CN106130039A - 电力系统的主导失稳模式识别方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统的主导失稳模式识别方法和系统，所述方法包括：通过广域量测系统确定受扰后系统振荡中心所在的联络线；从量测数据中提取所述联络线的动态特征信息；根据所述动态特征信息计算所述联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量；根据所述第一分量和第二分量计算主导失稳模式的识别参数；基于所述识别参数判断暂态功角失稳和暂态电压失稳现象同时发生时系统的主导失稳模式。本发明通过广域量测信息确定系统受扰后处于振荡中心的联络线，基于联络线的送端有功功率和无功功率特性，实时计算主导失稳模式识别参数作为主导失稳模式判据进行判断，确定电力系统的主导失稳模式。能够准确识别电力系统的主导失稳模式，为后续暂态稳定控制提供准确的决策依据。

Description

电力系统的主导失稳模式识别方法和系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力系统的主导失稳模式识别方法和系统。

背景技术

随着大规模交直流互联电网的发展，风能、太阳能等新能源的大规模接入，新型电力电子装置的广泛应用，电网的暂态稳定特性越来越复杂。对于这种大规模交直流复杂电网，电力系统受扰后的暂态过程中，暂态功角失稳和暂态电压失稳现象往往交织在一起，一般情况下一种失稳模式占据主导地位，确定占据主导地位的失稳模式对暂态稳定控制具有重要意义。

近年来广域量测系统的日益完善，促使暂态稳定分析与控制向着“实时决策，实时控制”的方向发展，逐渐形成了基于实测信息的电力系统广域安全稳定控制体系。对基于广域量测信息的实时暂态稳定分析与控制而言，实时进行主导失稳模式识别显得尤为重要，这是因为对基于WAMS信息的暂态稳定分析方法而言，不同于时域仿真法，只能得到当前时间下的系统受扰轨迹信息，无法对全过程的受扰情况进行分析，同时计算机还难以充分利用丰富的人工经验。

由于长期以来将暂态功角稳定性问题和暂态电压稳定性问题研究缺乏关联性，难以提出对电力系统的主导失稳模式识别方案，导致所提出的失稳判据往往不具有排他性，即暂态功角失稳判据被触发时，并不意味着暂态电压失稳现象没有发生；同理暂态电压失稳判据被触发时，并不意味着暂态功角失稳现象没有发生，由此使得失稳判据无法为后续暂态稳定控制提供准确的决策依据。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种电力系统的主导失稳模式识别方法和系统，准确识别电力系统的主导失稳模式，提高暂态稳定控制的准确性。

一种电力系统的主导失稳模式识别方法，包括：

通过广域量测系统确定受扰后系统振荡中心所在的联络线；

从量测数据中提取所述联络线的动态特征信息，其中，所述动态特征信息送端电压相角和幅值以及受端的电压相角和幅值；

根据所述动态特征信息计算所述联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量；其中，所述第一分量为与送端、受端的母线电压相角差变化量有关的分量，第二分量是与送端、受端的母线电压幅值变化量相关的分量；

根据所述第一分量和第二分量计算主导失稳模式的识别参数I，式中，ΔS_δ为第一分量，ΔS_v为第二分量，i表示数据采样时刻；

基于所述识别参数判断电力系统的主导失稳模式。

一种电力系统的主导失稳模式识别系统，包括：

振荡联络线识别模块，用于通过广域量测系统确定受扰后系统振荡中心所在的联络线；

特征信息提取模块，用于从量测数据中提取所述联络线的动态特征信息，其中，所述动态特征信息送端电压相角和幅值以及受端的电压相角和幅值；

分量计算模块，用于根据所述动态特征信息计算所述联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量；其中，所述第一分量为与送端、受端的母线电压相角差变化量有关的分量，第二分量是与送端、受端的母线电压幅值变化量相关的分量；

参数计算模块，用于根据所述第一分量和第二分量计算主导失稳模式的识别参数I，式中，ΔS_δ为第一分量，ΔS_v为第二分量，i表示数据采样时刻；

模式识别模块，用于基于所述识别参数判断暂态功角失稳和暂态电压失稳现象同时发生时系统的主导失稳模式。

上述电力系统的主导失稳模式识别方法和系统，通过广域量测信息确定系统受扰后处于振荡中心的联络线，基于联络线的送端有功功率和无功功率特性，实时计算主导失稳模式识别参数作为主导失稳模式判据进行判断，确定电力系统的主导失稳模式。能够准确识别电力系统的主导失稳模式，为后续暂态稳定控制提供准确的决策依据。

附图说明

图1为一实施例的电力系统的主导失稳模式识别方法流程图；

图2送受端系统示意图；

图3等值单机单负荷系统图；

图4稳定分析的系统示意图；

图5失稳模式关系示意图；

图6为3机10节点系统示意图；

图7全网发电机功角曲线示意图；

图8振荡中心附近的电压曲线示意图；

图9为一个实施例的电力系统的主导失稳模式识别系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图阐述本发明的电力系统的主导失稳模式识别方法和系统的实施例。

参考图1所示，图1为一实施例的电力系统的主导失稳模式识别方法流程图，包括：

步骤S101，通过广域量测系统确定受扰后系统振荡中心所在的联络线。

在本步骤中，在电力系统受到扰动后，通过广域量测系统进行测量，确定扰动的振荡中心，确定处于振荡中心的联络线。

可以从扰动后开始通过广域量测系统进行测量，通过广域量测系统确定系统受扰后振荡中心所在的联络线，即根据量测信息确定系统的振荡中心，确定处于振荡中心的联络线。

步骤S102，从量测数据中提取所述联络线的动态特征信息，其中，所述动态特征信息送端电压、相角和幅值以及受端的电压、相角和幅值。

在本步骤中，从广域量测系统海量的量测数据中，提取振荡中心所在联络线的动态特征信息，所述动态特征信息的采样周期可以与所述广域量测系统中的PMU(PhasorMeasurement Unit，同步相量测量系统)测量单元的采样周期相同。

振荡中心所在联络线的动态特征信息包括不同时刻联络线送受端的电压幅值及相角，其中，扰动后振荡中心第i时刻的送端电压幅值为U_A(i)，送端电压相角为δ_A(i)，受端电压幅值为U_B(i)，受端电压相角为δ_B(i)，送、受端电压相角差为δ(i)＝δ_A(i)-δ_B(i)，线路电阻为R_∑，电抗为X_∑。

步骤S103，根据所述动态特征信息计算所述联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量；其中，所述第一分量为与送端、受端的母线电压相角差变化量有关的分量，第二分量是与送端、受端的母线电压幅值变化量相关的分量；

对于第一分量和第二分量，可以表示如下：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\left(i\right)=\[\frac{U_A\left(i\right)U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}cos\left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)+j\frac{U_A\left(i\right)U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}sin\left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]\×\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\left(i\right)$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)=\{\[\frac{2U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin a+\frac{U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin \left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]+j\[\frac{2U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos a-\frac{U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos \left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]\}\×{\mathrm{\ΔU}}_A\left(i\right)\\ +\[\frac{U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin \left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)-j\frac{U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos \left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]\×{\mathrm{\ΔU}}_B\left(i\right)\end{array}$

式中，Z＝R_∑+jX_∑＝|Z|∠arctg(X_∑/R_∑)，α＝π/2-arctg(X_∑/R_∑)，Δδ(i)＝δ(i)-δ(i-1)，ΔU_A(i)＝U_A(i)-U_A(i-1)，ΔU_B(i)＝U_B(i)-U_B(i-1)；其中，振荡中心第i时刻送端的电压幅值为U_A(i)，送端电压相角为δ_A(i)，受端电压幅值为U_B(i)，受端电压相角为δ_B(i)，送端、受端的电压相角差为δ(i)＝δ_A(i)-δ_B(i)，联络线的线路电阻为R_∑，联络线的线路电抗为X_∑。

在一个实施例中，在本步骤计算所述联络线的送端的复功率变化量可以如下：

首先，根据振荡中心所在联络线以及实际的潮流方向，将电力系统等效为一个送端、受端明确的互联系统模型；即根据振荡中心所在联络线以及实际的潮流方向，可将系统等效为一个送端、受端明确的互联系统模型。

然后根据所述互联系统模型送端、受端系统的外特性，获取对应的等值单机单负荷系统；即根据送端、受端系统的外特性，可得到对应的等值单机单负荷系统，如图2所示。联络线的送端功率表达式为：

$P=\frac{U_A^2}{\left|Z\right|}\sin a+\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}sin(\mathrm{\δ}-a)---\left(1\right)$

$Q=\frac{U_A^2}{\left|Z\right|}\cos a-\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}cos(\mathrm{\δ}-a)---\left(2\right)$

式中，联络线的线路阻抗Z＝R_∑+jX_∑＝Z∠arctg(X_∑/R_∑)；相角差为δ＝δ_A-δ_B；α＝π/2-arctg(X_∑/R_∑)。

再计算在忽略线路参数的动态变化情况下，暂态过程中振荡中心所在联络线送端复功率的变化量，具体的，忽略线路参数的动态变化，则暂态过程中振荡中心所在联络线送端复功率的全微分为：

$dp=\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}cos(\mathrm{\δ}-a)d\mathrm{\δ}+\[\frac{2U_A}{\left|Z\right|}\sin a+\frac{U_B}{\left|Z\right|}sin(\mathrm{\δ}-a)\]{\mathrm{dU}}_A+\frac{U_A}{\left|Z\right|}sin(\mathrm{\δ}-a){\mathrm{dU}}_B---\left(3\right)$

$dQ=\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}sin(\mathrm{\δ}-a)d\mathrm{\δ}+\[\frac{2U_A}{\left|Z\right|}\cos a-\frac{U_B}{\left|Z\right|}cos(\mathrm{\δ}-a)\]{\mathrm{dU}}_A-\frac{U_A}{\left|Z\right|}cos(\mathrm{\δ}-a){\mathrm{dU}}_B---\left(4\right)$

考虑系统送端的复功率表示为：

S＝P+jQ (5)

则

$\begin{array}{c}dS=\[\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}cos(\mathrm{\δ}-a)+j\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}sin(\mathrm{\δ}-a)\]d\mathrm{\δ}+\{\[\frac{2U_A}{\left|Z\right|}\sin a+\frac{U_B}{\left|Z\right|}sin(\mathrm{\δ}-a)\]\\ +j\[\frac{2U_A}{\left|Z\right|}\cos a-\frac{U_B}{\left|Z\right|}\cos (\mathrm{\δ}-a)\]\}{\mathrm{dU}}_A+\[\frac{U_A}{\left|Z\right|}\sin (\mathrm{\δ}-a)-j\frac{U_A}{\left|Z\right|}\cos (\mathrm{\δ}-a)\]{\mathrm{dU}}_B\end{array}---\left(6\right)$

差分代替微分有：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}S=\[\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}\cos (\mathrm{\δ}-a)+j\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}\sin (\mathrm{\δ}-a)\]\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}+\{\[\frac{2U_A}{\left|Z\right|}\sin a+\frac{U_B}{\left|Z\right|}\sin (\mathrm{\δ}-a)\]\\ +j\[\frac{2U_A}{\left|Z\right|}\cos a-\frac{U_B}{\left|Z\right|}\cos (\mathrm{\δ}-a)\]\}{\mathrm{\ΔU}}_A+\[\frac{U_A}{\left|Z\right|}\sin (\mathrm{\δ}-a)-j\frac{U_A}{\left|Z\right|}\cos (\mathrm{\δ}-a)\]{\mathrm{\ΔU}}_B\end{array}---\left(7\right)$

计算联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量，即计算ΔS_δ和ΔS_v。

由式(7)可知，电力系统送端的复功率变化量可表示为：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}=\[\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}\cos (\mathrm{\δ}-a)+j\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}\sin (\mathrm{\δ}-a)\]\mathrm{\Δ}({\mathrm{\δ}}_A-{\mathrm{\δ}}_B)---\left(8\right)$

${\mathrm{\ΔS}}_v=\{\[\frac{2U_A}{\left|Z\right|}\sin a+\frac{U_B}{\left|Z\right|}\sin (\mathrm{\δ}-a)\]+j\[\frac{2U_A}{\left|Z\right|}\cos a-\frac{U_B}{\left|Z\right|}\cos (\mathrm{\δ}-a)\]\}{\mathrm{\ΔU}}_A+\[\frac{U_A}{\left|Z\right|}\sin (\mathrm{\δ}-a)-j\frac{U_A}{\left|Z\right|}\cos (\mathrm{\δ}-a)\]{\mathrm{\ΔU}}_B---\left(9\right)$

上述技术方案，改变了常用的解耦方式，已有的研究通常将有功功率/功角和无功功率/电压解耦进行研究，这种解耦方式虽然降低了稳定性问题分析的复杂性，但是却不利于功角问题与电压问题的统一分析。

在扰动后的暂态过程中，ΔS反映了输电网络运行状态的变化，既包含有功功率的变化，也包含无功功率的变化，而上述技术方案，将ΔS_δ和ΔS_v作为一对主导系统变量来研究暂态功角失稳和暂态电压失稳的主导性，可将有功功率/功角和无功功率/电压统一起来进行分析，从而能全面的反映电力系统的暂态稳定问题。

步骤S104，根据所述第一分量和第二分量计算主导失稳模式的识别参数。

在本步骤中，根据ΔS_δ和ΔS_v计算主导失稳模式识别参数I，由式(8)～(9)可知，ΔS_δ和ΔS_v为一对复数变量，取其模值作为主导系统变量，即：

$\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|=\frac{U_A{U}_B}{\left|Z\right|}\left|\mathrm{\Δ}({\mathrm{\δ}}_A-{\mathrm{\δ}}_B)\right|---\left(10\right)$

$\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|=\frac{1}{\left|Z\right|}\sqrt{(4U_A^2+U_B^2-4U_A{U}_{B}cos\mathrm{\δ}){\mathrm{\ΔU}}_A^2+U_A^2{\mathrm{\ΔU}}_B^2+(2U_A{U}_B-4U_A^{2}cos\mathrm{\δ}){\mathrm{\ΔU}}_A{\mathrm{\ΔU}}_B}---\left(11\right)$

可得I的计算公式为：

$I=\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\left(i\right)\right|+\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)\right|}---\left(12\right)$

式中，ΔS_δ为第一分量，ΔS_v为第二分量，i表示数据采样时刻，其中：

$\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\left(i\right)\right|=\frac{U_A\left(i\right)U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}\×\left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\left(i\right)\right|$

$\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)\right|=\frac{1}{\left|Z\right|}\sqrt{\begin{array}{c}\left(4U_A^2\right(i)+U_B^2(i)-4U_A(i\left)U_B\right(i\left)\cos \mathrm{\δ}\right(i\left)\right){\mathrm{\ΔU}}_A^2\left(i\right)+U_A^2\left(i\right){\mathrm{\ΔU}}_B^2\left(i\right)\\ +\left(2U_A\right(i\left)U_B\right(i)-4U_A^2(i\left)\cos \mathrm{\δ}\right(i\left)\right){\mathrm{\ΔU}}_A\left(i\right){\mathrm{\ΔU}}_B\left(i\right)\end{array}}.$

由上述公式计算主导失稳模式识别参数I作为识别过程中判断的阈值。

步骤S105，基于所述识别参数判断暂态功角失稳和暂态电压失稳现象同时发生时系统的主导失稳模式。

本步骤中，主要是基于构建的一对主导系统变量，根据失稳模式与主导系统变量之间的关系对主导失稳模式识别。

在一个实施例中，判断方法可以如下：

当0≤I＜ξ时，所述电力系统的主导失稳模式为暂态功角失稳模式，当ξ＜I≤1时，所述电力系统的主导失稳模式为暂态电压失稳模式，当I＝ξ时，电力系统处于临界失稳模式；其中，ξ为临界失稳模式时的阈值。

优选的，可以采用ξ＝0.5作为门槛值，其取值可以依据如下分析：

在单一失稳模式下，受扰后的系统只发生纯暂态电压失稳问题或纯暂态功角失稳问题，在失稳模式的主导性识别中，单一失稳模式可看作是一种极端情况。通常用无穷大母线接入单负荷系统来研究纯暂态电压稳定问题，如图4所示，用单机无穷大系统来研究纯暂态功角稳定问题。

图4(a)所示情况，当只发生纯暂态电压失稳时，可得到边界条件：

δ_A≈δ_B，ΔU_A≠0，ΔU_B≠0 (13)

则：

$\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|+\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}=1---\left(14\right)$

图4(b)所示情况，当只发生纯暂态功角失稳时，可得到边界条件：

δ_A≠δ_B，ΔU_A≈0，ΔU_B≈0 (15)

则：

$\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|+\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}=0---\left(16\right)$

在主导失稳模式下，受扰后系统的失稳模式分为以暂态电压失稳为主导的失稳模式和以暂态功角失稳为主导的失稳模式，主导失稳模式下两种失稳现象同时存在，但是以一种失稳模式为主导。

为了更好的分析主导失稳模式下的边界条件，进一步研究主导失稳模式与单一失稳模式的关系，如图5所示，图5描述了不同失稳模式之间的关系，在主导失稳模式下，无论暂态功角失稳占主导还是暂态电压失稳占主导，均有：

Δδ≠0，ΔU≠0 (17)

在振荡过程中，可假设：

U_A＝kU_B (18)

则：

ΔU_A＝kΔU_B (19)

考虑U_A、U_B是振荡中心同一条联络线两侧母线的电压幅值，变量k有：

k∈[1-ε,1+ε] (20)

其中，ε为一较小的正数。

将式(19)代入到式(10)、式(11)有：

$\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|=\frac{{\mathrm{kU}}_B^2}{\left|Z\right|}\left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\right|---\left(21\right)$

$\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|=\frac{{\mathrm{kU}}_B\left|{\mathrm{\ΔU}}_B\right|}{\left|Z\right|}\sqrt{4k^2-8kcos\mathrm{\δ}+4}---\left(22\right)$

则：

$\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|}=\frac{\sqrt{4k^2-8kcos\mathrm{\δ}+4}}{U_B}\×\frac{\left|{\mathrm{\ΔU}}_B\right|}{\left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\right|}---\left(23\right)$

定义函数：

$F\left(k\right)=\frac{\sqrt{4k^2-8kcos\mathrm{\δ}+4}}{U_B}---\left(24\right)$

依式(20)有：

$\underset{k\→1}{\lim }F\left(k\right)=\underset{k\→1}{\lim }\frac{\sqrt{4k^2-8k\cos \mathrm{\δ}+4}}{U_B}=\frac{\sqrt{8-8\cos \mathrm{\δ}}}{U_B}=\frac{4\sin (\mathrm{\δ}/2)}{U_B}---\left(25\right)$

失稳模式的主导性识别是在暂态失稳判据触发后立即进行的，此时系统运行点刚进入P-δ曲线所确定的暂态功角失稳区间或V-P曲线所确定的暂态电压失稳区间，因此式(25)中U_B及δ均为有限值，不可能取无穷小值，即函数F(k)为有界函数。

当暂态功角失稳为主导失稳模式时，式(17)成立，随着暂态功角失稳的主导性越来越强时，节点电压变化量ΔU越来越小，直至最终ΔU≈0，此时失稳模式表现为纯暂态功角失稳，则有：

$\underset{{\mathrm{\ΔU}}_B\→0}{\lim }\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|}=F\left(k\right)\underset{{\mathrm{\ΔU}}_B\→0}{\lim }\frac{\left|{\mathrm{\ΔU}}_B\right|}{\left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\right|}---\left(26\right)$

函数F(k)为有界函数，则暂态功角失稳为主导失稳模式时：

$\underset{{\mathrm{\ΔU}}_B\→0}{\lim }\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|}=0---\left(27\right)$

即

$\underset{{\mathrm{\ΔU}}_B\→0}{\lim }\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|+\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}=0---\left(28\right)$

当暂态电压失稳为主导失稳模式时，式(17)成立，随着暂态电压失稳的主导性越来越强时，线路首末端电压相角差变化量Δδ越来越小，直至最终Δδ≈0，此时失稳模式表现为纯暂态电压失稳，则有：

$\underset{\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\→0}{\lim }\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|}=F\left(k\right)\underset{\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\→0}{\lim }\frac{\left|{\mathrm{\ΔU}}_B\right|}{\left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\right|}---\left(29\right)$

函数F(k)为有界函数，则暂态电压失稳为主导失稳模式时：

$\underset{\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\→0}{\lim }\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|}=+\mathrm{\∞}---\left(30\right)$

即

$\underset{\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\→0}{\lim }\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|+\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}=1---\left(31\right)$

特别的，当主导失稳模式为临界失稳模式时，由于

ΔS＝ΔS_v+ΔS_δ (32)

如前所述，在扰动后的暂态过程中，ΔS反映了输电网络运行状态的变化，其包含两部分分量，一部分与送、受端母线电压相角差的变化量ΔS_δ有关，另一部分与送端、受端的母线电压幅值的变化量ΔS_v相关，因此在临界失稳模式下，可认为这两部分分量相等，即有：

$\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\right|+\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\right|}=\frac{1}{2}---\left(33\right)$

综上所述，在实际应用中，可以取ξ＝0.5作为门槛值进行判断。即当0≤I＜0.5时，判断电力系统的主导失稳模式为功角失稳模式，当0.5＜I≤1时，判断电力系统的主导失稳模式为暂态电压失稳模式，当I＝0.5时，判断电力系统处于临界失稳模式。

作为一个实施例，当电力系统处于临界失稳模式时，可以进一步执行步骤S106；

步骤S106，读取i+T时刻的实时量测数据，根据所述实时量测数据识别下一时刻电力系统的主导失稳模式；其中，T为采样周期。

以上为本发明技术方案的相关实施例内容，为了更加清晰本发明技术方案的技术效果，下面再阐述一个应用示例。

该应用示例以3机10节点等值系统为例，如图6所示，电力系统采用的负荷模型为：B7处为100％恒阻抗负荷，B10处为100％电动机负荷。0s时B6处发生三相短路故障，0.0056s后切除故障，识别过程如下：

(1)通过广域量测系统确定电力系统受扰后振荡中心所在的联络线，振荡中心所在联络线为Bus6-Bus8；

(2)提取振荡中心所在联络线的动态特征信息，故障后数据从0.0056s开始，动态特征信息为母线Bus6和母线Bus8的电压幅值和相角；

(3)计算联络线的送端复功率变化量的两部分分量ΔS_δ和ΔS_v，计算公式为：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\left(i\right)=\[\frac{U_A\left(i\right)U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}cos\left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)+j\frac{U_A\left(i\right)U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}sin\left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]\×\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\left(i\right)$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)=\{\[\frac{2U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin a+\frac{U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin \left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]+j\[\frac{2U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos a-\frac{U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos \left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]\}\×{\mathrm{\ΔU}}_A\left(i\right)\\ +\[\frac{U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin \left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)-j\frac{U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos \left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]\×{\mathrm{\ΔU}}_B\left(i\right)\end{array}$

(4)计算主导失稳模式识别参数I，计算公式为：

$I=\frac{\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)\right|}{\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\left(i\right)\right|+\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)\right|}$

其中：

$\left|{\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\υ}}\left(i\right)\right|=\frac{1}{\left|Z\right|}\sqrt{\begin{array}{c}\left(4U_A^2\right(i)+U_B^2(i)-4U_A(i\left)U_B\right(i\left)cos\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\right(i\left)\right){\mathrm{\ΔU}}_A^2\left(i\right)+U_A^2\left(i\right){\mathrm{\ΔU}}_B^2\left(i\right)\\ +\left(2U_A\right(i)U_B\left(i\right)-4U_A^2\left(i\right)\cos \mathrm{\δ}\left(i\right)){\mathrm{\ΔU}}_A\left(i\right){\mathrm{\ΔU}}_B\left(i\right)\end{array}}$

(5)基于识别参数I，判断电力系统的主导失稳模式，当0≤I＜0.5时，判断电力系统的主导失稳模式为功角失稳模式，当0.5＜I≤1时，判断电力系统的主导失稳模式为暂态电压失稳模式，当I＝0.5时，判断电力系统处于临界失稳模式。识别参数I的计算结果如表1所示：

表1

依上述识别方法可知，I>0.5，因此判断电力系统的主导失稳模式为电压失稳模式。

基于时域仿真法，根据图7至图8扰动后全网的功角和电压曲线，可确定电力系统发生了暂态电压失稳。由此可知，上述基于识别参数I判断系统的主导失稳模式为电压失稳是正确的。

(6)根据i+T时刻的实时量测数据，判断下一时刻系统的主导失稳模式。

综上实施例可见，本发明基于输电网络的功率传输特性，同时考虑有功功率和无功功率的影响，提取与功角稳定性问题相关的复功率分量和与电压稳定性问题相关的复功率分量，构建一对主导系统变量并研究不同失稳模式与主导系统变量之间的关系，进而提出一种主导失稳模式识别方法。该方法仅基于实测数据进行计算，物理意义明确，使用简单，计算速度快。而且仿真结果表明，该方法能有效识别电力系统的主导失稳模式。该方案基于WAMS信息的暂态稳定分析进行主导失稳模式识别，为后续暂态稳定控制提供决策依据。

以上为电力系统的主导失稳模式识别方法相关内容，与该方法对应，本发明还提供了一种电力系统的主导失稳模式识别系统。

参考图9，图9为一个实施例的电力系统的主导失稳模式识别系统结构示意图，包括：

振荡联络线识别模块101，用于通过广域量测系统确定受扰后系统振荡中心所在的联络线；

特征信息提取模块102，用于从量测数据中提取所述联络线的动态特征信息，其中，所述动态特征信息送端电压、相角和幅值以及受端的电压、相角和幅值；

分量计算模块103，用于根据所述动态特征信息计算所述联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量；其中，所述第一分量为与送端、受端的母线电压相角差变化量有关的分量，第二分量是与送端、受端的母线电压幅值变化量相关的分量；

参数计算模块104，用于根据所述第一分量和第二分量计算主导失稳模式的识别参数I，式中，ΔS_δ为第一分量，ΔS_v为第二分量，i表示数据采样时刻；

模式识别模块105，用于基于所述识别参数判断暂态功角失稳和暂态电压失稳现象同时发生时系统的主导失稳模式。

进一步地，还可以包括识别跳转模块106，用于当电力系统处于临界失稳模式时，读取i+T时刻的实时量测数据，根据所述实时量测数据识别下一时刻电力系统的主导失稳模式；其中，T为采样周期。

本发明的电力系统的主导失稳模式识别系统与本发明的电力系统的主导失稳模式识别方法一一对应，在上述电力系统的主导失稳模式识别方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于电力系统的主导失稳模式识别系统的实施例中，特此声明。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，包括：

通过广域量测系统确定受扰后系统振荡中心所在的联络线；

从量测数据中提取所述联络线的动态特征信息，其中，所述动态特征信息送端电压相角和幅值以及受端的电压相角和幅值；

根据所述动态特征信息计算所述联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量；其中，所述第一分量为与送端、受端的母线电压相角差变化量有关的分量，第二分量是与送端、受端的母线电压幅值变化量相关的分量；

根据所述第一分量和第二分量计算主导失稳模式的识别参数I，式中，ΔS_δ为第一分量，ΔS_v为第二分量，i表示数据采样时刻；

基于所述识别参数判断暂态功角失稳和暂态电压失稳现象同时发生时系统的主导失稳模式。

2.根据权利要求1所述的电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，所述基于所述识别参数判断暂态功角失稳和暂态电压失稳现象同时发生时系统的主导失稳模式的步骤包括：

当0≤I＜ξ时，所述电力系统的主导失稳模式为暂态功角失稳模式，当ξ＜I≤1时，所述电力系统的主导失稳模式为暂态电压失稳模式，当I＝ξ时，电力系统处于临界失稳模式；其中，ξ为临界失稳模式时的阈值。

3.根据权利要求1所述的电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，所述通过广域量测系统确定系统受扰后振荡中心所在的联络线的步骤包括：

在电力系统受到扰动后，通过广域量测系统的实时量测数据，识别系统的振荡中心，确定处于振荡中心的联络线。

4.根据权利要求1所述的电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，所述根据所述动态特征信息计算所述联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量的步骤包括：

根据振荡中心所在联络线以及实际的潮流方向，将电力系统等效为一个送端、受端明确的互联系统模型；

根据所述互联系统模型送端、受端系统的外特性，获取对应的等值单机单负荷系统；

在忽略线路参数的动态变化情况下，计算暂态过程中输电断面复功率变化量第一分量和第二分量。

5.根据权利要求1所述的电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，在提取所述联络线的动态特征信息的过程中，所述动态特征信息的采样周期与所述广域量测系统中的PMU测量单元的采样周期相同。

6.根据权利要求1所述的电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，所述第一分量和第二分量计算如下：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{\δ}}\left(i\right)=\[\frac{U_A\left(i\right)U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos \left(\mathrm{\δ}\left(i\right)-a\right)+j\frac{U_A\left(i\right)U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin \left(\mathrm{\δ}\left(i\right)-a\right)\]\×\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\left(i\right)$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)=\{\[\frac{2U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin a+\frac{U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}sin\left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]+j\[\frac{2U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos a-\frac{U_B\left(i\right)}{\left|Z\right|}cos\left(\mathrm{\δ}\right(i)-a)\]\}\×{\mathrm{\ΔU}}_A\left(i\right)\\ +\[\frac{U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\sin \left(\mathrm{\δ}\left(i\right)-a\right)-j\frac{U_A\left(i\right)}{\left|Z\right|}\cos \left(\mathrm{\δ}\left(i\right)-a\right)\]\×{\mathrm{\ΔU}}_B\left(i\right)\end{array}$

式中，Z＝R_Σ+jX_Σ＝|Z|∠arctg(X_Σ/R_Σ)，α＝π/2-arctg(X_Σ/R_Σ)，Δδ(i)＝δ(i)-δ(i-1)，ΔU_A(i)＝U_A(i)-U_A(i-1)，ΔU_B(i)＝U_B(i)-U_B(i-1)；其中，振荡中心第i时刻送端的电压幅值为U_A(i)，送端电压相角为δ_A(i)，受端电压幅值为U_B(i)，受端电压相角为δ_B(i)，送端、受端的电压相角差为δ(i)＝δ_A(i)-δ_B(i)，联络线的线路电阻为R_Σ，联络线的线路电抗为X_Σ。

7.根据权利要求6所述的电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，其中：

$\left|{\mathrm{\ΔS}}_v\left(i\right)\right|=\frac{1}{\left|Z\right|}\sqrt{\begin{array}{c}\left(4U_A^2\right(i)+U_B^2(i)-4U_A(i\left)U_B\right(i\left)cos\mathrm{\δ}\right(i\left)\right){\mathrm{\ΔU}}_A^2\left(i\right)+U_A^2\left(i\right){\mathrm{\ΔU}}_B^2\left(i\right)\\ +\left(2U_A\left(i\right)U_B\left(i\right)-4U_A^2\left(i\right)\cos \mathrm{\δ}\left(i\right)\right){\mathrm{\ΔU}}_A\left(i\right){\mathrm{\ΔU}}_B\left(i\right)\end{array}}.$

8.根据权利要求1所述的电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，所述ξ＝0.5。

9.根据权利要求1所述的电力系统的主导失稳模式识别方法，其特征在于，还包括：

当电力系统处于临界失稳模式时，读取i+T时刻的实时量测数据，根据所述实时量测数据识别下一时刻电力系统的主导失稳模式；其中，T为采样周期。

10.一种电力系统的主导失稳模式识别系统，其特征在于，包括：

振荡联络线识别模块，用于通过广域量测系统确定受扰后系统振荡中心所在的联络线；

特征信息提取模块，用于从量测数据中提取所述联络线的动态特征信息，其中，所述动态特征信息送端电压相角和幅值以及受端的电压相角和幅值；

分量计算模块，用于根据所述动态特征信息计算所述联络线送端复功率变化量的第一分量和第二分量；其中，所述第一分量为与送端、受端的母线电压相角差变化量有关的分量，第二分量是与送端、受端的母线电压幅值变化量相关的分量；

参数计算模块，用于根据所述第一分量和第二分量计算主导失稳模式的识别参数I，式中，ΔS_δ为第一分量，ΔS_v为第二分量，i表示数据采样时刻；

模式识别模块，用于基于所述识别参数判断暂态功角失稳和暂态电压失稳现象同时发生时系统的主导失稳模式。