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1、(10)申请公布号 CN 104330671 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104330671 A (21)申请号 201410641616.7 (22)申请日 2014.11.07 G01R 31/00(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 中国电力科学研究院 (72)发明人 王晶 董昱 胡超凡 葛睿 夏翔 江木 吕颖 (74)专利代理机构 北京安博达知识产权代理有 限公司 11271 代理人 徐国文 (54) 发明名称 一种冲激扰动引发的交流联络线功率波动的 评估分析方法 (57) 摘要 本发明提供。
2、一种冲激扰动引发的交流联络线 功率波动的评估分析方法， 包括以下步骤 ： 获得 联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区 域间阻尼比 ； 获得交流联络线两侧电网的惯性常 数的比值 ； 确定冲激扰动的最大功率值和等效冲 激时间 ； 确定冲激扰动引发的交流联络线功率波 动最大值和取得功率波动最大值的时间 ； 评估冲 激扰动对交流联络线的影响。本发明适用于发生 直流换相失败、 直流再启动等故障情况下联络线 波动情况分析， 有利于系统分析人员、 调度运行人 员分析电网特性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专。
3、利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104330671 A CN 104330671 A 1/2 页 2 1. 一种冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 其特征在于 ： 所述方法 包括以下步骤 ： 步骤 1 ： 获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比 ； 步骤 2 ： 获得交流联络线两侧电网的惯性常数的比值 ； 步骤 3 ： 确定冲激扰动的最大功率值和等效冲激时间 ； 步骤 4 ： 确定冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值和取得功率波动最大值的时 间 ； 步骤 5 ： 评估冲激扰动对交流联络线的影响。 2. 根据权利要求 1 。
4、所述的冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 其 特征在于 ： 所述步骤 1 中， 根据小干扰理论分析中的特征值分析法获得联络线两侧电网振 荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比， 或对发生扰动时联络线实际功率振荡曲线进行 PRONY 分析获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比， 区域间振荡 频率和区域间阻尼比分别用 d和 表示。 3. 根据权利要求 1 所述的冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 其特 征在于 ： 所述步骤 2 中， 根据联络线两侧电网的发电机参数， 获得联络线两侧电网的惯性常 数的比值， 用 H1/H2表示， 其中 H1、 H2分别为联。
5、络线两侧电网所有机组的总惯性常数。 4. 根据权利要求 1 所述的冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 其特 征在于 ： 所述步骤 3 中， 根据冲激扰动情况， 得到冲激扰动的最大功率值， 用 Pmax表示 ； 冲激扰动的等效冲激时间用 T 表示， 有 ： 其中， P 和 t 分别为冲激扰动瞬时值和持续时间。 5. 根据权利要求 1 所述的冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 其特 征在于 ： 所述步骤 4 中， 根据短暂方波扰动下二阶系统的响应特征， 即可确定冲激扰动引发 的交流联络线功率波动最大值和取得功率波动最大值的时间。 6. 根据权利要求 1 或 5 所述的冲。
6、激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 其特征在于 ： 所述步骤 4 包括以下步骤 ： (4-1) 由于方波扰动可分解为正向阶跃扰动和负向阶跃扰动， 根据交流联络线受阶跃 扰动的波动方程， 得到其受方波扰动的波动方程 ： 其中， h(t) 为交流联络线受方波扰动的波动函数， Ps为方波扰动大小， t 为方波扰 动时间 ； H1和 H2分别为联络线两侧电网所有机组的总惯性常数， 为区域间阻尼比， n 为自然振荡频率， d为区域间振荡频率， 为初始相角 ； 由于 T 远小于区域间振荡周期且 小于 0.15，近似为 1， 于是式 (1) 简化为 ： 权 利 要 求 书 CN 10433067。
7、1 A 2 2/2 页 3 由于冲激时间远小于区域间振荡周期， 式 (2) 可简化为 ： 多个方波扰动叠加构成冲激扰动， 忽略各个方波响应之间的衰减和相位差， 根据式 (3) 可得冲激扰动引发的交流联络线的波动方程 ： 其中， H(t) 为冲激扰动引发的交流联络线的波动函数， Pmax为冲激扰动的最大功率 值， 为 T 冲激扰动的等效冲激时间 ； (4-2) 根据冲激扰动引发的交流联络线的波动方程， 冲激扰动引发的交流联络线功率 波动最大值和取得功率波动最大值的时间分别表示为 ： 其中， Hmax为冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值， tp为冲激扰动引发的交流联 络线取得功率波动最大值的时。
8、间。 7. 根据权利要求 1 所述的冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 其特 征在于 ： 所述步骤 5 中， 根据得到的冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值和取得功 率波动最大值的时间评估冲激扰动对交流联络线的影响， 冲激扰动引发的交流联络线功率 波动最大值越大， 冲激扰动对交流联络线的影响越大。 权 利 要 求 书 CN 104330671 A 3 1/5 页 4 一种冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法 技术领域 0001 本发明涉及一种分析方法， 具体涉及一种冲激扰动引发的交流联络线功率波动的 评估分析方法。 背景技术 0002 由于我国资源能源分布不均、 能源。
9、基地与负荷中心之间距离较长， 直流输电在我 国得到了大规模的应用， 形成了规模巨大的交直流互联电网。特别是随着特高压直流工程 的大规模建设， 交直流系统之间的相互影响更加明显， 换相失败是其中常见的一种。 受端电 网交流故障将引发直流换相失败， 直流换相失败对交流系统产生短暂扰动， 扰动可能引发 交流联络线的波动。 由于换相失败持续时间较短且事后恢复正常， 自身对系统影响不大。 但 换相失败引发的交流联络线功率波动将会对交流联络线的输电能力产生较大影响。 直流再 启动成功也存在类似问题。因而如何准确计算换相失败、 直流再启动等冲激扰动引发的交 流联络线的波动大小对指导实际联络线方式安排具有重要。
10、意义。 0003 申请号为 201010187823.1 的发明专利公开了一种两大区域互联电力系统交流联 络线功率波动峰值的计算方法， 采用 2 阶线性系统时域分析相关方法给出了机组跳闸等阶 跃扰动引发区域联络线波动功率大小的计算方法。但对换相失败、 直流再启动成功等迅速 恢复的冲激扰动对联络线波动大小并未给出分析。 而冲激扰动引发联络线的波动机制和机 组跳闸、 直流闭锁等阶跃扰动引发联络线波动机制存在较大区别。如果直接采用上述专利 提供的方法计算冲激扰动引发的联络线波动大小时结果差别非常大。 发明内容 0004 为了克服上述现有技术的不足， 本发明提供一种冲激扰动引发的交流联络线功率 波动的。
11、评估分析方法， 适用于发生直流换相失败、 直流再启动等故障下联络线波动情况分 析， 有利于系统分析人员、 调度运行人员分析电网特性。 0005 为了实现上述发明目的， 本发明采取如下技术方案 ： 0006 本发明提供一种冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 所述方法 包括以下步骤 ： 0007 步骤 1 ： 获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比 ； 0008 步骤 2 ： 获得交流联络线两侧电网的惯性常数的比值 ； 0009 步骤 3 ： 确定冲激扰动的最大功率值和等效冲激时间 ； 0010 步骤 4 ： 确定冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值和取得功率波动。
12、最大值 的时间 ； 0011 步骤 5 ： 评估冲激扰动对交流联络线的影响。 0012 所述步骤 1 中， 根据小干扰理论分析中的特征值分析法获得联络线两侧电网振荡 模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比， 或对发生扰动时联络线实际功率振荡曲线进行 PRONY 分析获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比， 区域间振荡 说 明 书 CN 104330671 A 4 2/5 页 5 频率和区域间阻尼比分别用 d和 表示。 0013 所述步骤 2 中， 根据联络线两侧电网的发电机参数， 获得联络线两侧电网的惯性 常数的比值， 用H1/H2表示， 其中H1、 H2分别为联络线两侧电网所有。
13、机组的总惯性常数。 0014 所述步骤 3 中， 根据冲激扰动情况， 得到冲激扰动的最大功率值， 用 Pmax表示 ； 0015 冲激扰动的等效冲激时间用 T 表示， 有 ： 0016 0017 其中， P 和 t 分别为冲激扰动瞬时值和持续时间。 0018 所述步骤 4 中， 根据短暂方波扰动下二阶系统的响应特征， 即可确定冲激扰动引 发的交流联络线功率波动最大值和取得功率波动最大值的时间。 0019 所述步骤 4 包括以下步骤 ： 0020 (4-1) 由于方波扰动可分解为正向阶跃扰动和负向阶跃扰动， 根据交流联络线受 阶跃扰动的波动方程， 得到其受方波扰动的波动方程 ： 0021 002。
14、2 其中， h(t) 为交流联络线受方波扰动的波动函数， Ps为方波扰动大小， t 为方 波扰动时间 ； H1和 H2分别为联络线两侧电网所有机组的总惯性常数， 为区域间阻尼 比， n为自然振荡频率， d为区域间振荡频率， 为初始相角 ； 0023 由于 T 远小于区域间振荡周期且 小于 0.15，近似为 1， 于是式 (1) 简化 为 ： 0024 0025 由于冲激时间远小于区域间振荡周期， 式 (2) 可简化为 ： 0026 0027 多个方波扰动叠加构成冲激扰动， 忽略各个方波响应之间的衰减和相位差， 根据 式 (3) 可得冲激扰动引发的交流联络线的波动方程 ： 0028 0029 其。
15、中， H(t)为冲激扰动引发的交流联络线的波动函数， Pmax为冲激扰动的最大功 率值， 为 T 冲激扰动的等效冲激时间 ； 说 明 书 CN 104330671 A 5 3/5 页 6 0030 (4-2) 根据冲激扰动引发的交流联络线的波动方程， 冲激扰动引发的交流联络线 功率波动最大值和取得功率波动最大值的时间分别表示为 ： 0031 0032 0033 其中， Hmax为冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值， tp为冲激扰动引发的交 流联络线取得功率波动最大值的时间。 0034 所述步骤 5 中， 根据得到的冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值和取得功 率波动最大值的时间评估冲激扰。
16、动对交流联络线的影响， 冲激扰动引发的交流联络线功率 波动最大值越大， 冲激扰动对交流联络线的影响越大。 0035 与现有技术相比， 本发明的有益效果在于 ： 0036 本发明通过获得冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值和取得功率波动最 大值的时间， 评估冲激扰动对交流联络线的影响。 适用于对直流换相失败、 直流再启动等冲 激故障引发的联络线波动情况进行快速准确的分析， 为联络线方式安排和控制措施制定提 供依据， 有利于系统分析人员、 调度运行人员分析电网特性。 附图说明 0037 图 1 是本发明实施例中冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法流 程图 ； 0038 图 2 是本发明。
17、实施例中华中电网外送直流复奉直流发生换相失败时直流功率波 形图 ； 0039 图 3 是本发明实施例中换相失败期间华中 - 华北联络线长南 I 线的波动波形图 ( 已减去初始功率 )。 具体实施方式 0040 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 0041 如图 1， 本发明提供一种冲激扰动引发的交流联络线功率波动的评估分析方法， 所 述方法包括以下步骤 ： 0042 步骤 1 ： 获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比 ； 0043 步骤 2 ： 获得交流联络线两侧电网的惯性常数的比值 ； 0044 步骤 3 ： 确定冲激扰动的最大功率值和等效冲激时间 ； 0045 步骤。
18、 4 ： 确定冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值和取得功率波动最大值 的时间 ； 0046 步骤 5 ： 评估冲激扰动对交流联络线的影响。 0047 所述步骤 1 中， 根据小干扰理论分析中的特征值分析法获得联络线两侧电网振荡 模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比， 或对发生扰动时联络线实际功率振荡曲线进行 PRONY 分析获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比， 区域间振荡 频率和区域间阻尼比分别用 d和 表示。 说 明 书 CN 104330671 A 6 4/5 页 7 0048 所述步骤 2 中， 根据联络线两侧电网的发电机参数， 获得联络线两侧电网的惯性 常数的比。
19、值， 用H1/H2表示， 其中H1、 H2分别为联络线两侧电网所有机组的总惯性常数。 0049 所述步骤 3 中， 根据冲激扰动情况， 得到冲激扰动的最大功率值， 用 Pmax表示 ； 0050 冲激扰动的等效冲激时间用 T 表示， 有 ： 0051 0052 其中， P 和 t 分别为冲激扰动瞬时值和持续时间。 0053 所述步骤 4 中， 根据短暂方波扰动下二阶系统的响应特征， 即可确定冲激扰动引 发的交流联络线功率波动最大值和取得功率波动最大值的时间。 0054 所述步骤 4 包括以下步骤 ： 0055 (4-1) 由于方波扰动可分解为正向阶跃扰动和负向阶跃扰动， 根据交流联络线受 阶跃。
20、扰动的波动方程， 得到其受方波扰动的波动方程 ： 0056 0057 其中， h(t) 为交流联络线受方波扰动的波动函数， Ps为方波扰动大小， t 为方 波扰动时间 ； H1和 H2分别为联络线两侧电网所有机组的总惯性常数， 为区域间阻尼 比， n为自然振荡频率， d为区域间振荡频率， 为初始相角 ； 0058 由于 T远小于区域间振荡周期且小于0.15，近似为1， 于是式(1)简化 为 ： 0059 0060 由于冲激时间远小于区域间振荡周期， 式 (2) 可简化为 ： 0061 0062 多个方波扰动叠加构成冲激扰动， 忽略各个方波响应之间的衰减和相位差， 根据 式 (3) 可得冲激扰动。
21、引发的交流联络线的波动方程 ： 0063 0064 其中， H(t)为冲激扰动引发的交流联络线的波动函数， Pmax为冲激扰动的最大功 率值， 为 T 冲激扰动的等效冲激时间 ； 0065 (4-2) 根据冲激扰动引发的交流联络线的波动方程， 冲激扰动引发的交流联络线 说 明 书 CN 104330671 A 7 5/5 页 8 功率波动最大值和取得功率波动最大值的时间分别表示为 ： 0066 0067 0068 其中， Hmax为冲激扰动引发的交流联络线功率波动最大值， tp为冲激扰动引发的交 流联络线取得功率波动最大值的时间。 0069 所述步骤 5 中， 根据得到的冲激扰动引发的交流联络。
22、线功率波动最大值和取得功 率波动最大值的时间评估冲激扰动对交流联络线的影响， 冲激扰动引发的交流联络线功率 波动最大值越大， 冲激扰动对交流联络线的影响越大。为防止交流联络线最大功率达到线 路稳定极限， 安排正常运行时交流联络线实际功率小于线路稳定限额和冲激扰动引发的交 流联络线功率波动最大值的差值。 0070 实施例 0071 华中或华北直流发生换相失败时， 直流系统给交流网络施加一个冲激扰动， 在冲 激扰动作用下华中 - 华北联络线长南 I 线功率会发生波动。以实际某次华中送华东特高压 直流复奉直流发生换相失败时华中 - 华北联络线长南 I 线波动大小验证本方法的正确性。 0072 (1)。
23、 根据小干扰理论分析或发生扰动时联络线实际功率振荡曲线可获得华中华北 电网间振荡频率为 0.183Hz， 阻尼比为 0.081 ； 0073 (2) 根据联络线两侧电网的发电机参数， 可获得两电网的惯性常数的比值 0.67:1 ； 0074 (3) 根据换相失败波形， 可得到扰动的最大冲激功率 540 万千瓦， 等效冲激时间 0.14 秒 ； 0075 (4) 采用本发明方法可计算联络线最大波动值为 46 万千瓦， 取得最大波动值时间 为 1.43 秒， 实际长南 I 线最大波动值为 51 万千瓦， 取得最大波动值时间 1.7 秒， 两者基本 一致， 验证了本方法的正确性。 若采用名称为 “两。
24、大区域互联电力系统交流联络线功率波动 峰值的计算方法” 的专利中的方法计算出最大波动值为 574 万千瓦， 取得最大波动值时间 为 2.73 秒， 与实际波动情况差别很大。说明本发明专利提供的方法适用于冲激扰动引发的 联络线波动大小计算 ； 而名称为 “两大区域互联电力系统交流联络线功率波动峰值的计算 方法” 的专利提出的方法并不适用冲激扰动引发的联络线波动计算， 只适用于阶跃扰动引 发的联络线波动计算。 可根据联络线波动最大值和联络线稳定限额合理安排联络线输送功 率。 0076 最后应当说明的是 ： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 所 属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者 等同替换， 这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换， 均在申请待批的本发 明的权利要求保护范围之内。 说 明 书 CN 104330671 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104330671 A 9 2/2 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 104330671 A 10 。