1、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值的在線(xiàn)測(cè)辨研究( 幾個(gè)重要問(wèn)題探討鞠平3何南強(qiáng)33楊乃貴33王步華33吳峰3(3河海大學(xué)210098南京(33河南省電力調(diào)度通信局450052鄭州摘要對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了探討,包括干擾種類(lèi)、干擾地點(diǎn)、與理論集結(jié)法的比較、參數(shù)靈敏度及運(yùn)行方式的影響等。這些問(wèn)題對(duì)動(dòng)態(tài)等值在線(xiàn)測(cè)辨方法無(wú)論在理論上還是在應(yīng)用上都很重要,文中通過(guò)華中電網(wǎng)仿真算例加以驗(yàn)證。關(guān)鍵詞電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值辨識(shí)模型分類(lèi)號(hào)TM 7141998212221收稿,1999201205改回。國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(59677014。0引言電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值不但可以節(jié)省研究時(shí)間,而且可以突出主要特征。動(dòng)態(tài)等值方法

2、主要有基于相關(guān)概念的同調(diào)法、基于特征值分析的模態(tài)法以及基于在線(xiàn)測(cè)量的辨識(shí)法1。文獻(xiàn)2,3中對(duì)動(dòng)態(tài)等值在線(xiàn)測(cè)辨方法的模型結(jié)構(gòu)、可辨識(shí)性和辨識(shí)方法進(jìn)行了研究,本文進(jìn)一步研究有關(guān)的幾個(gè)重要問(wèn)題。1關(guān)于干擾種類(lèi)電力系統(tǒng)中的干擾多種多樣,大體可以分為縱向(對(duì)地短路故障、橫向(斷線(xiàn)故障、投切發(fā)電機(jī)(或投切負(fù)荷及隨機(jī)小干擾1。隨機(jī)小干擾引起的波動(dòng)很小,對(duì)動(dòng)態(tài)等值辨識(shí)無(wú)益,應(yīng)該濾除。文獻(xiàn)3的結(jié)果表明,線(xiàn)路(或變壓器故障引起的波動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)等值辨識(shí)是合適的。通過(guò)電力科學(xué)研究院電力系統(tǒng)分析綜合程序的計(jì)算表明,投切發(fā)電機(jī)(或投切負(fù)荷時(shí)引起的聯(lián)絡(luò)母線(xiàn)電壓變化很小。比如,河南焦作發(fā)電廠跳1臺(tái)機(jī)(減出力200MW 時(shí),動(dòng)態(tài)響

3、應(yīng)曲線(xiàn)如圖1中虛線(xiàn)所示。這時(shí),聯(lián)絡(luò)線(xiàn)上對(duì)干擾的反應(yīng)是功率突變而非電壓突變 。不考慮和考慮功率突變時(shí),所得動(dòng)態(tài)響應(yīng)如圖1、圖2所示,考慮功率突變時(shí)的結(jié)果明顯好于不考慮功率突變時(shí)的結(jié)果。實(shí)際應(yīng)用時(shí),可以根據(jù)電壓是否突變來(lái)判斷干擾種類(lèi),再在辨識(shí)時(shí)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(guān)于干擾地點(diǎn)干擾發(fā)生在河南網(wǎng)內(nèi)還是河南網(wǎng)外,對(duì)動(dòng)態(tài)等圖1動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn) (河南焦作電廠跳機(jī),P =0F ig 11D ynam ic respon ses(un li nk at He nan J i aozuo plan t ,P =0圖2動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)(河南焦作電廠跳機(jī),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(shí)是一個(gè)重要問(wèn)題。當(dāng)故障發(fā)生在河南網(wǎng)內(nèi)時(shí),規(guī)定功率由湖北流向河南時(shí)為正方向,將河南以外的華中網(wǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)華中剩余網(wǎng)作為被等值系統(tǒng),所得參數(shù)是華中剩余網(wǎng)的等值參數(shù)。當(dāng)故障發(fā)生在華中剩余網(wǎng)時(shí),顯然就不能對(duì)華中剩余網(wǎng)進(jìn)行等值,因?yàn)槿A中剩余網(wǎng)在故障前后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同。這時(shí)應(yīng)將331999年7月電力系統(tǒng)自動(dòng)化A utom ati on of E lectric Pow er System s第23卷第14期本頁(yè)已使用福昕閱讀器進(jìn)行編輯。福昕軟件(C2005-2007,

5、版權(quán)所有,僅供試用。河南網(wǎng)作為被等值系統(tǒng),規(guī)定功率由河南流向湖北時(shí)為正方向,所得參數(shù)是河南網(wǎng)本身的等值參數(shù)。表1中給出6種故障下的辨識(shí)結(jié)果。其中,前4種故障在河南網(wǎng),后2種故障在湖北網(wǎng)。限于篇幅,僅給出河南網(wǎng)和湖北網(wǎng)各一種故障時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖,如圖3、圖4所示。為繪圖方便,圖中曲線(xiàn)的數(shù)值均除以其前穩(wěn)態(tài)值。表1華中電網(wǎng)動(dòng)態(tài)等值參數(shù)辨識(shí)結(jié)果Table 1Esti m ation results of Huazhong equivalen t network試驗(yàn)號(hào)故障類(lèi)型 V m ax(%誤差指標(biāo)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(mén)兩相接地-6131021153031987418172126391627368124601174013290104552192301105注:表中參數(shù)以V B =500kV ,S B =100M VA 為基準(zhǔn)值;誤差指標(biāo)見(jiàn)文獻(xiàn)3,其余各量含義見(jiàn)文獻(xiàn)2;當(dāng)故障在河南網(wǎng)內(nèi)時(shí),P 0=2113447,Q 0=0165607,V 0=1102026;當(dāng)故障在湖北網(wǎng)內(nèi)時(shí),P 0=-2113447,Q 0=-0165607,V 0=1102026 。圖3動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)(河南計(jì)山單相接地F ig 13D ynam ic respon ses (15-G at He nan J isha

7、n 圖4動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)(湖北荊門(mén)單相接地F ig 14D ynam ic respon ses (15-G at Hube i J i ng m en 下面對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析:a 14種河南電網(wǎng)故障中,計(jì)山變距離等值邊界(姚孟500kV 聯(lián)絡(luò)母線(xiàn)很近,引起的聯(lián)絡(luò)母線(xiàn)電壓波動(dòng)較大;安陽(yáng)廠距離等值邊界較遠(yuǎn),引起的聯(lián)絡(luò)母線(xiàn)電壓波動(dòng)較小;太子莊變和荊門(mén)變距離等值邊界介于前兩者之間,引起的聯(lián)絡(luò)母線(xiàn)電壓波動(dòng)也介于前兩者之間。結(jié)果表明,當(dāng)故障過(guò)于靠近等值邊界時(shí),等值參數(shù)結(jié)果與其它地點(diǎn)的結(jié)果相差較大。這與同調(diào)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(diǎn)發(fā)生不同故障,st 05與

8、st 06是不同地點(diǎn)發(fā)生相同故障。由表1結(jié)果可見(jiàn),相同地點(diǎn)發(fā)生不同故障時(shí)所得參數(shù)辨識(shí)結(jié)果相近,不同地點(diǎn)發(fā)生相同故障時(shí)所得參數(shù)辨識(shí)結(jié)果有差別。因?yàn)檫@里是用非常簡(jiǎn)化的單機(jī)等值模型代替外部系統(tǒng)上百臺(tái)機(jī)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(huì)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(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響相對(duì)較小,后面將進(jìn)一步分析參數(shù)的影響問(wèn)題。d 1比較河南網(wǎng)故障和湖北網(wǎng)故障,對(duì)河南網(wǎng)動(dòng)態(tài)等值效果更好。這可能是由于河南網(wǎng)的規(guī)模明顯小于華中剩余網(wǎng)的規(guī)模,對(duì)小電網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)等值更準(zhǔn)確些是不難理解的。當(dāng)故障發(fā)生在河南網(wǎng)外(如湖北網(wǎng)時(shí),如果仍4

9、3本頁(yè)已使用福昕閱讀器進(jìn)行編輯。福昕軟件(C2005-2007,版權(quán)所有,僅供試用。采用華中剩余網(wǎng)作為外部系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)等值,實(shí)際計(jì)算表明所得辨識(shí)參數(shù)結(jié)果不合理,動(dòng)態(tài)響應(yīng)差。因此,希望在進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)前就能判斷干擾地點(diǎn)是在河南網(wǎng)內(nèi)還是網(wǎng)外。一般來(lái)說(shuō),高壓網(wǎng)絡(luò)中電抗較大,而電阻很小(相對(duì)于電抗可以忽略。當(dāng)某處發(fā)生對(duì)地短路性故障時(shí),在故障初瞬(故障發(fā)生的0+時(shí)刻暫態(tài)電勢(shì)E不突變,相當(dāng)于在故障節(jié)點(diǎn)施加一個(gè)與正常電壓反方向的電壓源或電流源。對(duì)于感抗性網(wǎng)絡(luò),引起的無(wú)功功率變化量將流向該節(jié)點(diǎn)。因此,可以用無(wú)功功率在故障初瞬的突變方向作為判斷特征量:當(dāng)河南網(wǎng)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí),無(wú)功功率變化量將從湖北側(cè)流向河南側(cè);

10、反之亦反。觀察圖3、圖4,情況的確如此。對(duì)于投切性干擾,功率變化量取決于聯(lián)絡(luò)線(xiàn)兩側(cè)系統(tǒng)中發(fā)、用電平衡。任何一側(cè)的投切性干擾都可能引起聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率正向或反向變化,比如河南側(cè)跳發(fā)電機(jī)與湖北側(cè)跳負(fù)荷引起的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率變化是同向的,因此難以根據(jù)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率變化方向判斷干擾發(fā)生在哪一側(cè)。橫向斷線(xiàn)故障也難以判斷。根據(jù)實(shí)際干擾統(tǒng)計(jì),一般系統(tǒng)中以短路故障占多數(shù)。對(duì)于短路故障,則可以根據(jù)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)無(wú)功功率的突變方向判斷故障是在河南網(wǎng)內(nèi)還是網(wǎng)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(wǎng),從而獲得華中剩余網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等值參數(shù),再假定故障在華中剩余網(wǎng),從而得到河南網(wǎng)本身的動(dòng)態(tài)等值參數(shù)。然后根據(jù)所得參數(shù)的合理性來(lái)判斷

11、故障是否在河南網(wǎng),并取舍相應(yīng)的參數(shù)。3與理論集結(jié)法的比較根據(jù)理論集結(jié)法4,獲得的河南電網(wǎng)動(dòng)態(tài)等值參數(shù)列于表2。其中,p v =210,q v =210是因?yàn)槔碚摷Y(jié)法中取恒定阻抗負(fù)荷模型,P s0,Q s0取與辨識(shí)值相同的值,以便進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)的比較。按表2中參數(shù)計(jì)算湖北荊門(mén)變單相接地故障(st 02時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖5。對(duì)比表2和表1中st 02的結(jié)果,兩者有差別,但總體一致。對(duì)比圖4和圖5,理論集結(jié)法動(dòng)態(tài)響應(yīng)尚可,但明顯比辨識(shí)法差。理論集結(jié)法的誤差指標(biāo)為181097,是辨識(shí)法誤差指標(biāo)51393的3倍多。表2理論等值法集結(jié)參數(shù)結(jié)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(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)(湖北荊門(mén)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(guān)于參數(shù)靈敏度針對(duì)河南太子莊變兩相接地(st 03,將表1中辨識(shí)參數(shù)值分別提高20%(某參數(shù)變化時(shí),其余參數(shù)不變,然后計(jì)算該組參數(shù)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及誤差函數(shù),并與優(yōu)化值34187

13、7進(jìn)行比較,誤差及P ,Q 的變化情況在表3中給出。顯然,當(dāng)參數(shù)偏離優(yōu)化值時(shí),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(gè)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(jìn)行動(dòng)態(tài)等值時(shí),要著重注意這3個(gè)參數(shù)。表3動(dòng)態(tài)等值參數(shù)靈敏度計(jì)算結(jié)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(wú)功4144181151101845131014341905010863變化很小變化很小53學(xué)術(shù)論文與應(yīng)用研究鞠平等電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值的在線(xiàn)測(cè)辨研究( 幾個(gè)重要問(wèn)題探討 5關(guān)

14、于運(yùn)行方式 運(yùn)行方式的變化對(duì)發(fā)電機(jī)和線(xiàn)路本身的參數(shù)沒(méi)有影響,所以從理論上講運(yùn)行方式主要影響動(dòng)態(tài)等值模型中的負(fù)荷及發(fā)電機(jī)功率,而對(duì)其它等值參數(shù)的影響不大。即使功率流向發(fā)生逆轉(zhuǎn),比如河南網(wǎng)向湖北網(wǎng)由北送變?yōu)槟纤?情況也應(yīng)大體如此。文獻(xiàn)2提出的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值模型結(jié)構(gòu)重新示意于圖6,其中規(guī)定聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率由外部系統(tǒng)流向內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)為正。當(dāng)實(shí)際功率流向就是如此時(shí),則聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率P (Q 為正值,說(shuō)明等值發(fā)電機(jī)功率P i (Q i 大于等值負(fù)荷功率P s (Q s 。當(dāng)實(shí)際功率由內(nèi)部系統(tǒng)流向外部系統(tǒng)時(shí),則聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率P (Q 為負(fù)值,說(shuō)明等值負(fù)荷功率P s (Q s 大于等值發(fā)電機(jī)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(mén)變發(fā)生兩相接地故障(st 04時(shí),河南網(wǎng)北送和南送兩種相反流向的運(yùn)行方式下所得到的動(dòng)態(tài)等值參數(shù),相應(yīng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)見(jiàn)圖7和圖8。顯然,負(fù)荷參數(shù)不一樣,但發(fā)電機(jī)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(yùn)行方式相差很大。表4功率流向?qū)?dòng)態(tài)等值參數(shù)辨識(shí)結(jié)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(jié)語(yǔ)本文研究了電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值的幾個(gè)重要問(wèn)題:干擾地點(diǎn)是動(dòng)態(tài)等值辨識(shí)的前提,本文給出了判斷方法;聯(lián)絡(luò)母線(xiàn)電壓波動(dòng)大小對(duì)結(jié)果有一定影響。故障距離等值邊界太近或太遠(yuǎn),都不利于動(dòng)態(tài)等值;電網(wǎng)規(guī)模的大小對(duì)動(dòng)態(tài)等值結(jié)果有一定影響,電網(wǎng)規(guī)模較小時(shí)動(dòng)態(tài)等值更準(zhǔn)確些;辨識(shí)法與理論集結(jié)法獲得的動(dòng)態(tài)等值參數(shù)有差別,但總體一致,前者的動(dòng)態(tài)響應(yīng)明顯比后者好;對(duì)等值模型動(dòng)態(tài)過(guò)程影響圖7動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)(湖北荊門(mén)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(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)(湖北荊門(mén)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(gè)參數(shù)是M ,X ,Q s0,需要著重注意;運(yùn)行方式主要影響等值模型中的負(fù)荷及發(fā)電機(jī)功率,對(duì)主要參數(shù)有一定影響,但不大。參考文獻(xiàn)版社,19882鞠平,韓敬東,倪臘琴,等.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值的在線(xiàn)測(cè)辨研究( 模型及其可辨識(shí)性.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1999,23(43倪臘琴,鞠平,李訓(xùn)銘.電力

18、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值的在線(xiàn)測(cè)辨研究( 辨識(shí)方法及仿真檢驗(yàn).電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1999,23(104日電力系統(tǒng)穩(wěn)定性專(zhuān)門(mén)委員會(huì).電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題與對(duì)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(zhǎng),主要研究電力系統(tǒng)模擬與控制。何南強(qiáng),男,1950年生,碩士,高級(jí)工程師,總工程師,主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與自動(dòng)化的工作。(下轉(zhuǎn)第56頁(yè) 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(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)級(jí)互聯(lián)實(shí)施過(guò)程中,經(jīng)資料收集、系統(tǒng)仿真和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)幾個(gè)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(jié)構(gòu)、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(gè)微波站運(yùn)行工況的近2000個(gè)YX 和YC 量在信息幀中的位置和順序,導(dǎo)出了兩個(gè)YC 量的近似計(jì)算公式,并于1996年初于現(xiàn)場(chǎng)互聯(lián)成功。現(xiàn)場(chǎng)抽樣試驗(yàn)和長(zhǎng)期運(yùn)行情況表明,YX 和YC 量識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá)100%,YC 量近似公式計(jì)算的相對(duì)誤差小于01419%,系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家電力公司調(diào)度通信局在電力通信網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。4結(jié)論本文根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),分析了實(shí)時(shí)級(jí)互聯(lián)的基本原理和技術(shù),并通過(guò)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(wǎng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的嘗試,得出下述結(jié)論:a 1不同電力監(jiān)控系統(tǒng)

20、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)級(jí)互聯(lián),只需接入少量的互聯(lián)設(shè)備,它是擴(kuò)大實(shí)時(shí)類(lèi)信息資源共享范圍的最經(jīng)濟(jì)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(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換便能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)級(jí)互聯(lián),互聯(lián)系統(tǒng)對(duì)于兩側(cè)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(biāo)準(zhǔn)的頒布,監(jiān)控系統(tǒng)必將朝開(kāi)放性方向發(fā)展,因此,電力監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)時(shí)級(jí)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)是電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)出版社,1994滕福生,男,1929年生,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析計(jì)算和電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)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