一种基于广域相量测量系统的功率缺额估计方法

摘要

本发明是一种基于广域相量测量系统的功率缺额估计方法，其特点是，包括基于惯量中心坐标的功率缺额估计、频率及其变化率跟踪算法和计及负荷电压突变影响缺额量的估计步骤，将最速跟踪微分器应用于电力系统频率及其变化率的跟踪与计算中，该方法在传统功率缺额的估算的基础上同时计及了电压变化对功率缺额估计的影响，具有科学合理，简便易行，计算准确，工程应用价值高等优点。且通过仿真算例分析验证了本发明在处理低频减载问题时具有较高的工程实际应用价值。

主权项

一种基于广域相量测量系统的功率缺额估计方法，其特征是，它包括以下步骤：1）基于惯量中心坐标的功率缺额估计 ω COI = Σ i = 1 n H i · ω i Σ i = 1 n H i , i = 1,2 . . . n - - - ( 1 ) 其中ωi为第i台发电机的频率,单位为标幺值，Hi为第i台发电机的转动惯量，ωCOI为系统惯量中心频率，单位为标幺值；系统的惯量中心频率反映了电力系统作为一个整体在遭受有功缺额冲击后由系统的整体阻尼特性决定的减速或加速过程，将发电机转速n维受扰轨迹经过惯量中心的变换求出系统总体的受扰轨迹即系统惯量中心频率，既而通过扰动初始时刻惯量中心频率的变化率来估计系统在计及初始的频率调节效应的缺额量； dΔω dt | t = 0 = P STEP 2 H eq - - - ( 2 ) 其中： H eq = Σ i = 1 i = n H i · S i Σ i = 1 i = n S i 其中Hi为第i台发电机的转动惯量，Si为第i台发电机的额定视在功率，Heq为系统等值转动惯量；PSTEP为不计及负荷电压突变影响缺额估计量，单位为标幺值；上式中△ω及PSTEP均为标幺值，为了得到有名值通过如下公式折算得到： w = w rad w N = f Hz f N - - - ( 3 ) 其中ωrad，ωN分别为以弧度为单位的系统频率和系统额定频率；fHz，fN为系统频率和系统额定频率，单位Hz； P STEP = P def Σ i = 1 m S i - - - ( 4 ) Pdef为不计及负荷电压突变影响缺额估计量，单位为MW，Si为系统内第i台机的额定容量；由（2）、（4）式得： P def = 2 H eq dΔω dt Σ i = 1 m S i - - - ( 5 ) 上式中有关扰动初始时刻的频率变化率通过数值算法计算得来而数值算法如下式所示： df ( n ) dt = ( f ( n ) - f ( n - 1 ) ) T i - - - ( 6 ) 2）频率及其变化率跟踪算法利用最速跟踪微分器求取输入信号的跟踪信号及微分信号，其具体的离散形式表示为： x 1 ( k + 1 ) = x 1 ( k ) + hx 2 ( k ) x 2 ( k + 1 ) = x 2 ( k ) + hfh ( x 1 ( k ) , x 2 ( k ) , u ( k ) , r , h ) - - - ( 7 ) u(k)为第k时刻输入信号，r,h分别为跟踪快慢和滤波效果参数；式中fh函数的表达式如右式所示： fh = - r · a δ , | a | ≤ δ rsign ( a ) , | a | > δ 式中 a = x 2 + a 0 - δ 2 sign ( y ) , | y | > δ 0 x 2 + y h , | y | ≤ δ 0 y = x 1 - u + hx 2 , δ0=δh，δ=rh, a 0 = δ 2 + 8 r | y | r，h分别称为“速度因子”和“滤波因子”r决定了跟踪速度的快慢，其值越大跟踪速度也越快但是其相应的误差也越大；h作为“滤波因子”起到了抑制误差的作用，调整参数可以满足跟踪速度与精度的要求；3）计及负荷电压突变影响缺额量的估计考虑到电压及频率影响因素的100%恒阻抗模型表示如下形式： P L = Σ i = 1 i = m P L 0 , i · ( U i U 0 , i ) 2 - - - ( 8 ) Q L = Σ i = 1 i = m Q L 0 , i · ( U i U 0 , i ) 2 - - - ( 9 ) 其中PL，QL分别为扰动后某时刻系统总的负荷有功和无功功率，PL0,i，QL0,i为扰动前第i个负荷的初始有功功率和无功功率，Ui为扰动后某时刻第i个负荷的电压值，U0,i为扰动前第i个负荷的电压值；系统实际的功率缺额量为： P shed = P G - P L 0 = P def + Σ i = 1 m P L 0 , i · [ ( U i U 0 , i ) 2 - 1 ] - - - ( 10 ) 式中PL0,i为第i个负荷的有功功率，PL0为扰动前总的负荷的初始有功功率，PG为扰动初始时刻系统所有发电机的输出的有功功率，Pshed为计及电压影响因素的实际缺额量。