基于改進(jìn)性能指標(biāo)法的電力穩(wěn)定性分析

危雪，賀鵬程，田小虎

(1．三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002;2．湖南省電力公司調(diào)度控制中心，湖南長沙 410007;3．三峽財務(wù)有限責(zé)任公司，北京 100038)

基于改進(jìn)性能指標(biāo)法的電力穩(wěn)定性分析

危雪1，賀鵬程2，田小虎3

(1．三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002;2．湖南省電力公司調(diào)度控制中心，湖南長沙 410007;3．三峽財務(wù)有限責(zé)任公司，北京 100038)

利用在電力線路上發(fā)生的故障位置與電力系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系，重新組合綜合性能指標(biāo)法中的性能指標(biāo)，形成新的綜合指標(biāo)，并提出了改進(jìn)性能指標(biāo)法的步驟。經(jīng)對IEEE3節(jié)點系統(tǒng)和IEEE36節(jié)點系統(tǒng)的實例計算，驗證了該方法的有效性。

性能指標(biāo);穩(wěn)定性;事故篩選

1 引言

綜合性能指標(biāo)法是利用反映事故嚴(yán)重性的性能指標(biāo)，過濾出不嚴(yán)重事故的一種快捷方法［1，2］。本文根據(jù)線路故障位置與電力系統(tǒng)穩(wěn)定性能之間的關(guān)系，將綜合性能指標(biāo)法中的性能指標(biāo)進(jìn)行了重組，形成了新的綜合性能指標(biāo)表，以此作為篩選事故嚴(yán)重性的依據(jù)，提出了一種改進(jìn)的性能指標(biāo)法用以進(jìn)行電力穩(wěn)定性分析。

2 改進(jìn)性能指標(biāo)法原理

以簡單兩機系統(tǒng)模型為例，如圖1所示。

其中E1、E2分別為1號和2號發(fā)電機的電勢。假設(shè)線路阻抗為Z，長度為L，故障點距1號母線為rL，則距2號母線為(1－r)L，設(shè)發(fā)生的是三相短路故障。

圖1 兩機系統(tǒng)模型

因此可以得出，發(fā)生故障瞬間，發(fā)電機的輸出功率為［3］:

其中，α11、α12、α22為阻抗角的余角。各臺機組的過剩功率為:

其中，P1m、P2m為1號和2號發(fā)電機的機械功率。

經(jīng)時間段△t后，各臺機組角度增量在第一個時間段內(nèi)為:

第一時段結(jié)束時的發(fā)電機新角度為:

發(fā)電機轉(zhuǎn)子間的角度差為:

考慮到故障發(fā)生在線路不同位置時，初始潮流是一致的，所以a，b，c為常值，而r越趨近于0或1，說明越靠近線路的某一端，此時的發(fā)電機轉(zhuǎn)子間角度會越大，從而相應(yīng)的事故也越嚴(yán)重。以上推理過程說明，如果線路發(fā)生故障，最嚴(yán)重的程度是出現(xiàn)在該線路兩端中的某一端。

3 改進(jìn)性能指標(biāo)法計算步驟

基于改進(jìn)性能指標(biāo)法的原理，設(shè)計改進(jìn)性能指標(biāo)法計算步驟如下:

(1)對電力系統(tǒng)進(jìn)行潮流計算，得到事故前的穩(wěn)定平衡點;

(2)設(shè)定事故分別發(fā)生在各條線路的首末端和中點處，用時域仿真法積分至事故清除后的一小段時間;

(3)計算六個性能指標(biāo)。若有n條研究線路，則每項指標(biāo)都有3n個數(shù)據(jù);

(4)按各項指標(biāo)進(jìn)行由大到小的排序，得到每個事故在不同指標(biāo)下的序號，再將每個事故的六個序號相加，即得到新的綜合性能指標(biāo);

(5)綜合性能指標(biāo)由大到小排序，形成新的綜合性能指標(biāo)表;

(6)觀察所得的綜合性能指標(biāo)表，若同一線路兩端的綜合性能指標(biāo)與中點的綜合性能指標(biāo)相似，且綜合性能指標(biāo)值均較大，則將它們歸入不嚴(yán)重事故類別，反之，若綜合性能指標(biāo)值均較小，則將它們歸入嚴(yán)重和較嚴(yán)重事故類別;若同一線路兩端的綜合性能指標(biāo)明顯比中點的綜合性能指標(biāo)小很多，則將兩端事故歸入嚴(yán)重和較嚴(yán)重類別，將中點事故歸入不嚴(yán)重類別;若同一線路某一端的綜合性能指標(biāo)明顯大于中點或另一端的綜合性能指標(biāo)很多，則將這一端事故歸入不嚴(yán)重事故類別;

(7)以綜合性能指標(biāo)作為輸入向量，建立單層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸出為0和1，其中0表示嚴(yán)重和較嚴(yán)重事故，1表示不嚴(yán)重事故。得到訓(xùn)練好的感知器，用于判斷線路事故的嚴(yán)重性能。

改進(jìn)性能指標(biāo)法可以避開綜合性能指標(biāo)法中所考慮的事故嚴(yán)重性邊界條件選擇問題，雖然在計算步驟上有所增加，但輸出的結(jié)果較準(zhǔn)確直觀，有助于運行人員和研究人員對輸配電網(wǎng)作分析判斷。

4 算例研究

以IEEE 3機9節(jié)點系統(tǒng)為測試系統(tǒng)。首先計算潮流(故障前)，進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計算，接著預(yù)想各線路在首端、中端、末端分別發(fā)生三相短路接地故障，并且每次只有一個位置發(fā)生故障，然后故障切除時重合線路，最后利用改進(jìn)性能指標(biāo)排序法進(jìn)行算例分析，得到表1為樣本表。

觀察樣本表，對于線路3，中點處綜合性能指標(biāo)明顯大于首端的綜合性能指標(biāo)，因此，將中點事故歸為不嚴(yán)重事故;對于線路4和6，末端處綜合性能指標(biāo)明顯大于中點處綜合性能指標(biāo)，因此，將末端處事故歸為不嚴(yán)重事故;對于線路7，中點和末端綜合性能指標(biāo)相似，同時指標(biāo)值在整張表中均屬于較大值，因此，將中點和末端事故歸為不嚴(yán)重事故;對于線路8和9，中點和末端綜合性能指標(biāo)均比首端大很多，同時指標(biāo)值在整張表中均屬于較大值，因此，將中點事故和末端事故歸入不嚴(yán)重事故。應(yīng)用MATLAB程序來設(shè)計感知器進(jìn)行分類訓(xùn)練［4］。感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入向量為ΣP，輸出為0和1，其中0表示嚴(yán)重事故，1表示不嚴(yán)重事故。這樣剩余待判斷的事故通過感知器能夠被正確識別。

表1 線路三相短路故障綜合指標(biāo)表

線路 Ip1 Ip2 Ip5 Ip6 Ip13 Ip14 ΣP CCT(ms)0% 6 1 1 1 1 12 1 17 230 50% 6 7 4 7 6 9 3 36 490 100% 6 9 8 11 9 5 5 47 760線路 Ip1 Ip2 Ip5 Ip6 Ip13 Ip14 ΣP CCT(ms)0% 7 6 6 6 7 7 7 39 370 50% 7 8 9 9 8 6 6 46 430 100% 7 9 8 11 9 5 5 47 760線路 Ip1 Ip2 Ip5 Ip6 Ip13 Ip14 ΣP CCT(ms)0% 8 6 6 6 7 7 7 39 370 50% 8 10 10 10 12 3 10 55 400 100% 8 12 12 12 11 2 11 60 570線路 Ip1 Ip2 Ip5 Ip6 Ip13 Ip14 ΣP CCT(ms)0% 9 3 5 2 2 4 9 25 270 50% 9 11 11 8 10 1 12 53 400 100% 9 12 12 12 11 2 11 60 570

將訓(xùn)練好的感知器用全部線路10%、25%、60%和75%處發(fā)生三相短路故障來進(jìn)行檢驗，將所得到的各臺機組狀態(tài)量輸入到指標(biāo)計算程序中，得到的指標(biāo)值自動與樣本表進(jìn)行比較排序，并將各序數(shù)相加，計算出綜合指標(biāo)值，作為分類器的輸入量。最終分類的結(jié)果表明全部數(shù)據(jù)能夠分類正確。

利用該感知器對全部924個點進(jìn)行計算發(fā)現(xiàn)，有76個點發(fā)生誤分，即將相對不嚴(yán)重事故劃入到相對嚴(yán)重事故中，會對判斷造成影響，但是誤分的事故都是處于嚴(yán)重和不嚴(yán)重分類邊界附近的不太嚴(yán)重事故。除此之外，所有事故均正確分類，因此誤分率為8.23%，結(jié)果顯示分類以CCT等于345ms為嚴(yán)重和非嚴(yán)重界限。

用IEEE36節(jié)點系統(tǒng)計算，訓(xùn)練所得的感知器對測試樣本數(shù)據(jù)誤分率為3.17%，可以絕大部分分類正確。但是以CCT為410ms為界，因此濾出的非嚴(yán)重事故數(shù)目不大。此外，在計算中發(fā)現(xiàn)，對于較大規(guī)模多機系統(tǒng)，有些線路不隨故障位置的變化而呈現(xiàn)較大的區(qū)別，而有些線路故障發(fā)生在兩端要非常嚴(yán)重，因此，我們應(yīng)重點關(guān)注那些整條線路都處于嚴(yán)重事故情況的線路。

5 小結(jié)

本文首先闡述了線路故障位置和暫態(tài)穩(wěn)定性能之間的關(guān)系，然后提出改進(jìn)性能指標(biāo)法的步驟。改進(jìn)性能指標(biāo)法是先獲取輸配電系統(tǒng)中全部線路故障的最嚴(yán)重情況，接著利用線路中點短路故障事故的綜合性能指標(biāo)進(jìn)行比較分析，篩選出不嚴(yán)重事故類型，再以此為依據(jù)識別未知事故的嚴(yán)重類型。改進(jìn)性能指標(biāo)法與綜合性能指標(biāo)法相比，計算時間較長，但避免了事故嚴(yán)重性邊界確定的困擾，而且判斷結(jié)果較準(zhǔn)確，因此對提高輸配電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的效率是有幫助的。

［1］ 王守相，張伯明，郭琦．在線動態(tài)安全評估中事故掃描的綜合性能指標(biāo)法［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(1):60 －64．

［2］ 阮青松．電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定直接法綜合分析方法［J］．電氣開關(guān)，2006(4):37－44．

［3］ 張伯明．高等電力網(wǎng)絡(luò)分析［M］．北京:清華大學(xué)出版社，1996．

［4］ 聞新．MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真與應(yīng)用［M］．北京:科學(xué)出版社，2003．

賀鵬程，男，工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度工作;

田小虎，男，經(jīng)濟(jì)師，主要從事數(shù)據(jù)調(diào)度與統(tǒng)計工作。

Analysis of Power Stability Based on Im proving Performance Index M ethod

WEIXue1，HE Peng-cheng2，TIAN Xiao-hu3
(1．Electrical Engineering and Renewable Energy College of China Three Gorges University，Yichang 443002，China;2．Dispatching Control Center of Hunan Power Corporation，Changsha 410007，China;3．Three Gorges Finance Limited Corporation，Beijing 100038，China)

This thesismainly focused on the study of Improving Performance Index Method．It depended on the relationship between transmission lines of power system and power system stability．Then we rebuilt new group of indexes based on Comprehensive Performance Indexes，and present steps of new method．At last，the calculation results showed that the presented method was effective through a calculation of a real power system with 3 nodes in IEEE and 36 nodes in IEEE．Thismethod was also suitable for Distribution network．

performance index;stability;fault screen

TM712

B

1004－289X(2013)03－0057－03

2013－04－26

危雪，女，碩士，講師，主要從事電力系統(tǒng)運行與控制研究;