摘 要：緊急控制是維持大擾動下電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要手段。選擇有效的控制措施及有效的控制地點是個重要問題。文章基于支路勢能法提出一個新的支路判別指標來彌補支路穩(wěn)定度指標為零時帶來的不足，并基于支路穩(wěn)定度和支路判別指標提出了臨界機群的識別方法?；诙鄼C系統(tǒng)的故障分析表明，該方法實用有效，可應用于大型電力系統(tǒng)。

關鍵詞：暫態(tài)穩(wěn)定；臨界機群；暫態(tài)能量函數(shù)

1 概述

暫態(tài)穩(wěn)定問題是在大擾動下電網(wǎng)面臨的重要問題。研究和實施相應的暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制措施，不但可以提高系統(tǒng)運行的可靠性，而且可以因傳輸能力的提高而產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益。在確定具體控制措施前，我們需要準確識別發(fā)生大干擾時電網(wǎng)中的臨界機群，因此文章提出一個新的支路判別指標，并基于此提出了臨界機群的識別方法。首先在現(xiàn)有文獻提出的支路勢能法基礎上完善支路穩(wěn)定度指標；準確篩選出臨界發(fā)電機群和剩余機群。標準10機39節(jié)點系統(tǒng)的算例表明文章方法能準確有效地識別臨界機群。

2 能量函數(shù)模型和指標的建立

2.1 能量函數(shù)的建立

對于一個電力系統(tǒng)，從能量角度來看，可以按電力系統(tǒng)常用的元件把總能量劃分為發(fā)電機，線路和負荷能量三部分構成，即：

其中對應的分別為發(fā)電機動能VKE、網(wǎng)絡的勢能VPE。

在忽略阻尼的情況下，多機系統(tǒng)結(jié)構保持的拓撲李亞普諾夫函數(shù)模型可描述為：

其中Mg為發(fā)電機轉(zhuǎn)子的慣性時間常數(shù)；ωg為發(fā)電機角頻率相對于同步角頻率之差；Pk（u）為k支路故障期間的有功功率；P為支路k穩(wěn)態(tài)時的有功功率；連接支路k的兩端節(jié)點i、j的電壓相角記為δi、δj，支路k的兩端相角差可表示為δk=δi-δj；m為網(wǎng)絡中發(fā)電機的臺數(shù)。

2.2 支路判別指標的建立

支路穩(wěn)定度指標（Branch Stability Index，SBI）能夠判斷暫態(tài)過程中電力網(wǎng)絡各支路的穩(wěn)定情況，是零就是不穩(wěn)定，非零就是穩(wěn)定。

SBI的符號可以表明支路相角的變化方向。但是當支路失去穩(wěn)定，即網(wǎng)絡中存在SBI為零的情況時，SBI已經(jīng)不能判斷相角的變化方向情況。

為了避免因SBI=0而不能判斷相角運動方向的情況出現(xiàn)，下面新定義個支路判別指標（Branch Discrimination Index， DBI）。

DBI所取的支路兩端電壓相角差的時間導數(shù)的符號可以表明相角的運動方向。如果支路k為臨界支路，且滿足DBIk=1，則節(jié)點i所在的子網(wǎng)絡的發(fā)電機相對于剩余機群超前運動；如果支路k為臨界支路，且滿足DBIk=-1，則節(jié)點j所在的子網(wǎng)絡的發(fā)電機相對于剩余機群超前運動。

DBI作為SBI的補充，使得計算結(jié)果既繼承了支路穩(wěn)定度指標判斷網(wǎng)絡結(jié)構脆弱的特性，又能在失穩(wěn)和穩(wěn)定兩種情況下可靠的表明相角的運動方向，為識別臨界機群提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.3 識別臨界機群的算法

準確識別臨界機群是緊急狀態(tài)下采取切機措施的前提條件。識別臨界機群的步驟如下：（1）根據(jù)仿真所得數(shù)據(jù)計算網(wǎng)絡的各支路的SBI和DBI，并按SBI絕對值從小到大排序。（2）應用flood-fill算法識別理想臨界割集，具體方法為：首先根據(jù)（1）的排序結(jié)果，從原網(wǎng)絡中移去SBI絕對值小的支路，若系統(tǒng)成為一個非連通圖，則該支路構成網(wǎng)絡的臨界割集；若移去后系統(tǒng)仍為連通圖，則需依次移去SBI絕對值由小到大的支路，直至網(wǎng)絡成為一個非連通圖，而使網(wǎng)絡成為非連通圖的支路構成系統(tǒng)的臨界割集。（3）根據(jù)臨界支路的DBI的符號，判斷出網(wǎng)絡中哪些發(fā)電機是臨界機群，哪些是剩余機群。

3 仿真驗證

為深入分析文章提出的切機緊急控制方法的有效性，文章選用同算例不同故障地點進行了計算和分析。

標準10機39節(jié)點系統(tǒng)：

算例1選用的標準的10機39節(jié)點。故障設置如下：3母線處0s發(fā)生瞬時三相短路故障，在0.19s結(jié)束。在0.2s選擇切機。

根據(jù)表2，可以得出：支路[2-1]和[9-8]的穩(wěn)定度指標為0，并且通過臨界機群的識別方法得到臨界割集是{2-1，9-8}，即系統(tǒng)在[2-1]和[9-8]處撕裂，將系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)，左側(cè)39機構成的為受端系統(tǒng)，而右側(cè)多機系統(tǒng)成為送端系統(tǒng)。根據(jù)DBI（2-1）=1與DBI（9-8）=-1，得出30-38機都超前39機運動。進而得出除39機外的9臺發(fā)電機構成了臨界機群，39機是（剩余）滯后發(fā)電機。

通過上述的計算和分析，表明該指標和方法的有效性與準確性。

4 結(jié)束語

大擾動是電網(wǎng)安全運行的重要威脅，合理判斷電力系統(tǒng)中發(fā)生威脅時的臨界機群具有重要意義，為下一步的切機切負荷的對象選擇奠定理論基礎。也就是選擇緊急控制地點和控制量對于維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定十分重要。這也是后續(xù)研究的方向、重點和難點。

仿真與計算結(jié)果分析表明，文章建立的指標物理意義明確，實現(xiàn)簡單，提出的基于網(wǎng)絡能量函數(shù)方法的指標能夠有效地確定電力系統(tǒng)緊急控制臨界機群，計算仿真結(jié)果同時驗證了所提指標的合理性和有效性。

參考文獻

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