基于频率特征的失步解列判据原理

重点研究了电力系统失步振荡时,两侧电动势幅值相等及不等情况下电压频率的特征。研究表明,当系统发生失步振荡时,不论两侧电动势幅值是否相等,电压频率都具有如下特征:振荡中心同一侧的电压频率同时增加或减小;振荡中心两侧的电压频率没有交集;且若振荡中心一侧电压频率增加,则另一侧电压频率减小,反之,则另一侧电压频率增加。提出一种新的基于频率特征的失步解列判据,该判据可以区分同步振荡和失步振荡,识别振荡中心的位置,同时不受系统结构变化和运行方式变化的影响。BPA仿真验证了分析的正确性。     

失步振荡下瞬时频率特性及振荡中心定位方法

失步振荡过程中应采用瞬时频率来表征失步过程中的电网特性。该文搭建基于瞬时频率的两机振荡模型,分析失步振荡过程系统频率特性。失步振荡中心处电压瞬时频率等于两侧机组频率和的均值,失步振荡中心两侧母线瞬时频率变化趋势相反,没有交集,在系统功角摆开至180°时,达到其极值。当振荡中心落在系统内部,电流瞬时频率介于机组频率之间,且仅当两侧机组电压幅值相等时,线路上电流瞬时频率等于失步振荡中心电压瞬时频率。理论分析基于瞬时频率信息的振荡中心定位方法:装设在线路一侧的振荡解列装置,只需引入线路对侧变电站母线电压瞬时频率信息即可判断振荡中心是否落在本线路上,并能定位振荡中心的位置。仿真验证了所提振荡中心定位方法的正确性。     

振荡中心迁移下的电网失步解列策略

振荡中心迁移严重危害电网的安全稳定,选取合适的解列判据,准确定位并实施解列具有重要意义。基于等值两机系统推导分析振荡中心迁移的理论原因,分析失步过程中电压的变化特点,依据两侧系统频率差与失步中心出现频率的对应关系提出基于支路两端母线频率差的失步解列判据;针对振荡中心迁移对失步解列控制的影响,提出了基于广域测量信息的自适应失步解列策略。通过对某区域互联电网进行仿真分析,发现振荡中心迁移现象,认为失稳模式的改变是振荡中心迁移的直接原因,并进行解列策略的仿真验证。仿真结果证明了所提出的解列策略的有效性。     

异步联网后云南电网失步特性与解列系统方案研究

云南电网与南方电网主网实现异步联网,云南电网的失步振荡特性随之发生新的变化。利用基于电压比相原理和Ucosφ原理的失步振荡中心搜索方法,对异步联网后云南电网典型方式下的多重严重故障进行仿真研究,确定失步振荡中心的分布区域和失步断面的构成类型。云南电网目前配置的分散独立式失步解列装置,对于复杂断面的失步判别和解列效果均不理想,因此在研究云南电网失步特性的基础上,针对并列式失步断面和长链式失步断面,提出基于Ucosφ判据和电压比相判据的失步解列系统构建方法,设计并初步验证了滇西北、滇中西南、滇东北失步解列系统构建方案与初步策略。     

基于电压相量轨迹的失步振荡中心特性解析及解列断面预判

利用电压相量轨迹信息解析电网失步振荡中心分布特性并实时预判解列断面，能够为主动解列控制提供决策依据。首先针对两机失步模型，证明了沿线各节点的电压相量轨迹是圆，其圆心坐标、半径大小与两侧电势及节点位置有关，依据失步振荡中心的电压过零这一特征，推导出失步振荡中心分布特性是圆或直线的解析方程；其次，针对理想两群摇摆，提出了无需等值参数辨识的失步振荡中心精准定位方法，针对实际电网环境下的失步振荡，利用失步振荡中心所在线路端点的电压相量轨迹与坐标原点的位置关系，构建失步振荡中心所在线路的预判指标，指标存在固定临界值零；最后，提出了失步解列断面预判方法，仅依据线路端点量测即可实现实时预判。500kV两机系统、IEEE-118节点系统和实际交直流混联电网算例验证了方法的有效性，方法计算简单、适用性强、时效性好，具有较高的工程应用价值。     

长距离输电型电网振荡中心分布及解列措施

针对中国典型的长距离输电型互联电网——西北电网,采用时域仿真分析并结合电网物理特性的定性分析方法,基于不同水平年多个运行方式下大量仿真计算,进行西北电网失步振荡中心在不同水平年、不同故障扰动条件下分布情况的对比分析,论述了在该类型电网中失步振荡中心分布的特点、影响因素和一般特征。在此基础上,针对失步断面近区发电机组受振荡能量冲击,与振荡中心两侧振荡机群均失去同步的情况及其对常规解列措施的影响,提出了在确保主失步振荡机群合理解开前提下,按失步断面解开后形成的末端电网恢复效果原则选择解列断面或加配其他措施的改进解列措施。     

一种捕捉失步中心位置的新方法

目前工程应用的失步解列装置基本是通过最小测量电压或最小测量视在阻抗幅值去捕捉失步中心的位置,然后判断装置是否实施解列,但仅通过电压幅值或反映电压幅值的视在阻抗幅值不能判断失步中心的位置方向。无功功率与电压存在强耦合的关系,通过u cosφ轨迹过零等方法可以判断出失步中心出现的时刻,此时瞬时无功功率在失步断面联络线上呈单调性分布且在失步中心处大小为0。基于此,提出了通过无功功率捕捉失步中心位置的算法。该算法在确定失步中心的位置范围的同时可判断出失步中心的位置方向,可给出更多的振荡信息。最后,通过仿真进行了必要的说明。     

基于广域测量信息的失步中心快速定位方法

研究了能够减小系统频率偏移影响的相量算法,提出了一种基于母线电压的失步振荡识别方法和一种失步中心快速定位的新方法。所提定位方法依靠广域测量系统上传的3组电压、电流数据,在系统两侧电势幅值不等和全系统阻抗角不同同时存在的场景下,通过求解测量阻抗轨迹方程与全系统阻抗折线方程的交点,能够在失步振荡发生后而两侧电势相角差未达到180°时定位失步中心所在元件,并利用实时测量数据与理论计算值存在的关系确定失步中心出现的时刻,从而为复杂电力系统失步解列断面的确定和解列时刻的选择提供依据。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于相位角的失步解列判据在复杂场景下的适应性及对策

明确基于就地信息解列判据在大电网适应性,以及对指导复杂大电网运行与控制具有重大意义。分析了失步振荡中心两侧等值电势电压幅值不等、解列装置安装位置和多频振荡对失步过程中相位角变化规律的影响,研究了基于相位角解列判据在复杂场景下的适用条件,提出了适用于大电网的配置原则和应对策略。以失步振荡中心为分界点,配置在等值电势电压较高侧的解列装置存在不能正确识别系统失步的风险,现有工程判据适用于等值电势比小于1.4的场景,配置在等值电势电压较低侧的解列装置存在误判失步周期问题。针对潜在风险,提出统一失步振荡中心方向判断逻辑,在备选解列断面双侧配置解列装置和闭锁反方向失步判断逻辑等应对策略。以多频失步振荡场景,验证了改进策略的正确性。     

多频振荡下的失步振荡中心变化规律及其定位

基于三机等值系统,研究了多频振荡下失步振荡中心的特性及其变化规律。在同一失稳模式下,机组不同调导致振荡中心向不同调侧偏移,不同调越明显,偏移量越大。多频失步振荡过程中,同一个时刻仅有一个断面由于机组振荡导致电压为零,为系统失步振荡中心。失步振荡中心出现时,所在线路两侧等值两机系统功角摆开180°。系统阻抗参数决定了系统振荡中心最大迁移范围,在确定阻抗参数情况下,三机系统功角变化趋势决定了振荡中心迁移方向。传统基于就地信息的解列判据难以适应多频振荡下的失步场景,通过线路两侧相位差摆开180°的判据,可准确定位多频振荡下失步振荡中心出现时刻及其位置。     

捕捉失步断面的实现方案及其仿真

目前国内外的失步解列装置基本上是基于装置安装处的本地电气量去判断系统的失步特征,因而难以确定失步中心真正所在的失步断面联络线。系统失步后,周期积分无功总是倾向于流入失步中心所在的断面之中。随着光纤通信系统在现代电网中的广泛应用,文中提出了一种基于光纤互(纵)联,通过对系统双(多)端电气量的测量去寻找失步断面的新型失步解列方案。该方案通过对联络线双端电气量的采集,计算出发生有功过零的联络线上有功过零两次期间的瞬时无功积分值,并基于光纤通信系统寻找到联络线上计算出的无功积分值呈现出由两端流入的联络线即为失步断面联络线。通过对全网解列装置的振荡周期次数动作整定值的统一,实现同时断开失步机群间的电气联系,从而平息失步系统的振荡,防止事故扩大。该方案易于在工程中应用,可实现合理与有计划的解列。基于仿真研究验证了该方案的有效可实现性和优越性。     

关于振荡中心的研究

基于对振荡中心(oscillation center)的位置及其漂移特征的研究,指出了振荡中心漂移的原因,并提出了失步中心(center of out-of-step)的概念。认为失步断面联络线就是失步中心所在的联络线,并叙述了在不同振荡周期中,失步中心位置可能不同的原因。失步中心落到机组内部会对机组造成严重的破坏,影响系统的整体运行。基于振荡中心漂移的研究,给出了判断失步中心能否落到机组内部的判据。最后通过仿真进行了必要的验证。     

基于无功功率捕捉失步解列断面的理论研究

就等值双机系统在失步振荡过程中失步断面联络线的电气量进行了研究分析。当多机电力系统失步成2组同调机群,失步断面通常是由考虑到解列后子系统的同步运行并可以将系统解列成2个同调子系统的一组联络线组成。这组联络线的电气量的共同特征主要是:失步断面联络线上有功功率周期性过零振荡;失步断面联络线上有一点(失步中心),其电压幅值的变化幅度明显大于联络线的其他地方,且距离失步中心越远,幅值变化越小,即在失步振荡过程中,失步断面联络线存在明显的电压梯度;失步过程中,无功功率由失步断面两侧流向失步断面中。利用有功过零判断振荡周期并在该周期内对无功功率进行积分,该积分值能够反映出失步断面的这些特征。基于此,提出了基于无功功率寻找失步解列断面的方法。     

考虑次要失步机群的大区电网失步解列配置

通过对大规模电网的失步仿真研究发现,当系统失步时失步机群可能会呈现为主要失步机群和次要失步机群2种失步模式。主要失步机群决定着整个大区电网的失步中心断面联络线,而次要失步机群不能决定整个大区电网的失步中心断面联络线。该现象将导致通过捕捉失步断面电压最低点（失步中心）寻找失步断面联络线的方法一般只能将主要失步机群分开,却未必能够将次要失步机群也合理分布到与之同调的机群之中。因此,工程中应结合系统离线仿真分析,尽可能对有可能成为次要失步模式的机组安装失步解列装置,以作为一种后备,防止次要失步模式机组扰动系统,造成事故扩大。     

两渡直流投产后南方电网失步特性及应对措施分析

两渡直流投产后南方电网将形成"八交八直"并列运行的局面,可大幅提高西电东送的能力,但也会给南方电网严重故障后的失步特性带来新的问题。为此,研究了南方电网现有失步解列控制措施的适应性及存在问题,通过仿真研究分析了两渡直流投产后南方电网失步振荡特性的变化,并根据南方电网发展情况给出了云南与主网异步联网、强化稳定防线等方面的应对措施。     

BSB-1型失步保护装置剖析

在发电机及系统出现失步的情况下 ,利用失步保护装置 ,能够根据振荡中心的位置 ,有选择地解列电网中失去同步的部份 ,使机组和电网安全运行。文中介绍了失步保护判据的构成及发电机失步与构成判据的各阻抗轨迹之间的关系。最后着重介绍了失步保护的整定计算 ,为其在大机组上安全有效的运行提供了重要的理论依据。     

基于EEAC的大电网失步解列装置布点研究

在电网中预先选择合适的解列点,配置解列装置是实现系统发生失步振荡后可靠解列的前提条件。介绍了一种基于EEAC扩展等面积定则的失步解列装置布点方法,通过对华东电网失步解列装置的布点分析,表明了该方法的可行性。