的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓和電流(或功率)相量的PMU實(shí)時(shí)量測(cè)量或EMS能量管理系統(tǒng)中的狀態(tài)估計(jì)量直接獲取或計(jì)算出來(lái)。
其中，BLSI＝1為電壓穩(wěn)定性臨界點(diǎn)。
該實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法包括如下步驟 (1)通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取運(yùn)用基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI所需要的實(shí)時(shí)的量測(cè)量，包括線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值(Vi、Vj)和相角(θi、θj)以及線路的有功功率(Pi、Pij)和無(wú)功功率(Qi、Qij)，這些數(shù)據(jù)均可以直接由PMU實(shí)時(shí)量測(cè)信息得到(請(qǐng)注意作為量測(cè)信息的量測(cè)量的最初數(shù)據(jù)可以是電壓相量和電流相量，但經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換就能得到線路的有功功率和無(wú)功功率)； 或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，來(lái)獲取線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值(Vi、Vj)和相角(θi、θj)以及線路的有功功率(Pi、Pij)和無(wú)功功率(Qi、Qij)的估計(jì)值； (注為了有利于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，本說(shuō)明書將盡可能地把“電學(xué)符號(hào)”作為“附圖標(biāo)記”來(lái)使用)。
(2)在用PMU量測(cè)量時(shí)，利用線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，根據(jù)基于線路基本潮流方程，線路功率平衡關(guān)系和量測(cè)量計(jì)算線路參數(shù)的方法，計(jì)算出當(dāng)前量測(cè)量下的線路參數(shù)，包括線路的電阻Rij、電抗Xij和反映線路充電功率的對(duì)地導(dǎo)納Y；如果計(jì)算出的參數(shù)相比與前一次計(jì)算出的參數(shù)超過(guò)了根據(jù)線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)確定的百分比門檻值，則可判定本次測(cè)量的誤差過(guò)大，或者是無(wú)效測(cè)量，拋棄該次量測(cè)量，仍用前一次的量測(cè)量；反之，則接受該次量測(cè)量； 在用SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能時(shí)，線路參數(shù)從EMS能量管理系統(tǒng)直接獲取而不做在線預(yù)測(cè)，因而不需要本步驟和步驟(3)，但是由于SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)線路參數(shù)直接進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，與用PMU量測(cè)量時(shí)相比，降低了精確性； (3)在給定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)；運(yùn)用步驟(2)中的方法獲得若干組M可靠的線路參數(shù)，以作為樣本參數(shù)來(lái)計(jì)算這若干組M數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，若該標(biāo)準(zhǔn)差不大于定義為步驟(2)中線路參數(shù)的百分比門檻值的一定比例的標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，此時(shí)用這若干組M數(shù)據(jù)的平均值作為線路參數(shù)的最新估計(jì)值，若標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，則用本發(fā)明提出的針對(duì)線路參數(shù)估計(jì)的最小二乘估計(jì)方法，估計(jì)新的線路參數(shù)，其中標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值可選為步驟(2)中的所述線路參數(shù)門檻值的一個(gè)百分比； (4)在對(duì)應(yīng)線路中，在用PMU量測(cè)量時(shí)，根據(jù)步驟(3)中的新的線路參數(shù)估計(jì)值，以及所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的經(jīng)過(guò)濾后的可靠的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，或在用EMS能量管理系統(tǒng)時(shí)，用從該系統(tǒng)中直接獲取的線路參數(shù)，以及電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，計(jì)算出基于該模型的基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI； (5)根據(jù)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI值實(shí)時(shí)辨識(shí)電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，具有最小基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值的線路是最薄弱線路，而最薄弱線路的受端節(jié)點(diǎn)是最薄弱節(jié)點(diǎn)； (6)根據(jù)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定狀況，并在基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI值逼近1.0時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。
由于使用基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI的方法與使用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的方法在更進(jìn)一步的實(shí)施細(xì)節(jié)上基本相同。為節(jié)省篇幅，這里就不針對(duì)BLSI指標(biāo)的方法對(duì)其更進(jìn)一步的實(shí)施細(xì)節(jié)進(jìn)行披露了。這些實(shí)施細(xì)節(jié)可以參照下面要描述的針對(duì)ELSI指標(biāo)的實(shí)施細(xì)節(jié)的對(duì)應(yīng)部分。
二、用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的實(shí)施方式 一種通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法。該方法是通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取實(shí)時(shí)的線路兩端節(jié)點(diǎn)(i、j)的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，并過(guò)濾掉無(wú)效的量測(cè)量后，實(shí)時(shí)地估計(jì)線路參數(shù)，用經(jīng)過(guò)濾后的可靠的量測(cè)量及線路參數(shù)的實(shí)時(shí)估計(jì)值，實(shí)時(shí)地計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI；或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，來(lái)獲取在線的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，在線地計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI；并通過(guò)基于局部網(wǎng)絡(luò)(線路)電壓和功率實(shí)時(shí)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)值的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)來(lái)識(shí)別和判斷該電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和電壓穩(wěn)定性。在本發(fā)明中，所述基于局部網(wǎng)絡(luò)(線路)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)值的電壓穩(wěn)定指標(biāo)是擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI，該指標(biāo)的計(jì)算公式為 式中Ek是線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源的幅值 Rkj是考慮線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源影響后的等值線路電阻 Pij是線路受端節(jié)點(diǎn)的有功功率 Xkj是考慮線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源影響后的等值線路電抗 Qij*是除去受端充電無(wú)功后的線路受端無(wú)功功率值 同樣的，所有上述量均能用前面提到的實(shí)時(shí)的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓和電流(或功率)相量的PMU實(shí)時(shí)量測(cè)量或EMS能量管理系統(tǒng)中的狀態(tài)估計(jì)量直接獲取或計(jì)算出來(lái)。
其中，ELSI＝1為電壓穩(wěn)定性臨界點(diǎn)。
該實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法包括如下步驟 (1)通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取運(yùn)用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI所需要的實(shí)時(shí)的量測(cè)量，包括線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值(Vi、Vj)和相角(θi、θj)以及線路的有功功率(Pi、Pij)和無(wú)功功率(Qi、Qij)，這些數(shù)據(jù)同樣均可以直接由PMU實(shí)時(shí)量測(cè)信息得到(仍然請(qǐng)注意作為量測(cè)信息的量測(cè)量的最初數(shù)據(jù)可以是電壓相量和電流相量，但經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換就能得到線路的有功功率和無(wú)功功率)； 或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，來(lái)獲取線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值(Vi、Vj)和相角(θi、θj)以及線路的有功功率(Pi、Pij)和無(wú)功功率(Qi、Qij)的估計(jì)值； (2)在用PMU量測(cè)量時(shí)，利用線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，根據(jù)基于線路基本潮流方程，線路功率平衡關(guān)系和量測(cè)量計(jì)算線路參數(shù)的方法，計(jì)算出當(dāng)前量測(cè)量下的線路參數(shù)，包括線路的電阻Rij、電抗Xij和反映線路充電功率的對(duì)地導(dǎo)納Y；如果計(jì)算出的參數(shù)相比與前一次計(jì)算出的參數(shù)超過(guò)了根據(jù)線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)確定的百分比門檻值，則可判定本次測(cè)量的誤差過(guò)大，或者是無(wú)效測(cè)量，拋棄該次量測(cè)量，仍用前一次的量測(cè)量；反之，則接受該次量測(cè)量； 在用SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能時(shí)，線路參數(shù)從EMS能量管理系統(tǒng)直接獲取而不做在線預(yù)測(cè)，因而不需要本步驟和步驟(3)，但是由于SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)線路參數(shù)直接進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，與用PMU量測(cè)量時(shí)相比，降低了精確性； (3)在給定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)；運(yùn)用步驟(2)中的方法獲得若干組M可靠的線路參數(shù)，以作為樣本參數(shù)來(lái)計(jì)算這若干組M數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，若該標(biāo)準(zhǔn)差不大于定義為步驟(2)中線路參數(shù)的百分比門檻值的一定比例的標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，此時(shí)用這若干組M數(shù)據(jù)的平均值作為線路參數(shù)的最新估計(jì)值，若標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，則用本發(fā)明提出的針對(duì)線路參數(shù)估計(jì)的最小二乘估計(jì)方法，估計(jì)新的線路參數(shù)；其中標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值可選為步驟(2)中的所述線路參數(shù)門檻值的一個(gè)百分比； (4)在對(duì)應(yīng)線路中，在用PMU量測(cè)量時(shí)，根據(jù)步驟(3)中的新的線路參數(shù)估計(jì)值，以及所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的經(jīng)過(guò)濾后的可靠的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，或在用EMS能量管理系統(tǒng)時(shí)，用從該系統(tǒng)中直接獲取的線路參數(shù)，以及電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，由建立的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的電路模型，獲得線路外系統(tǒng)的等值電壓源的電壓幅值Ek和等值阻抗大小，然后計(jì)算出基于該模型的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI； (5)根據(jù)擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI值實(shí)時(shí)辨識(shí)電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，具有最小擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值的線路是最薄弱線路，而最薄弱線路的受端節(jié)點(diǎn)是最薄弱節(jié)點(diǎn)； (6)根據(jù)擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定狀況，并在擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI值逼近1.0時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。
具體地講，在步驟(2)中，所述根據(jù)線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)確定的線路參數(shù)百分比門檻值為3％～10％(其具體比例值由具體系統(tǒng)情況而定)。例如在某一具體系統(tǒng)中，取該線路參數(shù)的百分比門檻值為5％。
具體地講，在步驟(3)中，所述的給定時(shí)間間隔為2～5分鐘，線路參數(shù)的樣本組M數(shù)至少為10組——通?？扇?0組或者更多。PMU裝置每秒能采樣10～30個(gè)系統(tǒng)的同步相量數(shù)據(jù)，甚至更多，因而足以保證在以上的間隔時(shí)間內(nèi)有足夠多的數(shù)據(jù)可用。通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值是線路參數(shù)百分比門檻值的35％～65％(同樣視具體系統(tǒng)情況而定)。例如在某一具體系統(tǒng)中，如取該線路參數(shù)的百分比門檻值為5％，并取標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值為線路參數(shù)百分比門檻值的50％，那么，該標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值為2.5％。具體又包括如下步驟 ①在給定的2～5分鐘時(shí)間間隔內(nèi)，如果根據(jù)至少為10組的經(jīng)過(guò)濾后的可靠的量測(cè)量所計(jì)算出的線路電阻Rij、電抗Xij以及線路對(duì)地導(dǎo)納Y的標(biāo)準(zhǔn)差未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，則用這些組的數(shù)據(jù)所計(jì)算出的線路參數(shù)的平均值作為新的參數(shù)估計(jì)值； ②否則，用本發(fā)明提出的針對(duì)線路參數(shù)估計(jì)的最小二乘估計(jì)方法，來(lái)對(duì)線路電阻Rij、電抗Xij以及線路對(duì)地導(dǎo)納Y進(jìn)行估計(jì)。
具體地講，在步驟(4)中，所述擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI計(jì)算中需要的線路兩端節(jié)點(diǎn)(i、j)以外的系統(tǒng)等值電壓源的電壓幅值Ek和等值阻抗，是在保證不改變?cè)€路兩端電壓相量和功率的前提下，利用兩個(gè)相鄰系統(tǒng)狀態(tài)下的線路的量測(cè)量計(jì)算出來(lái)的。計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的間隔時(shí)間為3～15秒(對(duì)不同的實(shí)際系統(tǒng)可以作相應(yīng)的調(diào)整，例如對(duì)某具體系統(tǒng)可選5秒)； 如果在間隔期間內(nèi)發(fā)生故障，則在故障后需立即計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI，而不受預(yù)先設(shè)定的間隔時(shí)間的限制。指標(biāo)計(jì)算時(shí)間一般不超過(guò)0.1到0.5秒。
具體地講，在步驟(5)和步驟(6)中，用ELSI值乘以線路當(dāng)前傳輸?shù)囊曉诠β蔛ij，可近似估算線路的最大傳輸容量，因此，(ELSI-1)×Sij表示了當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)下的線路載荷裕度。線路載荷裕度越小，該線路就越靠近電壓穩(wěn)定極限，因而是系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性最薄弱的線路，其末端節(jié)點(diǎn)j也就是系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性最薄弱的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)最薄弱線路的ELSI值逼近1.0時(shí)，線路載荷接近其最大傳輸極限，系統(tǒng)也接近了其最大傳輸極限，此時(shí)，需啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。在該步驟中，在所述擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI值逼近1.0時(shí)，緊急保護(hù)控制的具體啟動(dòng)值可根據(jù)不同系統(tǒng)情況選擇不同的適當(dāng)?shù)膯?dòng)值，例如，通?？扇LSI＝1.02～1.05。
進(jìn)一步講，在運(yùn)用上述兩種方法的實(shí)施系統(tǒng)中，包括至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)和根據(jù)兩種方法之一或兩種方法編制的計(jì)算機(jī)程序。顯然，所述計(jì)算機(jī)是指可以執(zhí)行這些計(jì)算的任何計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)程序是指可以執(zhí)行這些計(jì)算的用任何計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編制的程序。
本發(fā)明所提出的兩種線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(BLSI和ELSI)及其實(shí)時(shí)識(shí)別電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的方法，不僅能通過(guò)使用同步的PMU量測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)方式的實(shí)施，而且也能在現(xiàn)有電力公司控制中心的SCADA和EMS系統(tǒng)中進(jìn)行在線實(shí)施。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠全面、準(zhǔn)確地理解本發(fā)明，下面再根據(jù)上述具體實(shí)施方式
，分3個(gè)小節(jié)，對(duì)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI和擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的推導(dǎo)過(guò)程；過(guò)濾無(wú)效數(shù)據(jù)的方法；對(duì)電阻Rij、電抗Xij和對(duì)地導(dǎo)納Y的實(shí)時(shí)估計(jì)方法；以及擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的應(yīng)用細(xì)節(jié)等作出更加詳細(xì)的披露和舉例。
I.基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI 本部分將首先對(duì)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI(basic line stability index)進(jìn)行推導(dǎo)，因?yàn)樵撝笜?biāo)包含了本發(fā)明所提方法的基本概念。
在任何復(fù)雜輸電系統(tǒng)中，只要有一條線路(支路)的負(fù)載水平超過(guò)其最大傳輸容量，系統(tǒng)就會(huì)失去電壓穩(wěn)定。在某一系統(tǒng)狀態(tài)下，線路的最大傳輸容量可通過(guò)如下準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行確定在送端節(jié)點(diǎn)電壓存在的情況下，由于足夠大的線路載荷水平以及線路阻抗而使得受端節(jié)點(diǎn)電壓不存在數(shù)值解的話，則該線路載荷水平達(dá)到了線路的最大傳輸容量。也就是說(shuō)，如果任一條線路失去電壓穩(wěn)定，則整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)在該狀態(tài)發(fā)生電壓崩潰。
圖1給出了環(huán)網(wǎng)輸電系統(tǒng)中線路(支路)的π型等值模型，其中，Rij+jXij是線路阻抗，Y是對(duì)地導(dǎo)納的一半，Vi∠θi和Vj∠θj則分別是送端節(jié)點(diǎn)i和受端節(jié)點(diǎn)j的電壓相量，Pi+jQi和Pi+jQ*i分別是包括和不包括節(jié)點(diǎn)i處充電無(wú)功的線路功率，Pij+jQ*ij和Pij+jQij分別是包括和不包括節(jié)點(diǎn)j處充電無(wú)功的線路功率，Qi0和Qj0則分別表示送端節(jié)點(diǎn)和受端節(jié)點(diǎn)處的充電無(wú)功。在實(shí)際應(yīng)用中，雖然通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)只能量測(cè)出Pi、Qi、Pij和Qij，但是通過(guò)Qi、Qij和充電無(wú)功是可以很容易計(jì)算出Q*i和Q*ij的。另外，盡管充電無(wú)功是沿線產(chǎn)生的，但總充電無(wú)功可以由Qi和Qij之差再減去線路無(wú)功損耗來(lái)求得。在以下關(guān)于BLSI的推導(dǎo)中，就使用節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B之間的線路功率Pi+jQ*i和Pij+jQ*ij來(lái)表示出電壓穩(wěn)定性與線路參數(shù)及其線路載荷水平之間的簡(jiǎn)單關(guān)系。在第III節(jié)中將詳細(xì)討論如何利用量測(cè)量Qi和Qij來(lái)獲取Q*i和Q*ij的值。請(qǐng)注意，本說(shuō)明書中，所有量的單位是用的標(biāo)幺值，有功和無(wú)功功率是指的三相之和的量，而電壓是指的線電壓。
Pij+jQ*ij的線路功率方程可表示為 (1) 其中，符號(hào)表示共軛運(yùn)算。
整理式(1)，并分成實(shí)部和虛部，可得 其中，θji＝θj-θi。
消去方程(2)和(3)中的相角變量，就可以得到如下關(guān)于Vj2的雙二次方程 (4) 當(dāng)式(4)的判別式大于或等于0時(shí)，即 (5) 式(4)有如下的兩個(gè)解 (6) 因?yàn)樗? 因此，為了保證式(6)中的Vj有兩個(gè)正數(shù)解，則下式必須成立 從而，式(5)就可表示為 式(8)中的指標(biāo)BLSI具有如下特性 ·在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，為了確保受端節(jié)點(diǎn)電壓Vj存在可運(yùn)行的數(shù)值解，則BLSI必須大于或等于1.0。
·當(dāng)BLSI等于1.0時(shí)，式(6)的兩個(gè)正數(shù)解相等，這表明線路受端節(jié)點(diǎn)的電壓到達(dá)了PV曲線鼻尖點(diǎn)或者說(shuō)線路(支路)達(dá)到了其最大傳輸容量。
·BLSI能辨識(shí)系統(tǒng)中的薄弱線路(支路)和薄弱節(jié)點(diǎn)(薄弱線路的受端節(jié)點(diǎn))。線路指標(biāo)BLSI越接近1.0，該線路就越薄弱。理論上說(shuō)，該指標(biāo)也能用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定性，只要系統(tǒng)中至少有一條線路的BLSI足夠接近于1.0，就表明系統(tǒng)達(dá)到了崩潰點(diǎn)。
·當(dāng)BLSI大于1.0時(shí)，可以用BLSI×Sij近似估算線路的最大傳輸容量，其中因此，(BLSI-1)×Sij表示了當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)的線路載荷裕度。在BLSI＝1.0時(shí)線路最大傳輸容量的估算是精確的，而在BLSI＞1.0時(shí)其估算是近似的，這是因?yàn)樵贐LSI＝1.0和BLSI＞1.0時(shí)Vi的大小是不相同的。BLSI指標(biāo)越靠近1.0，其線路最大傳輸容量的估算就越精確。即使近似估算值也是有用處的。當(dāng)BLSI遠(yuǎn)大于1.0時(shí)，系統(tǒng)本身是很安全的，因而此時(shí)估算的誤差相對(duì)大一些是可以接受的。而當(dāng)BLSI接近1.0時(shí)，系統(tǒng)向崩潰點(diǎn)靠近，此時(shí)的估算值則是精確的。
II.擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI 在第I節(jié)中給出了如何推導(dǎo)和使用基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)的基本概念。然而，盡管BSLI指標(biāo)能辨識(shí)薄弱線路(支路)和薄弱節(jié)點(diǎn)，但是在進(jìn)行系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定辨識(shí)時(shí)，其精確度是不夠的。這是因?yàn)锽LSI只考慮單個(gè)線路而忽略了系統(tǒng)其余部分對(duì)該線路電壓及功率的影響。也就是說(shuō)，在線路功率到達(dá)線路送端節(jié)點(diǎn)并能在隨后流過(guò)線路之前，其必須要通過(guò)外部阻抗。本部分將給出擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的推導(dǎo)過(guò)程。ELSI是一種基于BLSI的改進(jìn)指標(biāo)，同時(shí)包括了線路本身及線路外系統(tǒng)其余部分的影響。
線路i-j以外的系統(tǒng)可用等值電壓源Ek∠θk和等值阻抗Zki來(lái)等值表達(dá)。這意味著只要我們能計(jì)算出等值Ek∠θk和Zki以取代線路以外的系統(tǒng)，并使得等值前后節(jié)點(diǎn)i和j的電壓(幅值和相角)以及線路i-j的功率(有功和無(wú)功)保持一樣的話，則Ek∠θk和Zki就能準(zhǔn)確地模擬線路以外的系統(tǒng)。該外部系統(tǒng)包括線路送端節(jié)點(diǎn)之前和受端節(jié)點(diǎn)之后的整個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)。圖2顯示了外部系統(tǒng)的等值圖。請(qǐng)注意，在線路送端節(jié)點(diǎn)處，充電無(wú)功的對(duì)地支路已經(jīng)被包括進(jìn)等值阻抗Zki中了。Zki是線路i-j的功率在到達(dá)送端節(jié)點(diǎn)前所經(jīng)過(guò)的阻抗。因?yàn)橥獠肯到y(tǒng)包括很多環(huán)網(wǎng)和并行支路，所以外部系統(tǒng)的等值阻抗Zki一般都小于線路阻抗。
設(shè)Zij＝Rij+jXij，可以得到 因此， 其中，θki＝θk-θi，θji＝θj-θi。
從而， 式(11)可表示為 由式(12)可得 Ek∠θki＝Vj∠θji+K·(Vi-Vj∠θji)(13) 假定有兩個(gè)潮流狀態(tài)是可用的，其分別用下標(biāo)1和2進(jìn)行標(biāo)注，則 Ek∠θki＝Vj1∠θji1+K·(Vi1-Vj1∠θji1) (14) Ek∠θki＝Vj2∠θji2+K·(Vi2-Vj2∠θji2) (15) 求解方程(14)和(15)可得 (16) 通過(guò)式(16)就可以計(jì)算出K。一旦K已知，就能由式(12)和(13)計(jì)算出Ek∠θki和Zkj。
在節(jié)點(diǎn)k和j之間的擴(kuò)展線路中，節(jié)點(diǎn)i和j之間的部分是實(shí)際線路i-j，而節(jié)點(diǎn)k和i之間的部分則是不包括線路i-j的外部系統(tǒng)的等值。在該擴(kuò)展線路中，線路i-j的功率產(chǎn)生于等值電壓源Ek，其必須先經(jīng)過(guò)等值阻抗Zki才能傳輸?shù)綄?shí)際線路的送端節(jié)點(diǎn)，在通過(guò)阻抗為Zij的實(shí)際線路之后再到達(dá)其送端節(jié)點(diǎn)j。等值電壓源電壓和等值阻抗能使得節(jié)點(diǎn)電壓和線路功率與等值前的一樣。因此，類似于第I節(jié)中BLSI的推導(dǎo)，可以得到能求取擴(kuò)展線路最大傳輸容量的線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI，其計(jì)及了外部系統(tǒng)的影響。把式(8)中的Vi和Rij+jXij分別替換為Ek和Zkj＝Rkj+jXkj就得到了ELSI的計(jì)算公式，其具體可表示為 值得注意的是 ·指標(biāo)ELSI既考慮了線路本身的影響又考慮了外部系統(tǒng)的影響，因而更加準(zhǔn)確。而B(niǎo)LSI只計(jì)及了線路自身的影響，其達(dá)不到足夠的精確性。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)使用ELSI來(lái)辨識(shí)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性以及薄弱線路(支路)與薄弱節(jié)點(diǎn)。
·相對(duì)而言，BLSI也是可以辨識(shí)薄弱線路(支路)和薄弱節(jié)點(diǎn)以及提供關(guān)于線路本身的最大傳輸容量信息的。
·指標(biāo)ELSI能用于任何線路中，包括受端節(jié)點(diǎn)無(wú)負(fù)荷的線路(例如，可經(jīng)常引起電壓不穩(wěn)定問(wèn)題的聯(lián)絡(luò)線或者其它重負(fù)載支路)。在系統(tǒng)中，總是最薄弱的線路和節(jié)點(diǎn)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。
·需要強(qiáng)調(diào)的是，在擴(kuò)展線路指標(biāo)中所使用的等值電壓源和等值阻抗是完全不同于戴維南等值電壓源和等值阻抗的。顯然，在上述方法中根本沒(méi)有戴維南等值負(fù)荷的概念，而且與戴維南等值負(fù)荷所不同是，線路阻抗并沒(méi)有與等值電壓源的另一端相連。此外，等值電壓源Ek∠θki的相角θki＝θk-θi是兩節(jié)點(diǎn)電壓相角的差，而不是單個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓相角。特別地，當(dāng)線路到達(dá)電壓崩潰點(diǎn)時(shí)，等值阻抗Zki也不會(huì)等于線路阻抗Zij。
·有些類似于但不同于基于戴維南定理的節(jié)點(diǎn)指標(biāo)方法，在計(jì)算等值電壓源電壓Ek和阻抗Zki時(shí)需要兩個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)，這將會(huì)給計(jì)算帶來(lái)相對(duì)較小但可以接受的誤差。從式(12)、(13)和(16)我們可以看出，計(jì)算誤差只與K有關(guān)，而K對(duì)估算Ek和Zki的影響只是其中的一小部分。也就是說(shuō)，Zki只是整個(gè)擴(kuò)展線路阻抗Zkj的一部分，而在大多數(shù)情況下，Zki是小于實(shí)際線路阻抗Zij的，因此Zij起著主導(dǎo)的作用，并且在實(shí)時(shí)應(yīng)用中，其值可由PMU量測(cè)信息來(lái)準(zhǔn)確進(jìn)行估計(jì)，具體見(jiàn)下面的第III節(jié)。可見(jiàn)，由兩系統(tǒng)狀態(tài)假定條件所引入的計(jì)算誤差應(yīng)該是遠(yuǎn)小于基于戴維南定理的方法的。
·與BLSI一樣，利用ELSI可計(jì)算出擴(kuò)展線路的載荷裕度(ELSI-1)×Sij。
III.電壓不穩(wěn)定性實(shí)時(shí)辨識(shí)的實(shí)施 所提出的指標(biāo)和方法不僅能通過(guò)使用同步的PMU量測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)方式的實(shí)施，而且也能在現(xiàn)有電力公司控制中心的SCADA和EMS系統(tǒng)中進(jìn)行在線實(shí)施。
A.使用同步PMU量測(cè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)施時(shí)的基本任務(wù) 所提方法的有吸引力的優(yōu)點(diǎn)之一就是BLSI或ELSI指標(biāo)計(jì)算只需要送端節(jié)點(diǎn)電壓幅值、受端節(jié)點(diǎn)線路功率和線路參數(shù)，而這些數(shù)據(jù)均可以很容易地通過(guò)同步PMU量測(cè)系統(tǒng)獲取[17]。PMU裝置安裝在需要監(jiān)測(cè)的重要線路兩端，包括聯(lián)絡(luò)線、重負(fù)載遠(yuǎn)距離傳輸線、長(zhǎng)距離輻射線和其它重要線路。近年來(lái)，不管是在發(fā)達(dá)國(guó)家還是在發(fā)展中國(guó)家，PMU技術(shù)都已被迅速應(yīng)用于電力工業(yè)中[18，19]。目前PMU還只是應(yīng)用在相量監(jiān)測(cè)和改進(jìn)EMS狀態(tài)估計(jì)的功能上。而本發(fā)明將把PMU的應(yīng)用推廣到同時(shí)地實(shí)時(shí)辨識(shí)系統(tǒng)最薄弱線路及其節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定性，并保護(hù)系統(tǒng)以避免其發(fā)生電壓崩潰。
方法的實(shí)時(shí)實(shí)施不是直接而簡(jiǎn)單地使用PMU量測(cè)信息就可以了。它包括如下三個(gè)基本任務(wù) (1)PMU的采樣數(shù)據(jù)(電壓幅值、電壓相角、有功和無(wú)功功率)有可能是無(wú)效數(shù)據(jù)。PMU裝置故障或者通訊設(shè)備失效都會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的量測(cè)數(shù)據(jù)，而PMU不一定能對(duì)其進(jìn)行識(shí)別。特別是，PMU對(duì)那些只涉及量測(cè)精度而產(chǎn)生的誤差則是根本無(wú)法自身辨識(shí)的。對(duì)無(wú)效量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)和過(guò)濾是應(yīng)用中必須首先要解決的問(wèn)題。
(2)PMU不能直接量測(cè)出線路(支路)的參數(shù)(線路電阻、線路電抗和代表線路充電無(wú)功的電納)。而這些參數(shù)是隨著周圍環(huán)境和氣候(如溫度)的變化而變化的。因此，需要對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)。已有的方法使用固定的參數(shù)值，顯然是不合理的。
(3)一旦濾除掉無(wú)效量測(cè)量以及實(shí)時(shí)估計(jì)出線路參數(shù)后，就可以使用最近的量測(cè)量計(jì)算出所有監(jiān)測(cè)線路的實(shí)時(shí)指標(biāo)BLSI或ELSI。取出最小的BLSI或ELSI，該值就表示了系統(tǒng)離電壓崩潰點(diǎn)的距離，其所對(duì)應(yīng)的線路(支路)和節(jié)點(diǎn)就是導(dǎo)致系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定的最薄弱線路和最薄弱節(jié)點(diǎn)。下面以ELSI為例加以敘述。
在以下的討論中，使用圖1的π型等值圖來(lái)解釋相關(guān)的應(yīng)用過(guò)程。一般情況下，該等值是足夠精確的。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中如果需要的話，也可以容易地把下面討論的無(wú)效數(shù)據(jù)過(guò)濾以及參數(shù)估計(jì)的概念推廣到使用線路的多個(gè)π型等值電路中。
Vi、θi、Vj、θj、Pi、Qi、Pij和Qij分別是線路兩端的節(jié)點(diǎn)電壓(幅值和相角)和線路功率(有功和無(wú)功功率)，這些數(shù)據(jù)均可以直接由PMU實(shí)時(shí)量測(cè)信息得到。(請(qǐng)注意量測(cè)信息的最初數(shù)據(jù)可以是電壓相量和電流相量，但經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換就能得到線路功率)。在指定時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算所有監(jiān)測(cè)線路的參數(shù)(Rij、Xij與Y)和實(shí)時(shí)指標(biāo)ELSI，例如，每2～5分鐘估計(jì)一次線路參數(shù)，而每5秒鐘計(jì)算一次擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI。PMU裝置每秒能采樣10～30個(gè)系統(tǒng)的同步相量數(shù)據(jù)，甚至更多，因此，在以上的間隔時(shí)間內(nèi)是有足夠多的數(shù)據(jù)可用的。其實(shí)波形采樣每秒可達(dá)3000或更多個(gè)采樣點(diǎn)。在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)(如超過(guò)半小時(shí))，參數(shù)Rij、Xij與Y是隨著線路周圍環(huán)境和氣候條件的變化而變化的。而與電壓相量和線路(支路)功率相量所不同的是，參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)(幾分鐘內(nèi))是十分穩(wěn)定的，即在短時(shí)間內(nèi)是相對(duì)不變的，即使要變也只是微小的變化。從而，對(duì)參數(shù)估計(jì)存在如下兩方面的考慮。首先是在給定時(shí)間間隔內(nèi)需要重新對(duì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，其次是可以利用參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定性來(lái)過(guò)濾無(wú)效的量測(cè)量。
B.過(guò)濾無(wú)效數(shù)據(jù) 在給定時(shí)間間隔內(nèi)可以獲取很多組采樣數(shù)據(jù)(量測(cè)量)。對(duì)于每一組數(shù)據(jù)，均采用如下的過(guò)濾方法進(jìn)行處理 1.以Rij、Xij與Y的前一次估計(jì)值為參考。
2.用下式計(jì)算充電無(wú)功功率 3.點(diǎn)A和B之間的線路等值無(wú)功功率可由下式進(jìn)行計(jì)算 4.線路無(wú)功損耗可估算為 分別從A和B兩點(diǎn)來(lái)對(duì)無(wú)功損耗進(jìn)行估算，式(24)給出了這兩點(diǎn)估算的平均值。
5.利用節(jié)點(diǎn)i和j的無(wú)功量測(cè)量以及線路無(wú)功損耗的估算值來(lái)更新參數(shù)Y 指定過(guò)濾數(shù)據(jù)的門檻值。該門檻值要慮PMU的量測(cè)精度、量測(cè)量與Y之間的誤差傳遞關(guān)系以及給定的短時(shí)間內(nèi)Y可能的微小變化，而這些信息是能通過(guò)測(cè)試和預(yù)估來(lái)確定的。例如，如果指定門檻值為5％，則當(dāng)Y(new)大于1.05×Y(old)或者小于0.95×Y(old)時(shí)，就把該組量測(cè)量(Vi、θi、Vj、θj、Pi、Qi、Pij和Qij)當(dāng)成不可靠數(shù)據(jù)舍棄掉，其中Y(old)是Y的上一次估計(jì)值。
6.受端節(jié)點(diǎn)的等值充電無(wú)功功率可更新為 7.受端節(jié)點(diǎn)的線路無(wú)功功率(去除充電無(wú)功后的值)可更新為 8.由式(2)和(3)可估算出參數(shù)Rij和Xij。設(shè) 由式(28)和(29)可推導(dǎo)出 同樣，也要指定一個(gè)過(guò)濾數(shù)據(jù)的門檻值。該門檻值要考濾到PMU量測(cè)的精度、量測(cè)量與Rij或Xij之間的誤差傳遞關(guān)系以及短時(shí)間內(nèi)Rij或Xij可能的微小變化，而這些信息是能通過(guò)測(cè)試和預(yù)估來(lái)確定的。例如，如果指定門檻值為5％，則當(dāng)Rij(new)大于1.05×Rij(old)或小于0.95×Rij(old)時(shí)，或者當(dāng)Xij(new)大于1.05×Xij(old)或小于0.95×Xij(old)時(shí)，就把該組量測(cè)量(Vi、θi、Vj、θj、Pi、Qi、Pij和Qij)當(dāng)成不可靠數(shù)據(jù)舍棄掉，其中Rij(old)和Xij(old)分別是Rij和Xij的上一次估計(jì)值。
如果可靠的量測(cè)數(shù)據(jù)(即經(jīng)過(guò)濾后的數(shù)據(jù))的組數(shù)少于某一給定值(如10)，則需要使用更多的采樣數(shù)據(jù)直至可靠數(shù)據(jù)的組數(shù)達(dá)到給定值為止。在個(gè)別情況下，如果給定時(shí)間間隔內(nèi)的所有量測(cè)數(shù)據(jù)組均被識(shí)別為無(wú)效數(shù)據(jù)而舍棄掉了的話，則應(yīng)給運(yùn)行人員發(fā)出警告信息。如果連續(xù)地出現(xiàn)警告信息，則表明相應(yīng)線路的PMU裝置可能有問(wèn)題。
C.Rij、Xij和Y的估計(jì) 在以上第B部分中，均是使用某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的單組采樣數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)參數(shù)的，并利用所估算的參數(shù)來(lái)濾除掉無(wú)效數(shù)據(jù)。為了使得誤差最小，應(yīng)該使用多組采樣數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)參數(shù)進(jìn)行重新估計(jì)。假定數(shù)據(jù)過(guò)濾后所得到的可靠數(shù)據(jù)有M組。
使用過(guò)濾處理后的M組可靠數(shù)據(jù)就能獲取M個(gè)關(guān)于Y的估計(jì)值，這M個(gè)數(shù)的平均值就可以作為參數(shù)Y的最后估計(jì)值，即 (32) 其中，Yk(new)是由式(25)計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)于過(guò)濾處理后第k組可靠量測(cè)數(shù)據(jù)的估計(jì)值。
同樣，使用過(guò)濾處理后的M組可靠數(shù)據(jù)也能獲取M個(gè)關(guān)于Rij或Xij的估計(jì)值，這M個(gè)數(shù)的平均值就可以作為參數(shù)Rij或Xij的新估計(jì)值，即 (33) 其中，Rijk(new)和Xijk(new)分別是由式(30)和(31)計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)于過(guò)濾處理后第k組可靠量測(cè)數(shù)據(jù)的估計(jì)值。
可由如下式子計(jì)算出Rij(estim)和Xij(estim)的標(biāo)準(zhǔn)差 如果Rij(sd)/Rij(estim)或者Xij(sd)/Xij(estim)大于門檻值(以百分?jǐn)?shù)表示)的話，就舍棄掉由式(33)和(34)所得到的估計(jì)值，并用如下方法再次重新估計(jì)Rij和Xij。一般選擇過(guò)濾數(shù)據(jù)門檻值(見(jiàn)部分B的步驟8)的一半作為該次估算中的上述門檻值。
式(28)和(29)可表示為 Rij+cXij＝d(37) Rij+eXij＝f(38) 其中， (41) 基于M組可靠的量測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)式(37)應(yīng)用最小二乘法可得 (44) 其中， (45) 同樣地，基于M組可靠的量測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)式(38)應(yīng)用最小二乘法可得 (49) 其中， (53) (54) 下標(biāo)k代表對(duì)應(yīng)于過(guò)濾處理后第k組可靠量測(cè)數(shù)據(jù)的量。
Rij和Xij的重新估計(jì)值為 在高壓輸電系統(tǒng)中，Rij要遠(yuǎn)小于Xij，而Rij一般都遠(yuǎn)大于Q*ij。因此在計(jì)算Rij時(shí)式(37)有可能比式(38)更精確，而對(duì)于計(jì)算Xij·，則是式(38)有可能比式(37)更精確。在實(shí)際應(yīng)用中，可采用如下方法先使用以上所描述的基于式(37)和(38)的方法，當(dāng)Rij1(estim)和Rij2(estim)之間的差或者Xij1(estim)和Xij2(estim)之間的差超過(guò)了給定的門檻值(以相對(duì)百分比表示)時(shí)，則就直接把Rij1(estim)和Xij2(estim)作為最終的估計(jì)值。
輸電潮流計(jì)算中均采用單相模型，因此，以上推導(dǎo)過(guò)程是基于輸電系統(tǒng)三相對(duì)稱的特性所給出的。與SCADA量測(cè)系統(tǒng)相類似，PMU裝置分別采樣A、B和C相的量測(cè)量，因此各相之間的數(shù)據(jù)會(huì)存在細(xì)微差別。先用量測(cè)的電壓相量和電流相量計(jì)算出各相的線路功率，然后對(duì)其求和就得到了三相總的線路功率?？刹捎萌缦聝蓚€(gè)方法來(lái)獲取計(jì)算中所需的電壓相量和線路參數(shù) (1)使用A、B和C三相所量測(cè)的電壓幅值和相角的各自平均值，或者使用量測(cè)精度最高的那一相(如A相)的量測(cè)的電壓幅值和相角。這是現(xiàn)有EMS能量管理系統(tǒng)中經(jīng)常采用的方法。
(2)使用A、B和C三相的電壓相量和三相總功率來(lái)估計(jì)出三組線路參數(shù)，并取這三組估計(jì)值的平均值作為最終的參數(shù)估計(jì)值。
D.指標(biāo)ELSI的計(jì)算 所有PMU量測(cè)量均標(biāo)有時(shí)間信息。對(duì)于所監(jiān)測(cè)的每一條線路，使用濾除掉無(wú)效數(shù)據(jù)后的可靠量測(cè)數(shù)據(jù)組來(lái)計(jì)算指標(biāo)ELSI。正常情況下，在一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi)，如每隔2～5分鐘，估算一次Rij和Xij，而在更短的時(shí)間間隔內(nèi)，如每隔5秒，就計(jì)算一次ELSI。如果在5秒間隔期間內(nèi)發(fā)生故障，則在故障后立即計(jì)算ELSI。在計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI時(shí)使用Rij和Xij的最近的估計(jì)值。ELSI的計(jì)算十分簡(jiǎn)單，一般可以在0.1～0.5秒內(nèi)完成計(jì)算ELSI的任務(wù)。正如第II節(jié)所提到的那樣，在計(jì)算等值電壓源的電壓和等值阻抗時(shí)需要兩個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的量測(cè)量。當(dāng)這兩個(gè)狀態(tài)靠得太近以至于它們的量測(cè)的電壓和線路功率之間不存在有效差別時(shí)，就跳過(guò)第二個(gè)狀態(tài)而選用下一個(gè)狀態(tài)，直至兩狀態(tài)之間出現(xiàn)有效差別為止。如果當(dāng)前整個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的任意兩個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)都不存在有效差別的話，則把前一次時(shí)間間隔內(nèi)的最終ELSI作為當(dāng)前指標(biāo)。這是因?yàn)椋趯?shí)際運(yùn)行中當(dāng)兩個(gè)狀態(tài)之間沒(méi)有有效差別的話，系統(tǒng)是不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定問(wèn)題的?？梢?jiàn)，在所給的時(shí)間間隔內(nèi)可能會(huì)有一個(gè)或者多個(gè)擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI值，這取決于該時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)狀態(tài)的差別有多大以及是否有故障出現(xiàn)。
E.應(yīng)用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI 電力系統(tǒng)在正常狀態(tài)運(yùn)行時(shí)只有小的擾動(dòng)出現(xiàn)，如負(fù)荷和/或發(fā)電量的緩慢變化。當(dāng)然，小擾動(dòng)的累積影響也可能會(huì)使得系統(tǒng)逐步向崩潰點(diǎn)靠近?？墒褂弥笜?biāo)ELSI來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)薄弱線路和薄弱節(jié)點(diǎn)，并預(yù)測(cè)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)離電壓不穩(wěn)定點(diǎn)的距離。
在某一故障發(fā)生時(shí)(例如，一個(gè)重要系統(tǒng)元件失效)，有如下兩種情況 (1)故障后系統(tǒng)仍是電壓穩(wěn)定的，大多數(shù)故障屬于該種情況。此時(shí)，計(jì)算故障前后的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI。故障后的ELSI值會(huì)有一個(gè)突然的下降，但是仍是大于1.0的。故障后指標(biāo)值與1.0之間的差就提供了當(dāng)前系統(tǒng)距離崩潰點(diǎn)有多遠(yuǎn)的信息，由此，運(yùn)行人員可判定是否需要采取措施來(lái)避免可能的電壓崩潰。
(2)故障后系統(tǒng)失去電壓穩(wěn)定，這是很少有的情況。此時(shí)，可用如下兩種辦法來(lái)使用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI (a)故障后的緊急保護(hù)控制。使用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI來(lái)啟動(dòng)削負(fù)荷或發(fā)電量的緊急保護(hù)控制方案以避免電壓崩潰。通常，電壓失穩(wěn)過(guò)程要持續(xù)至少幾秒或者更長(zhǎng)時(shí)間。其部分原因是因?yàn)樵陔妷核p過(guò)程中，最薄弱線路和節(jié)點(diǎn)附近的負(fù)荷也會(huì)跟著減少，這就減緩了系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的進(jìn)程。需要在故障后立即計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI(而不是要等到通常給定的時(shí)間間隔才計(jì)算)，該計(jì)算能在0.1～0.5秒內(nèi)完成，這就使得我們完全可以在系統(tǒng)真正崩潰前就啟動(dòng)削負(fù)荷或發(fā)電量的緊急保護(hù)控制方案。
(b)故障前的預(yù)防控制。可以把擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI和EMS系統(tǒng)中的研究模式分析或離線分析結(jié)合起來(lái)。一個(gè)故障對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的門檻值可以在研究模式分析或離線分析中通過(guò)連續(xù)潮流的計(jì)算來(lái)獲取。當(dāng)擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的實(shí)時(shí)值達(dá)到了門檻值時(shí)，運(yùn)行人員就應(yīng)該做出決策他/她要么不采取任何控制手段而只是使緊急保護(hù)控制方案進(jìn)入隨時(shí)可動(dòng)作的狀態(tài)，當(dāng)然這樣做，會(huì)有一點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)；要么他/她就采取預(yù)防控制措施。預(yù)防控制措施包括對(duì)兩類線路的傳輸功率進(jìn)行縮減，一類就是擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI接近門檻值的薄弱線路，另一類就是其失效會(huì)引起薄弱線路傳輸功率超過(guò)其最大容量限制的線路。
F.基于現(xiàn)有SCADA和EMS的應(yīng)用 即使系統(tǒng)中沒(méi)有安裝足夠的PMU裝置，所提方法和擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI仍能在現(xiàn)有控制中心的EMS能量管理系統(tǒng)中得以應(yīng)用。因?yàn)镾CADA系統(tǒng)不能采樣相角數(shù)據(jù)，而其他所采樣的數(shù)據(jù)也不是同步量測(cè)量，因此不能直接使用從SCADA得到的量測(cè)量。然而，經(jīng)過(guò)基于SCADA量測(cè)量的狀態(tài)估計(jì)以及接下來(lái)的潮流計(jì)算之后，我們就能獲取包括節(jié)點(diǎn)電壓(幅值和相角)和線路功率(有功和無(wú)功)在內(nèi)的在線系統(tǒng)狀態(tài)信息?，F(xiàn)有的大多數(shù)EMS能量管理系統(tǒng)都是至少每4分鐘進(jìn)行一次在線潮流計(jì)算。在這種應(yīng)用中，不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)濾處理(狀態(tài)估計(jì)本身是SCADA數(shù)據(jù)的過(guò)濾過(guò)程)，也不需要(其實(shí)也不可能)對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。盡管基于SCADA和EMS信息的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI精確性比基于PMU的要低，但仍然能夠?qū)ο到y(tǒng)電壓不穩(wěn)定性和薄弱線路及薄弱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 由于連續(xù)潮流法已被工業(yè)界接受為研究電壓穩(wěn)定的參考方法，因此本發(fā)明采用連續(xù)潮流法來(lái)對(duì)所提方法和擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI進(jìn)行測(cè)試分析。在測(cè)試中，把大量潮流計(jì)算所得的電壓和線路功率作為“量測(cè)量”。測(cè)試系統(tǒng)包括4個(gè)IEEE系統(tǒng)、一個(gè)中國(guó)實(shí)際電網(wǎng)系統(tǒng)和加拿大BCTC公司負(fù)責(zé)其運(yùn)行與規(guī)劃的實(shí)際輸電系統(tǒng)。在不同條件下總共考慮了30多個(gè)算例，這些不同條件包括在某些節(jié)點(diǎn)或所有節(jié)點(diǎn)增加負(fù)荷、增加發(fā)電量、考慮或不考慮發(fā)電機(jī)運(yùn)行極限等。所有測(cè)試算例均表明在系統(tǒng)崩潰點(diǎn)處至少有一條線路或者幾條線路的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI接近1.0(通常，最小的ELSI小于1.01)。而在系統(tǒng)潮流離發(fā)散點(diǎn)很遠(yuǎn)的系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，所有監(jiān)測(cè)線路的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI都遠(yuǎn)大于1.0。仿真結(jié)果說(shuō)明本發(fā)明突出地解決了電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)判定問(wèn)題，具有重大應(yīng)用價(jià)值。
本部分只給出其中的兩個(gè)例子來(lái)表明本發(fā)明的可行性和有效性。
A.IEEE 30節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng) 圖3給出了IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的單線圖。在節(jié)點(diǎn)30處同時(shí)增加有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷。采用現(xiàn)有商業(yè)軟件進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算。
在仿真結(jié)果中，我們可以觀察到如下現(xiàn)象 ·在沒(méi)有增加負(fù)荷時(shí)，所有線路的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI均位于2.4到30.0之間，可見(jiàn)它們是遠(yuǎn)大于1.0的。
·隨著負(fù)荷的增加，線路27-30和線路29-30的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI逐漸下降，并在崩潰點(diǎn)處逼近1.0。在整個(gè)過(guò)程中，線路27-30的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI從4.5134降到了1.0014，而線路29-30的則是從6.021降到了1.0024。
·除線路27-30和線路29-30的指標(biāo)外，在崩潰點(diǎn)處次靠近1.0就是線路27-29的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI，其值為1.0555。所有其它線路的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI在崩潰點(diǎn)處均位于1.25到3.0之間，是遠(yuǎn)大于1.0的，其中又屬線路28-27的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI最小。
·使用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI能準(zhǔn)確辨識(shí)出最薄弱線路27-30和線路29-30以及第二薄弱的線路27-29。當(dāng)這兩條最薄弱線路的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI非常接近1.0時(shí)，潮流發(fā)散，系統(tǒng)由于這兩條線路失去電壓穩(wěn)定而崩潰。
·節(jié)點(diǎn)30是兩條最薄弱線路的受端節(jié)點(diǎn)，因此其為最薄弱節(jié)點(diǎn)。在崩潰點(diǎn)處，節(jié)點(diǎn)27、29和30的電壓幅值分別為0.846、0.732和0.635(標(biāo)么值)。
·表1列出了四條線路(線路27-29、線路27-30、線路29-30和線路28-27)的ELSI計(jì)算結(jié)果。表中“Lambda”列給出的是負(fù)荷增加后相對(duì)于基荷10.6MW的倍數(shù)。可以看到，這四條線路的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI都隨著節(jié)點(diǎn)30負(fù)荷的增加而減少。
·圖4顯示了兩條最薄弱線路(線路27-30和線路29-30)的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI隨著節(jié)點(diǎn)30負(fù)荷的增加而變化的情況，其中負(fù)荷的增加以倍數(shù)的形式給出。
B.BCTC系統(tǒng) 該系統(tǒng)是在加拿大BCTC公司實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)，有15161個(gè)節(jié)點(diǎn)以及19403條支路，其中包括了部分美國(guó)西部網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)模型。由調(diào)度運(yùn)行分析知道，當(dāng)線路5L91停運(yùn)或跳閘時(shí)，線路5L92、5L96和5L98上所傳輸?shù)墓β示蜁?huì)增加很多。此外還知道，當(dāng)三個(gè)位于KCL、ALH和SEV的本地發(fā)電廠高輸出運(yùn)行時(shí)，如果線路5L91又跳閘的話，線路5L96可能會(huì)超出其傳輸容量而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰。這些已知的信息非常有利于測(cè)試出本發(fā)明方法和擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI的效果，因?yàn)楸景l(fā)明方法和擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI所得結(jié)果應(yīng)該與多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)是一致的。在如下四種情況中，均使用商業(yè)軟件來(lái)執(zhí)行系統(tǒng)連續(xù)潮流計(jì)算。
(1)在線路5L91運(yùn)行的正常狀態(tài)下，增加位于KCL、ALH和SEV的發(fā)電廠的發(fā)電輸出量以加重線路5L96的傳輸功率。此時(shí)，5L96應(yīng)有足夠的傳輸容量，系統(tǒng)也不應(yīng)該存在電壓崩潰問(wèn)題。
(2)線路5L91停運(yùn)，同樣增加位于KCL、ALH和SEV的發(fā)電廠的發(fā)電輸出量以加重線路5L92、5L96和5L98的傳輸功率，直到系統(tǒng)失去電壓穩(wěn)定為止。
(3)在線路5L91運(yùn)行的正常狀態(tài)下，增加位于KCL、ALH和SEV的發(fā)電廠的發(fā)電輸出量以加重線路5L96的傳輸功率。選擇線路5L91跳閘后系統(tǒng)會(huì)瀕臨電壓崩潰的時(shí)刻對(duì)其進(jìn)行跳閘。
(4)針對(duì)正常狀態(tài)下線路5L96的不同負(fù)荷水平，對(duì)線路5L91進(jìn)行跳閘，并檢查跳閘前后線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI。
表1四條線路的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI(隨著節(jié)點(diǎn)30負(fù)荷的增加而減少) 需要指出的是四種情況的運(yùn)行條件并不完全相同。在情況(1)和(2)中，已把在Nelway移相變壓器處向美國(guó)傳輸?shù)墓β试O(shè)定為0。而在在情況(3)和(4)中，在移相變壓器處向美國(guó)傳輸?shù)墓β蕸](méi)有固定，同時(shí)在線路5L96和5L98周圍的無(wú)功源支持要比前兩種情況大。當(dāng)移相變壓器處向美國(guó)傳輸?shù)墓β试O(shè)定為0時(shí)，增加的就地發(fā)電輸出量會(huì)基本上去加重5L96，5L98和5L92上的載荷，而當(dāng)移相變壓器處向美國(guó)傳輸?shù)墓β什还潭〞r(shí)，所增加的就地發(fā)電輸出量的一部分會(huì)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線流到美國(guó)系統(tǒng)，從而會(huì)稍微減少一點(diǎn)在這三條線路上的壓力。
情況(1)正常狀態(tài)下增加線路5L96傳輸功率的情況 表2和圖5給出了相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。從中可以看出，當(dāng)通過(guò)增加本地發(fā)電輸出以加重線路5L96的傳輸功率時(shí)，其擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI會(huì)隨之減少。但是，直到所有三個(gè)本地發(fā)電廠都基本滿發(fā)時(shí)，線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI仍還是遠(yuǎn)大于1.0。這表明在正常狀態(tài)下線路5L96和系統(tǒng)都不存在電壓失穩(wěn)問(wèn)題。
表2正常狀態(tài)下線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI(其隨著本地發(fā)電量的增加而減小) 情況(2)線路5L91停運(yùn)時(shí)增加線路5L96、5L92和5L98傳輸功率的情況 計(jì)算了8個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的潮流。通過(guò)增加三個(gè)本地發(fā)電廠的發(fā)電輸出量以加重線路5L96、5L92和5L98的負(fù)載水平，并以此來(lái)考察這三條線路的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI。在使用第III節(jié)的B小節(jié)所提出的過(guò)濾無(wú)效數(shù)據(jù)的方法后，對(duì)線路5L92，濾掉了8個(gè)潮流狀態(tài)中的3個(gè)，因?yàn)樵谶@3個(gè)潮流解中該線路兩端節(jié)點(diǎn)存在相對(duì)大的不平衡量，而對(duì)線路5L96和5L98，8個(gè)潮流狀態(tài)中沒(méi)有一個(gè)被濾除掉。
線路5L96、5L92和5L98的計(jì)算結(jié)果被分別顯示在表3、4和5以及圖6、7和8中。在潮流的臨界發(fā)散點(diǎn)處，線路5L96、5L92和5L98的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI分別等于1.0018、1.05719和1.74195。這表明，線路5L96失去電壓穩(wěn)定，線路5L92接近電壓失穩(wěn)點(diǎn)，而線路5L98不存在任何電壓穩(wěn)定問(wèn)題。顯然，系統(tǒng)崩潰是由于線路5L96上的功率超過(guò)其最大傳輸容量所導(dǎo)致的。這是由擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI所辨識(shí)的結(jié)果。注意，由計(jì)算結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，線路5L98的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI并不是隨著負(fù)載水平的提高而單調(diào)降低的(有上下波動(dòng))，這是因?yàn)樵诰€路5L98上的負(fù)載加重時(shí)，其受端節(jié)點(diǎn)附近的幾個(gè)無(wú)功電源對(duì)其進(jìn)行了電壓支撐。另外也可以看到，與例(1)中5L91沒(méi)有停運(yùn)的正常情況相比，在本地發(fā)電廠的發(fā)電輸出量小得多的時(shí)候，線路5L96上的載荷就達(dá)到了高得多的值。
表3線路5L91停運(yùn)時(shí)線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI (隨著本地發(fā)電量的增加而減小) 表4線路5L91停運(yùn)時(shí)線路5L92的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI(隨著本地發(fā)電量的增加而減小) 表5線路5L91停運(yùn)時(shí)線路5L98的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI(隨著本地發(fā)電量的增加而減小) 情況(3)正常狀態(tài)下對(duì)5L96進(jìn)行逐步加載，并在對(duì)應(yīng)于如果停運(yùn)5L91后5L96會(huì)達(dá)到臨界狀態(tài)的那個(gè)正常狀態(tài)點(diǎn)對(duì)線路5L91進(jìn)行跳閘 在正常狀態(tài)下，通過(guò)增加三個(gè)本地發(fā)電廠的發(fā)電輸出量來(lái)增加線路5L96的傳輸功率，并使得其負(fù)載水平達(dá)到1070MW。此時(shí)，對(duì)線路5L91進(jìn)行跳閘，則線路5L96的負(fù)載會(huì)突然提升到1879MW。線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI從跳閘前的1.89693降到了跳閘后的1.00217。盡管在跳閘后系統(tǒng)還能勉強(qiáng)運(yùn)行，但隨后即使只對(duì)線路5L96再增加8MW的載荷，潮流也會(huì)發(fā)散，從而系統(tǒng)崩潰。可見(jiàn)，ELSI能辨識(shí)出線路5L91突然跳閘后系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。請(qǐng)注意，該例中，由于在Nelway移相變壓器處向美國(guó)傳輸?shù)墓β蕸](méi)有固定，一部分功率可以流向美國(guó)系統(tǒng)，需要比例(2)情況中增加更多的就地發(fā)電廠的發(fā)電輸出量，才能使線路5L96上的載荷達(dá)到導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的水平。另外，與例(2)相比，由于本情況下周圍有較多的無(wú)功支持，線路5L96在系統(tǒng)崩潰時(shí)的最大傳送容量比在例(2)中的情況下要大一些。這也是下面例(4)中的情況。
表6和圖9給出了相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。
表6線路5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI(在線路5L91跳閘后陡降至1.00217) 情況(4)正常狀態(tài)下對(duì)5L96進(jìn)行逐步加載，并在5L96不同負(fù)載水平下對(duì)線路5L91進(jìn)行跳閘 (a)在正常狀態(tài)下對(duì)線路5L96進(jìn)行逐步加載，當(dāng)加到950MW左右時(shí)跳開(kāi)線路5L91。在線路5L91跳開(kāi)后，5L96的負(fù)載上升到1689MW。相應(yīng)地，5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI從2.33912降到了1.15887。5L91跳開(kāi)后系統(tǒng)仍能維持正常運(yùn)行。在5L91跳開(kāi)后繼續(xù)增加5L96的負(fù)載到1746MW，其ELSI也只是降到1.12773?？梢?jiàn)，該情況下在5L91跳閘前是不需要采取任何控制措施的。
(b)在正常狀態(tài)下對(duì)線路5L96進(jìn)行逐步加載，當(dāng)加到1079MW時(shí)跳開(kāi)線路5L91。在線路5L91跳開(kāi)后，5L96的負(fù)載上升到1888MW。相應(yīng)地，5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI從2.17068降到了1.01167。5L91跳開(kāi)后系統(tǒng)達(dá)到了臨界運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，再把SEV的發(fā)電輸出量增加5MW，使之從690MW提高到695MW，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生崩潰，盡管此時(shí)5L96的負(fù)載并沒(méi)有增加，但其擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI卻達(dá)到了1.00669?？梢?jiàn)，該情況下，在5L91跳閘前就應(yīng)該使切發(fā)電量緊急保護(hù)控制裝置處于預(yù)備啟動(dòng)狀態(tài)，以便在5L91跳閘后立即動(dòng)作，以防止系統(tǒng)出現(xiàn)電壓崩潰。
表7和圖10給出了相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。
表7在5L96兩個(gè)負(fù)載水平下跳開(kāi)5L91時(shí)5L96的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI
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1.通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，該方法是通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取實(shí)時(shí)的線路兩端節(jié)點(diǎn)(i、j)的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能來(lái)獲取在線的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，并通過(guò)基于局部網(wǎng)絡(luò)電壓相量和線路復(fù)功率實(shí)時(shí)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)值而算出的電壓穩(wěn)定指標(biāo)，來(lái)識(shí)別和判斷該電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和電壓穩(wěn)定性，其特征在于，所述基于局部網(wǎng)絡(luò)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)值的電壓穩(wěn)定指標(biāo)是基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(BLSI)，該指標(biāo)的計(jì)算公式為
式中Vi是線路首端節(jié)點(diǎn)的電壓幅值
Rij是線路i-j的電阻
Pij是線路受端節(jié)點(diǎn)的有功功率
Xij是線路i-j的電抗
Qij*是除去受端充電無(wú)功后的線路受端無(wú)功功率值
其中，BLSI＝1為電壓穩(wěn)定性臨界點(diǎn)；
該實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法包括如下步驟
(1)通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取運(yùn)用基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(BLSI)所需要的實(shí)時(shí)的量測(cè)量，包括線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值(Vi、Vj)和相角(θi、θj)以及線路的有功功率(Pi、Pij)和無(wú)功功率(Qi、Qij)；
或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，來(lái)獲取線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值(Vi、Vj)和相角(θi、θj)以及線路的有功功率(Pi、Pij)和無(wú)功功率(Qi、Qij)的估計(jì)值；
(2)在用PMU量測(cè)量時(shí)，利用線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，使用根據(jù)線路基本潮流方程，線路功率平衡關(guān)系和量測(cè)量計(jì)算線路參數(shù)的方法，計(jì)算出當(dāng)前量測(cè)量下的線路參數(shù)，包括線路的電阻(Rij)、電抗(Xij)和反映線路充電功率的對(duì)地導(dǎo)納(Y)；如果計(jì)算出的參數(shù)相比與前一次計(jì)算出的參數(shù)超過(guò)了根據(jù)線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)確定的百分比門檻值，則可判定本次測(cè)量的誤差過(guò)大，或者是無(wú)效測(cè)量，拋棄該次量測(cè)量，仍用前一次的量測(cè)量；反之，則接受該次量測(cè)量；
在用SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能時(shí)，線路參數(shù)從EMS能量管理系統(tǒng)直接獲取而不做在線預(yù)測(cè)，則不需要本步驟和步驟(3)；
(3)在給定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)；運(yùn)用步驟(2)中的方法獲得若干組(M)可靠的線路參數(shù)，以作為樣本參數(shù)來(lái)計(jì)算這若干組(M)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，若該標(biāo)準(zhǔn)差不大于所述線路參數(shù)的百分比門檻值的一定比例的標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，此時(shí)用這若干組(M)數(shù)據(jù)的平均值作為線路參數(shù)的最新估計(jì)值，若標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，則用本發(fā)明提出的針對(duì)線路參數(shù)估計(jì)的最小二乘估計(jì)方法，估計(jì)新的線路參數(shù)；
(4)在對(duì)應(yīng)線路中，在用PMU量測(cè)量時(shí)，根據(jù)步驟(3)中的新的線路參數(shù)估計(jì)值，以及所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的經(jīng)過(guò)濾后的可靠的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，或在用EMS能量管理系統(tǒng)時(shí)，用從該系統(tǒng)中直接獲取的線路參數(shù)，以及電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，計(jì)算出基于該模型的基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(BLSI)；
(5)根據(jù)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(BLSI)值實(shí)時(shí)辨識(shí)電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，具有最小基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值的線路是最薄弱線路，而最薄弱線路的受端節(jié)點(diǎn)是最薄弱節(jié)點(diǎn)；
(6)根據(jù)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(BLSI)值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定狀況，并在基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(BLSI)值逼近1.0時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，在運(yùn)用該方法的實(shí)施系統(tǒng)中，包括至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)和根據(jù)該方法編制的計(jì)算機(jī)程序。
3.通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，該方法同樣是通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取實(shí)時(shí)的線路兩端節(jié)點(diǎn)(i、j)的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能來(lái)獲取在線的線路兩端節(jié)點(diǎn)的電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，并通過(guò)基于局部網(wǎng)絡(luò)電壓相量和線路復(fù)功率實(shí)時(shí)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)值計(jì)算出的電壓穩(wěn)定指標(biāo)，來(lái)識(shí)別和判斷該電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和電壓穩(wěn)定性，其特征在于，所述基于局部網(wǎng)絡(luò)量測(cè)量或狀態(tài)估計(jì)值的電壓穩(wěn)定指標(biāo)是擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)，該指標(biāo)的計(jì)算公式為
式中Ek是線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源的幅值
Rkj是考慮線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源影響后的等值線路電阻
Pij是線路受端節(jié)點(diǎn)的有功功率
Xkj是考慮線路兩節(jié)點(diǎn)以外的系統(tǒng)等值電壓源影響后的等值線路電抗
Qij*是除去受端充電無(wú)功后的線路受端無(wú)功功率值
其中，ELSI＝1為電壓穩(wěn)定性臨界點(diǎn)；
該實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法包括如下步驟
(1)通過(guò)PMU相量量測(cè)系統(tǒng)，獲取運(yùn)用擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)所需要的實(shí)時(shí)的量測(cè)量，包括線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值(Vi、Vj)和相角(θi、θj)以及線路的有功功率(Pi、Pij)和無(wú)功功率(Qi、Qij)；
或者通過(guò)SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能，來(lái)獲取線路兩端節(jié)點(diǎn)電壓的幅值(Vi、Vj)和相角(θi、θj)以及線路的有功功率(Pi、Pij)和無(wú)功功率(Qi、Qij)的估計(jì)值；
(2)在用PMU量測(cè)量時(shí)，利用線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，使用根據(jù)線路基本潮流方程，線路功率平衡關(guān)系和量測(cè)量計(jì)算線路參數(shù)的方法，計(jì)算出當(dāng)前量測(cè)量下的線路參數(shù)，包括線路的電阻(Rij)、電抗(Xij)和反映線路充電功率的對(duì)地導(dǎo)納(Y)；如果計(jì)算出的參數(shù)相比與前一次計(jì)算出的參數(shù)超過(guò)了根據(jù)線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)確定的百分比門檻值，則可判定本次測(cè)量的誤差過(guò)大，或者是無(wú)效測(cè)量，拋棄該次量測(cè)量，仍用前一次的量測(cè)量；反之，則接受該次量測(cè)量；
在用SCADA量測(cè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和EMS能量管理系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)功能時(shí)，線路參數(shù)從EMS能量管理系統(tǒng)直接獲取而不做在線預(yù)測(cè)，則不需要本步驟和步驟(3)；
(3)在給定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)線路參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)；運(yùn)用步驟(2)中的方法獲得若干組(M)可靠的線路參數(shù)，以作為樣本參數(shù)來(lái)計(jì)算這若干組(M)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，若該標(biāo)準(zhǔn)差不大于定義為步驟(2)中線路參數(shù)的百分比門檻值的一定比例的標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，此時(shí)用這若干組(M)數(shù)據(jù)的平均值作為線路參數(shù)的最新估計(jì)值，若標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，則用針對(duì)線路參數(shù)估計(jì)的最小二乘估計(jì)方法，估計(jì)新的線路參數(shù)；
(4)在對(duì)應(yīng)線路中，在用PMU量測(cè)量時(shí)，根據(jù)步驟(3)中的新的線路參數(shù)估計(jì)值，以及所對(duì)應(yīng)時(shí)刻的經(jīng)過(guò)濾后的可靠的電壓相量和線路復(fù)功率的量測(cè)量，或在用EMS能量管理系統(tǒng)時(shí)，用從該系統(tǒng)中直接獲取的線路參數(shù)，以及電壓相量和線路復(fù)功率的估計(jì)值，由建立的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)的電路模型，獲得線路外系統(tǒng)的等值電壓源的電壓幅值(Ek)和等值阻抗大小，然后計(jì)算出基于該模型的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)；
(5)根據(jù)擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)值實(shí)時(shí)辨識(shí)電力系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，具有最小擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)值的線路是最薄弱線路，而最薄弱線路的受端節(jié)點(diǎn)是最薄弱節(jié)點(diǎn)；
(6)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常和故障狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定狀況，并在擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)值逼近1.0時(shí)，啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)發(fā)生電壓崩潰。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述根據(jù)線路參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)確定的線路參數(shù)百分比門檻值為3％～10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述的給定時(shí)間間隔為2～5分鐘，所述線路參數(shù)的樣本組(M)數(shù)至少為10組；所述標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值是所述線路參數(shù)百分比門檻值的35％～65％；具體又包括如下步驟
①在給定的2～5分鐘時(shí)間間隔內(nèi)，如果根據(jù)至少為10組的經(jīng)過(guò)濾后的可靠的量測(cè)量所計(jì)算出的線路電阻(Rij)、電抗(Xij)以及線路對(duì)地導(dǎo)納(Y)的標(biāo)準(zhǔn)差未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值，則用這些組的數(shù)據(jù)所計(jì)算出的線路參數(shù)的平均值作為新的參數(shù)估計(jì)值；
②否則，用所述的針對(duì)線路參數(shù)估計(jì)的最小二乘估計(jì)方法，來(lái)對(duì)線路電阻(Rij)、電抗(Xij)以及線路對(duì)地導(dǎo)納(Y)進(jìn)行估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)計(jì)算中需要的線路兩端節(jié)點(diǎn)(i、j)以外的系統(tǒng)等值電壓源的電壓幅值(Ek)和等值阻抗，是在保證不改變?cè)€路兩端電壓相量和功率的前提下，利用兩個(gè)相鄰系統(tǒng)狀態(tài)下的線路的量測(cè)量計(jì)算出來(lái)的，計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)的間隔時(shí)間為3～15秒，如果在間隔期間內(nèi)發(fā)生故障，則在故障后立即計(jì)算擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，在步驟(6)中，在所述擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI值逼近1.0時(shí)，緊急保護(hù)控制的具體啟動(dòng)值可根據(jù)不同系統(tǒng)情況選擇不同的適當(dāng)?shù)膯?dòng)值，通?？扇LSI＝1.02～1.05。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述線路參數(shù)的百分比門檻值可以取5％。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)差的百分比門檻值可以取所述線路參數(shù)百分比門檻值的50％。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，計(jì)算所述擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)(ELSI)的間隔時(shí)間為可以取5秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至10之一所述的通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，其特征在于，在運(yùn)用所述方法的實(shí)施系統(tǒng)中，包括至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)和根據(jù)該方法編制的計(jì)算機(jī)程序。
全文摘要
通過(guò)辨識(shí)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)識(shí)別電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的方法，它是通過(guò)基本線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)BLSI或在BLSI指標(biāo)基礎(chǔ)上改進(jìn)的擴(kuò)展線路電壓穩(wěn)定指標(biāo)ELSI來(lái)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、識(shí)別與判斷的。其識(shí)別步驟如下(1)通過(guò)PMU系統(tǒng)或者SCADA和EMS中得到所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；(2)過(guò)濾無(wú)效的量測(cè)量；(3)在給定時(shí)間間隔內(nèi)按需要重新對(duì)線路的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)；(4)用BLSI指標(biāo)或ELSI指標(biāo)辨識(shí)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。(5)根據(jù)最可能發(fā)生電壓崩潰的薄弱環(huán)節(jié)的BLSI值或者ELSI值啟動(dòng)系統(tǒng)緊急保護(hù)控制以避免系統(tǒng)電壓崩潰。其優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)地實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定性和引起系統(tǒng)電壓崩潰的薄弱線路和薄弱節(jié)點(diǎn)；能自動(dòng)處理與電壓相關(guān)或與頻率相關(guān)的實(shí)際負(fù)荷特性等。
文檔編號(hào)G01R19/06GK101118265SQ200710092710
公開(kāi)日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者李文沅, 娟 余, 洋 汪, 保羅·喬杜里, 軍 孫, 偉 顏 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)